在過去幾年里，不同厚度的“底砂”越來越多地應(yīng)用于水箱中。它們的使用增加了生物飼養(yǎng)的成功率，特別是比十多年前盛行的裸缸設(shè)定更有優(yōu)勢。盡管如此，很少人知道地板沙子對水族館的成功起著重要作用的原因，很少人知道地板沙子是如何工作的。

在過去的五年里，我指出，水槽要么是人工生態(tài)系統(tǒng)，要么是礁石生態(tài)系統(tǒng)的微型板塊。當(dāng)然，隨著生物的增加，水槽離自然界越來越近，自然界中發(fā)生的很多相互關(guān)系和反應(yīng)也在水槽內(nèi)發(fā)生。(大衛(wèi)亞設(shè)，Northern Exposure(美國電視)，動物名言)把水箱看作人工生態(tài)系統(tǒng)被批評為水族環(huán)境完全是人工的，無法模仿自然。這種批評既愚蠢又不對。水箱必須模擬真實環(huán)境。否則，其中的生物就不能自由地生活。生活在水族箱里的生物不知道他們脫離了自然，水族箱內(nèi)的環(huán)境也正在接近無限的自然礁石生態(tài)系統(tǒng)。

實際情況是，我們可以利用礁環(huán)境的材料和科學(xué)知識來解決問題，提高生物飼養(yǎng)技巧，將水槽變成一個非常好的焦癌世界。我們知道生物必須在一定的條件下生活，當(dāng)某些條件超出范圍時，例如重金屬離子濃度過高時，就會出現(xiàn)問題。只要能找到問題的核心，我們就能解決它，繼續(xù)。通過這種循環(huán)，我們可以提高對生物的理解，進(jìn)行更好的飼養(yǎng)。

從人工生物界的角度來看，底層可能是其中最復(fù)雜的部分。底部沙層在水槽內(nèi)的輸入很少，但具有天然石巖生態(tài)系統(tǒng)的大部分功能。這些功能是通過非常復(fù)雜的物理和生物元素交互實現(xiàn)的，但大多數(shù)交互是不可見的，也不會被發(fā)現(xiàn)。如果沒有這種復(fù)雜的互動，水族箱飼養(yǎng)將導(dǎo)致失敗。成功水族館的主要原因就是模擬了這種珊瑚礁巖生態(tài)系統(tǒng)中非常復(fù)雜的部分。

礁沉積物

沙床是由沙粒組成的。這些沙粒被定義為直徑在1/16-2/16mm之間的松散沉積顆粒。直徑大于2/16mm的沉積物稱為砂礫，直徑小于1/16mm的沉積物被定義為泥漿(Holme and McIntyre，1984年)。當(dāng)然，自然界中混合著各種直徑的沉積物。沉積物的定義不僅出現(xiàn)在地理學(xué)和生物學(xué)研究歷史上，還出現(xiàn)在水文學(xué)領(lǐng)域。換句話說，我們研究的應(yīng)該是沒有被海浪奪走的部分。

圖1 Holme McIntyre在1984年繪制的圖表。

下圖顯示了如何對沙子粒子進(jìn)行分類。圖中涉及的所有沉積物都可以在礁石生態(tài)系統(tǒng)中找到。自然礁巖環(huán)境中的底沙可以由許多物質(zhì)組成?；鹕綅u周圍海域最常見的是火山史?；鹕綅u周圍是珊瑚環(huán)礁最合適的生長場所，所以火山寺在珊瑚礁環(huán)境中最常見。珊瑚礁靠近河口或水流快的地方，因此硅沙和淡水從島上帶來的沉積物也比較多。(威廉莎士比亞、珊瑚礁、珊瑚礁、珊瑚礁、珊瑚礁、珊瑚礁、珊瑚礁、珊瑚礁、珊瑚礁)當(dāng)然，珊瑚礁地區(qū)也有很多碳酸鈣沉積物。他們來自死珊瑚的尸體和其他具有鈣化功能的生物。沉積的碳酸鈣可能來自珊瑚礁地區(qū)海水中碳酸鈣的沉淀物，也可能來自其他生物的骨骼，如孔蟲目、貝類、鈣藻和藤壺。

