每個水草愛好者都是潛在的化學家

園藝 12-03

鐵質可說是水草體內最重要的微量元素，根據水草乾重的分析，鐵質的濃度介於 20-300 ppm，平均為 100 ppm。

而鐵質在水草具有重要的生理作用：水草需要鐵來製造鐵氧化還原蛋白，這種鐵蛋白在光和作用中扮演關鍵性的角色；缺鐵時植物將無法合成葉綠素（葉綠素本身沒有鐵），葉子變為白色透明，並導致水草凋謝；此外水草在吸收硝酸（NO3）為養分時，也需要鉬及鐵做為催化劑。

自從德國 Dupla 創始人之一的 Karspar Horst 於 1965 年首先將 EDTA 螯合鐵引進到水族界後，螯合鐵至今可都是水草肥料當中的標準鐵肥製劑。不過螯合鐵的製劑並不是許多草友所想像的二價亞鐵（Fe2+），而是以三價鐵（Fe3+）為主。這一點其實 Kaspar Horst 多年以前老早就已經提過了。

Kaspar Horst 是世界上第一個發表使用螯合鐵來栽培水草的人。（補述：Kaspar Horst 已於 2014 年 7 月 21 日逝世，享年 84 歲）

那麼Fe2+ 與 Fe3+ 是否能如我們所願的同時存在於同一個螯合劑？除了德國 Dupla 已經表明 EDTA 所螯合的是三價鐵以外，美國知名水族業者 Seachem Laboratories 的總裁兼 CEO～Greg Morin（有機化學博士），也對 EDTA 能否螯合 Fe2+ 提出了質疑，他認為寫出化學式不等於實際上容易存在。

Greg Morin 舉出的實驗例子如下：

亞鐵離子（Fe2+）是綠色的，而鐵離子（Fe3+）是紅棕色的。

當我們把綠色的硫酸亞鐵（FeSO4）加入水中以後，顏色會由原來的青綠色逐漸變成了紅棕色的，這顯示亞鐵逐漸氧化成為三價鐵離子。此時我們可在水中加入一點點還原劑，如維他命 C，水溶液的顏色又逐漸變回了綠色的，也就是說還原成了亞鐵離子。而當我們將 EDTA 加入至水溶液時，水溶液又變回了棕色的，這是因為亞鐵又變成了鐵離子。

如果再從學理的角度來看螯合劑的特性，金屬離子與 EDTA 鍵結的強弱取決於穩定常數之大小，穩定常數愈大，螯合能力就越強。亞鐵（Fe2+）的 logK 為 14.33 ，三價鐵（Fe3+）的 logK 為 25.10 （各家說法或有不同，但相差不會太離譜。）

25.10 - 14.33 = 10.77 ，10 的 10.77 次方等於 588 億 8 千萬多。換句話說， EDTA 和三價鐵的結合能力，超過了二價亞鐵的 588 億 8 千萬倍！用簡單的白話來說，如果三價鐵和二價亞鐵同時存在時，三價鐵會搶先和 EDTA 結合，而且競爭能力相差了 588 億倍以上。姑且不去分辨顏色，光由和 EDTA 鍵結能力的強弱來比較，二價亞鐵（Fe2+）根本就競爭不過三價鐵（Fe3+）的。

螯合鐵在水中的穩定度也是個令人關注的焦點。其實沒有任何人說得出螯合鐵能在水中保存多久，水中的溶氧量和酸礆值都會影響。舉例來說，FeEDTA 在 pH > 6.3 後就變得不穩定， FeDPTA 到了 pH > 7.5 後才變得不穩定。而根據國外 DIY 的草友的反應， FeDPTA 在水中的時效性的確高過了 FeEDTA。但如果要更好的螯合劑，那就用 EDDHA 吧，在 pH 4.0 ～ 9.0 之間可維持穩定。

其實有一個使鐵肥大量消失的地點是過濾器，這也是常常被人忽略的地方。根據德國的測量，在變為深褐色的過濾棉當中，往往含有 3000 mg/l 以上的鐵質，可是在同一水族缸中的鐵質濃度，卻可能不到 0.01 mg/L！

然而水草肥料業者在成本的考量下，大都選擇以 EDTA 為螯合劑。目前為止最受 Tom Barr 推薦的丹麥 Tropica 出品的 TMG 水草液肥，採用的則是 DPTA 為螯合劑。另外美國 Seachem 出品的葡萄酸亞鐵，也是一種較弱的螯合鐵劑。如果水族缸屬於弱酸性軟水的環境，EDTA 和葡萄酸亞鐵都很適合使用。但如果在礆性硬水的環境中，恐怕就要選擇以 DPTA 為螯合劑的鐵肥了。

