硝化细菌那些事儿（之一）——深入了解硝化细菌
前言：为了让大家更好了解硝化细菌，以及硝化细菌在水族中的应用，避免硝化菌使用过程中的误区，参考各种资料，结合部分原创内容和以前自己翻译的内容编写此文，希望能够帮助大家正确认识硝化细菌。在此感谢所有原作者。技术上如有出入，也恳请各位指正，我将不断修订完善。
作者：鳄鱼先生（fish3000鱼民村）
俗话说，“养鱼先养水”。到底什么是“好水”呢？随着近年水产养殖技术的发展研究，我们知道了，“好水”其实就是稳定平衡的微生物群落，它具有象大自然一样自我调节功能，可以及时地将水中的有害物质分解掉，让鱼儿健康地生长繁殖。而各种微生物中，作用最大也是最受关注的就是硝化细菌。
那么，硝化细菌到底是什么，有什么重要作用呢？在回答这个问题之前，必须先介绍一下“氮循环”的概念。
我们知道，氮（N）对生物来说是非常重要的化学元素，因为它可以形成生物必不可少的两种有机物：蛋白质和核酸。而自然界的氮主要以氮气（N2）的形式存在于空气中，大多数生物无法直接利用它，只有一些菌类，如蓝、绿藻类，能够吸收N2，合成氮基化合物。这个过程叫氮固定。藻类被其他生物吃掉，这些生物又再被生物链中更高级别的生物吃掉，最后氮化合物在整个生态系统中传播开来。当这些氮化合物被释放（生物死亡，或通过其脱落物、排泄物）时，它们被细菌分解，分解的主要产物是氨，氨易氧化，会被一些细菌氧化为亚硝酸盐，然后被另一些细菌氧化为硝酸盐。硝酸盐可以被植物吸收，再次进入到食物链中。氮变为有机物，并被分解，然后再次形成有机物的过程，就是氮循环。这样，一个完整的氮循环的模式就是：
生物（有机物）——>氨——>亚硝酸盐——>硝酸盐——>生物（有机物）
好了，现在说说到底什么是硝化细菌。硝化细菌严谨定义是指利用氨或亚硝酸盐作为主要生存能源，以及能利用二氧化碳（CO2）作为主要碳源的细菌。广义上讲，凡是能使土壤或水中的氨氮氧化成亚硝酸或硝酸盐的细菌，都可以称为硝化细菌。这里需要明确的是，所谓硝化菌或亚硝化菌并不是某一种细菌，而是多种能够完成硝化、亚硝化作用的细菌的统称。我们平时说的“硝化细菌”，就是指硝化菌和亚硝化菌。
那么，为什么说硝化细菌很重要？在氮循环中，当氮化合物被释放（生物死亡，或通过其脱落物、排泄物）时，它们被细菌分解，分解的主要产物之一是氨（NH3）。氨在水中与水结合，形成氨水（也叫阿摩尼亚，其主要成分是一水合氨NH3·H2O）。氨水是毒性比较大的物质，对鱼体有刺激作用，鱼类受氨中毒可使血红蛋白丧失结合氧的能力，呼吸率及心跳率增加，使血浆中钠含量减少并扰乱血液缓冲系统及酶化学作用。氨在亚硝化菌或光合细菌作用下会转化成亚硝酸（NO2-），这个过程称为亚硝化。
2NH3+3O2—>2HNO2+2H2O+热
亚硝酸与一些金属离子结合以后可以形成亚硝酸盐，亚硝酸盐会降低动物血液的携氧能力，还会和胺类物质结合，形成具有强烈致癌作用的亚硝胺。亚硝酸盐达到一定浓度，会使鱼、虾等产生中毒，或抵抗力低下，招致各种病原菌的侵袭，因此，亚硝酸盐常与恶名昭彰的氨相提并论，被视为是鱼、虾的致病致死根源。好在亚硝酸在硝化菌的硝化作用下会继续氧化，转变成硝酸（NO3-）。
2HNO2+O2—>2HNO3+热
硝酸与水中的金属离子结合，形成硝酸盐。硝酸盐毒性较弱，而且是可以被植物吸收利用的营养物质，相比之下危害要小的多。但浓度过高也会引起鱼儿的不适，而且在低氧环境中会通过还原反应再次生成亚硝酸。所以也通过定期换水来稀释。
正因为硝化菌能够分解氨、亚硝酸形成硝酸盐，在水中能起到“解毒”的作用，所以它在水产养殖、观赏鱼饲养中的作用是非常重要的。
知道了什么是硝化细菌，以及硝化细菌的作用，我们再来了解一下硝化细菌的习性。我们来看看硝化细菌习性的关键词：
高氧。亚硝化细菌、硝化细菌都是好氧菌，充足的氧气对氮循环非常重要，从上面公式可以看出，亚硝化和硝化过程都需要氧的参与，硝化细菌才能把氨和亚硝酸作为“食物”为其提供能量。因此水中必须保持一定的溶氧量（2 ppm以上），硝化细菌才能正常工作。在缺氧的情况下，硝化细菌就会休眠甚至死亡。
附着性。硝化细菌属于附着性细菌。虽然水中也有游离的硝化菌存在，但硝化菌必须在附着物表面，才能很好的工作。在自然界中，硝化细菌广泛分布于土壤、岩石、沙砾中，利用这些作为附着物，进行着硝化和亚硝化作用。
繁殖慢。硝化菌的生长和繁殖是极慢的，大约需要10－20多小时才能繁殖一代。实验表明，在硝化菌自然繁殖情况下，新建水族箱的硝化系统需要4－5周才能完全建立。在食物缺乏和恶劣的环境下，硝化细菌是可以休眠的，休眠期可达两年之久。
喜碱怕酸。硝化细菌更偏向于在中性或弱碱性的环境里生长，适宜的PH值为6.5－8.2，在ph低于6的酸性环境中生长受到抑制。
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