二零二二年十一月 第二期
魚塘與土壤
魚塘除了供我們養殖魚類、為不同生物提供棲息地，其土壤特性也非常值得我們學習。位於米埔的魚塘，由於靠近大海，其土壤成分混雜了來自海洋的沈積物。因此該處的泥土含有豐富的有機質、礦物質、硫酸鹽以及部分海洋微生物（例如硫酸鹽還原細菌）。
在生境分類上，魚塘屬於濕地。由於長期被水掩蓋，魚塘塘底的泥土長期處於缺氧的狀態，只有表面幾毫米的泥土能獲得少量的氧氣。根據泥土的含氧量，塘泥可以分成有氧層和缺氧層。
有氧層通常會比較淺色，此處的細菌會利用氧氣去分解塘底的有機廢物，例如魚類的糞便。另外有氧層的微生物，則能把下層厭氧微生物製造的有害的物質，轉化成無害的物質，例如把有毒的硫化氫轉化成無害的硫酸鹽。因此有氧層對魚塘生物起了一定的保護作用。
有氧層的生物化學反應概覽 [1]：
- 硝化作用：
- 氨 (Ammonium) → 亞硝酸鹽 (Nitrite) (有毒)
- 亞硝酸鹽 (Nitrite) → 硝酸鹽 (Nitrate)
- 硫化氫氧化：
- 硫化氫 (Hydrogen sulfide) → 硫酸鹽 (Sulfate)
有氧層之下是缺氧層，這裏的泥土較深色 (顏色來自硫化鐵 [2])。厭氧細菌會利用缺氧泥土內的物質去進行呼吸作用，以獲得能量。
缺氧層的生物化學反應概覽 [1]：
- 脫硝反應 Denitrification:
- 硝酸鹽 (Nitrate) → 氮氣 (Nitrogen)
- 厭氧細菌作用:
- 三價鐵 (Fe3+) → 二價鐵 (Fe2+)
- 厭氧細菌的硫酸鹽還原反應
- 硫酸鹽 (Sulfate) → 硫化氫 (Hydrogen sulfide) (有毒)
- 黃鐵礦 (Pyrite) (潛在的酸性物質) 生成
- 硫化氫 (Hydrogen sulfide) + 二價鐵鹽 (Fe2+) → 硫化鐵 (Iron sulphide)
- 硫化鐵 (Iron sulphide) + 硫 (Sulphur) → 黃鐵礦 (Pyrite)
假如魚塘累積了太多的有機廢物，或者水的溶解氧氣被用盡，有氧層的功能便會消失 – 對生物有害的物質便會進入水中，影響漁獲。因此漁民會定期進行清塘 – 在收穫魚類後把魚塘的水閘打開把水放乾 – 這時便會有很多雀鳥去捕食塘底的漏網之魚。原本被水掩蓋的塘泥，會因為乾塘而暴露在空氣之中，泥土裏面的物質便會開始氧化。而原本缺氧的泥土，在氧化與微生物作用下，會慢慢變酸。
土壤酸化的過程 [1]
- 黃鐵礦的氧化
- 黃鐵礦(Iron pyrite) → 硫酸亞鐵 (Ferrous sulfate) & 硫酸
- 硫酸亞鐵 (Ferrous sulfate) → 氫氧化鐵 (Ferric oxyhydroxide) & 硫酸
- 氧化硫硫杆菌(Acidithiobacillus thiooxidans) 氧化作用
- 硫 → 硫酸
大家不妨留意，暴露在空氣的塘泥，其顏色會慢慢由灰黑色變成黃色。這是因為土壤的酸化提供了酸性環境予黃色的黃鉀鐵礬 (Jarosite) 生成。由於酸化的泥土對生物的生長有害，漁民又會在魚塘灌滿水之前加入石灰，中和泥土的酸度。養魚人沒有相關科學的知識，但透過經驗與實踐，他們似乎找到了大自然的規律，順道而為之。
濕地土壤的酸化，其實並不只是在魚塘發生。大部分濕地泥土被挖出後都會慢慢變酸。 除了變酸，泥土的質地也會變硬，通氣能力也極差，鹽度也會一般土壤高，不宜種植。而酸性土壤所帶來的問題，其實在早年天水圍市鎮發展都有出現過。天水圍前身是一大片濕地，因發展後而開挖出的泥土曾被用於種植綠化用的樹木，但當時樹木的生存率都不高。這正正是因為人們對濕地土壤認識不足，而誤用資源的例子。
了解自然、順應自然，也許就是最理想的生存之道。香港擁有大量的魚塘和濕地，我們不妨想想，在可持續發展的前提下，我們該如何去利用這些自然資源。
助理教師
徐鎮桻
參考資料
[1] Brady NC, Weil RR. The nature and properties of soils. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall; 2017.
[2] Nissenbaum A, Rullkötter J, Yechieli Y. Are the curative properties of ‘black mud’from the Dead Sea due to the presence of bitumen (asphalt) or other types of organic matter?. Environmental Geochemistry and Health. 2002 Dec;24(4):327-35.