無論如何，如果要確保水草隨時都能吸收鐵肥，最好的方式就是每日施肥，就像是 DuplaPlant24 的每日施肥系統。水草每日約可吸收 0.06 ppm 的鐵質。

就水草對鐵質的吸收的部位來看，可分為葉面和根部兩個部分。

根部吸收

根據 Crossley 於 2002 年發表的研究，

當水中的 pH 值為 6.5 時，葉與根的鐵質吸收比率為 1：2.7；而當水中的 pH 值為 7.8 時，此一比例雖然維持不變。

可是水草整體對於鐵質的吸收已經大幅減少。然而我們無法因此斷定就是 pH 值影響到了水草對鐵質的吸收，因為在低 pH 時水中溶有較多的 CO2，由於 CO2 是促進水草生長重要元素，這也是必須列入考慮的。

水草吸收三價鐵的模式之一。先將三價鐵還原成二價亞鐵後，再運送入細胞質內。

植物除了吸收大家所熟知的二價亞鐵離子（Fe2+）以外，也能吸收三價鐵離子（Fe3+）。

而就植物根部對三價鐵離子的吸收策略來看。

可分成兩種模式。

第一種模式是先將三價鐵（Fe3+）還原成二價亞鐵（Fe2+），透過三價鐵還原氧化酶（FRO2, ferric reductase oxidase 2）的作用，把和螯合劑結合的三價鐵還原成了二價亞鐵，然後再通過二價鐵載體（IRT1, iron-regulated transporter 1） Fe2+ 吸收進入細胞膜；代表性的植物包括了豌豆，蕃茄和擬南芥。

第二種模式則是利用鐵載體（siderophore）和三價鐵離子結合，鐵載體與 Fe3+ 的複合物再經由黃條（YS1, yellow stripe 1）通過細胞膜進入植物體內，代表性的植物包括了大麥，玉米和稻米。

葉片對鐵質的吸收

據推測應是走第一種模式，也就是先將三價鐵還原後再吸收，而且需要更常施肥。許多草友認為水草只吸收二價亞鐵離子而不吸收三價鐵離子，這其實是錯誤的觀點。水草吸收三價鐵的模式之二。直接以鐵載體和三價鐵結合後，再運送入細胞質內。

由於水草對於鐵質的吸收主要還是以根部為主，底床的環境或說氧化還原電位，便影響了水草能否吸收鐵質。當底床的氧化還原電位偏高時，鐵質很容易發生氧化並沉澱，使得水草的根部無法吸收鐵質。

在中性的底床環境中，將鐵質氧化的細菌包括了鐵鏽色披毛菌（Gallionella ferruginea）和纖發菌屬（ Leptothrix ）；

而在酸性底床環境中，將鐵質氧化的細菌則主要是氧化鐵杆菌（Thiobacillus ferrooxidans）。

一但底床的氧化還原電位偏低，或者說環境嚴重的缺氧，那麼鐵質就很容易被還原成溶解態的鐵離子和二價亞鐵離子了。

在這樣的環境中，我們要思考的角度不再是水草缺鐵的問題，而是水草可能發生鐵中毒。

根據 van Wijck 等人於 1992 年的研究報告，

眼子菜（Potamogeton pectinatus）在底床添加過多的氯化鐵（FeCl3）時，成長速率會降低 75% 而且會變成棕色的。

而根據 Cooly 等人於 1980 年的研究報告，

黑藻（Hydrilla verticullata）在水中鐵濃度高達 1.2 ppm 時，會變成棕色並且開始腐爛。

水草在發生「鐵中毒（iron toxicity）」時葉片也會變成紅棕色的！

缺氧狀態的底泥，使得原本氧化沈澱的鐵質，還原成水草可吸收的二價亞鐵。

強調以水體施肥為主 EI 系統，由於底床並不舖設基肥，底床的氧化還原電位較高，鐵質要以氧化態的沉澱出現，因此比較會發生缺鐵的狀況，除非水體大量施肥。

然而強調底泥營養的 NPT 系統，由於底泥處於缺氧的低氧化還原電位狀態，也就是說鐵質很容易以水草可吸收的形式出現，此時水草發生鐵中毒的可能性就要小心了。

而 Diana Walstad 女士也強調過多次天然水草缸不需要額外使用鐵肥，就算是使用有機栽培土亦然。

另一個偶而會被各國草友提及的疑問是：

鐵釘能否提供水草鐵肥？

如果底床的氧化還原電位夠低的話，其實生鏽的鐵釘也能被還原成水草可利用的鐵質。

這可不是紙上談兵而已，荷蘭水族大師 Arend van den Nieuwenhuizen 在 1982 年所著述的客廳里的奇景（Das Wunder im Wohnzimmer）一書當中，提及了荷蘭人從 1950 年代初期開始玩水草以來，便曉得將鐵釘塞入底床以提供水草鐵肥，而且發覺對於改善缺鐵癥狀是有效的！不過其效果不如鐵肥來得明顯。

而作者認為如果水草缸鋪設了富含鐵質的底泥，是不須要額外補充鐵肥的。