底砂的化學(xué)組成對生活在其中的生物沒有太大影響，但對沙粒直徑大小有影響。所有區(qū)域的砂粒性都是由該區(qū)域的波浪和水流決定的。沉積物的密度對粒子有一定的影響，但基本上顆粒性較小的所有沉積物都出現(xiàn)在水流不暢的區(qū)域。因此，珊瑚礁島的形態(tài)對其周圍的底質(zhì)砂粒性有影響。一般來說，粗沙粒的沉積物發(fā)生在水流速度較高的海浪區(qū)域，細(xì)沙粒的沉積更多地出現(xiàn)在水流緩慢的區(qū)域。

自由狀態(tài)的沉積物隨著季節(jié)的變化而改變位置，在潮間帶、淺水區(qū)，這種位置轉(zhuǎn)換更為明顯。游客們在一年中的某個時候參觀某個地方的沙灘館

光，通常6個月后，當(dāng)他們再次游覽該處時會發(fā)現(xiàn)當(dāng)初迷人的沙灘不見了，取而代之的是珊瑚砂。沉積物在深水中移動相對少一些，但確實存在移動。

實際上，天然砂床的最大特點(diǎn)就是流動性。 任何一處的沉積物都有許多特性參數(shù)。

首先是平均直徑。第二是顆粒大小分布特性。如果選取一處沉積物，測量其顆粒度，采樣直徑圖表應(yīng)反映出砂粒的直徑應(yīng)呈鐘形曲線，在平均直徑周圍波動。采樣測量的鐘形曲線與理想的統(tǒng)計鐘形曲線的區(qū)別反映了該處沉積物的特性。例如，在末端，曲線可能呈現(xiàn)低平的狀態(tài)，也可能呈現(xiàn)又高又陡的狀態(tài)。前者，反映出沉積物的種類很多，后者則反映出因波浪或水流關(guān)系沉積物種類單一的特點(diǎn)。后者，沉積物可能直徑幾乎相同，表明由于水流的作用使相同直徑的沉積物一起移動，而缺少其它直徑的沉積物。沉積物顆粒分選度高是強(qiáng)水流和強(qiáng)波浪的特征，而分選度低是平靜水流的特征。

第三個重要參數(shù)是有機(jī)物含量。我采樣的有些區(qū)域有機(jī)物含量幾乎為0，而有些區(qū)域未被污染的沉積物中有機(jī)物含量也會高達(dá)總重量的20%，被污染的沉積物中有機(jī)物含量就更高了。 沉積物直徑大小直接影響其中生物的生存狀態(tài)。底砂生物生活在砂粒的縫隙中，縫隙太大，砂粒不固定容易移動，縫隙太小，生物移動空間受限。另外，各種直徑砂粒的混合程度決定了底砂的透水性能。

很明顯，自然界有許多復(fù)雜的因素決定了珊瑚礁周圍的沉積效果。有機(jī)物可能來自珊瑚礁本身或臨近海域，或島嶼淡水。潮汐、波浪、風(fēng)暴，所有形式的能量都會傳遞給底砂沉積物。

海岸線的地理環(huán)境因素也會對沉積物的性質(zhì)有影響。

圖2 水小拍攝圖像。深度165英尺。注意觀察底砂上的波紋狀特征和較大的沉積物。(波紋距離拍攝位置6英尺，高度超過2英尺) 該處冬季常有超過60英尺的海上風(fēng)暴。該處的淺水區(qū)域幾乎沒有底砂，最小的直徑都要6英尺。自然環(huán)境中，水流是最終決定沉積物直徑的因素。

圖3 水下設(shè)備拍攝的8英尺遠(yuǎn)處的平坦砂床。此照片是在巴哈馬群島珊瑚礁海域外的水下1140英尺處拍攝。這里的水流輕柔，海底盡是分選好的細(xì)白沙。

沉積物需要經(jīng)過選擇再加入到水族箱，而這只是沉積物形成的第一步。在自然界，沉積物是不斷運(yùn)動的。水族箱內(nèi)沉積物的顆粒大小、分布、有機(jī)物含量隨著時間都會改變。 水族箱內(nèi)的底砂基本上都是白色的細(xì)鈣砂。砂粒的平均直徑會呈現(xiàn)逐步縮小的趨勢。在水族箱中，由于沒有足夠的溶解碳酸鹽，表層的鈣砂會逐漸溶解甚至消失。另外，以沉積有機(jī)物為食的生物在覓食過程中也會消耗一些鈣砂。有機(jī)物不斷的沉淀，有些會分解變成細(xì)小顆粒狀物質(zhì)。這些不溶解的顆粒經(jīng)常是有毒的金屬離子化合物。這種沉淀顆粒非常小。所有這些因素的最終結(jié)果是導(dǎo)致底砂顆粒度逐漸變小。

沉積物與水

無論是自然海域還是水族箱中，有些關(guān)于沉積物和水的因素是非常重要的。第一，底砂中被動的水流基本是不可能實現(xiàn)的。砂粒之間的通道非常狹窄，阻礙了水流的運(yùn)動，甚至可以說水流在其中根本無法運(yùn)動。如果不用水泵抽水，底砂中的水流是不會運(yùn)動的。與很多水族理論相反，我認(rèn)為水在底砂中并不“擴(kuò)散”。溶解在水中的物質(zhì)可能會以水為媒介擴(kuò)散，但這種擴(kuò)散作用是微不足道的。

正如我們將要討論的，除非專門設(shè)置水泵抽動底砂中的水流，否則底砂內(nèi)水流運(yùn)動都是由生活在其中的生物運(yùn)動造成的。 有時砂床上的水流很急或有亂流。急流可以使砂床表層下一英寸深的海水發(fā)生移動，但不能形成層流。無論怎樣，在底砂和水體之間都有水體交換的情況發(fā)生。水族箱內(nèi)，即使有再大的造流設(shè)備，但由于底砂并不是真正的流動，因此，底砂層內(nèi)的海水與底砂之上的自由海水也只有一點(diǎn)點(diǎn)交換而已。 這樣水族箱內(nèi)的海水被分成兩部分，底砂外的海水和底砂中的海水。

這對于水族箱中的底砂功能非常重要。由于細(xì)菌的存在，根據(jù)底砂中氣體擴(kuò)散的情況可分為幾層。一般根據(jù)氧氣的溶解量分為有氧層（aerobic）、缺氧層（anaerobic）和無氧層（anoxic）。有氧層中氧氣的含量達(dá)到或接近自由水體中的氧氣含量。缺氧層有少量氧氣溶解，大部分氧氣被有氧層中的細(xì)菌消耗。無氧層沒有溶解的自由氧氣存在，是反氧化反應(yīng)層。 如果底砂內(nèi)沒有生命，也就無所謂分層的概念了。這種分層是根據(jù)細(xì)菌、微生物、底砂動物的活動進(jìn)行的。

由于這些生物的新陳代謝，消耗了溶解氧，底砂內(nèi)所有的溶解氧會很快的消失，導(dǎo)致無氧層的出現(xiàn)，那里是只是細(xì)菌的樂園。氧氣從自由海水向底砂內(nèi)海水?dāng)U散，但這種擴(kuò)散速度是非常慢的。在沒有底砂生物出沒的底砂中，有氧層和缺氧層厚度只有百分之幾英寸，無氧層幾乎延伸到砂床表面。這種底砂狀況一般在有機(jī)物濃度極高或有毒金屬物質(zhì)堆積的沉積層出現(xiàn)，這種沉積層中缺少生命。這些區(qū)域一般是被污染的海域，但原本不應(yīng)該是這樣的。有些海域這種情況會自然發(fā)生，也許是大自然對人類污染效果的最佳模擬。

=完=

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