新储层中氮化合物的来源。.
对于任何水族爱好者来说，水族箱刚开始运行的几天都是充满挑战的。新布置的水族箱最初令人欣喜和自豪，但几天后，当不速之客——藻类——出现时，它往往会变成一场噩梦。造成这些问题的主要原因是缺乏或缺乏有益菌群。氮化合物（主要是铵）、有机碳和磷酸盐的积累，再加上强光照射，为各种原生动物藻类和硅藻（如果水中也存在硅酸盐）提供了绝佳的繁殖环境。新布置的水族箱中的氮源包括底砂（例如花园土壤、底砂或日式“土壤”）、植物（例如腐烂的叶子和茎）、剩余的体外培养营养液以及用于布置水族箱的根系。底物中的氮最常以铵（NH4 + ） 、硝酸盐（NO3 ）和亚硝酸盐（ NO2 ）的形式存在，少量氮也可能以尿素或其衍生物的形式存在。受损或腐烂的植物会将蛋白质和氨基酸释放到水中，这些物质主要通过氨化作用转化为铵离子[1]。
氧在硝化过程中的重要性
硝化作用是一个两步过程，可以用简化的反应式表示[2]：
第一阶段： NH₄⁺ + 2O₂ → NO₂⁻ + 2H₂O
第二阶段 ： NO₂⁻ + 1/2 O₂ → NO₃⁻
在硝化作用的两个阶段中，必需的底物都是氧气。因此，硝化细菌是需氧细菌，需要不间断地获取氧气才能进行正常的代谢。硝化作用对氧气的需求量非常高；将1克铵态氮氧化成硝酸盐，大约需要4.5克氧气。需要注意的是，这只是水族箱中众多耗氧过程之一，因此我们应该确保水族箱良好的曝气，尤其是在关灯时（植物不进行光合作用）[3]。第一阶段反应所需的化学计量氧气量是第二阶段的四倍。然而，虽然氧气 ，但要进行第二阶段，氧气浓度必须大约是第一阶段的两倍[4]。硝化速率与水中溶解氧浓度的关系如图所示[5,6]：
如果氧气浓度不够高，就会发生反硝化作用和硝酸盐呼吸作用，导致硝酸根离子（NO₃⁻）生成亚硝酸盐（ NO₂⁻ ） [ 7 ] 。反硝化相对速率与溶解氧浓度的关系图如图所示[6]：
一般来说，反硝化作用是一种有益的现象，能够实现水体的自净。但在水草缸中情况则有所不同，因为水草缸中氮的消耗量相对较高。反硝化作用不利于水体，因为它会导致氮的流失，并扰乱雷德菲尔德系数[1]。.
[1] 2016-2019 年的个人研究。.
[2] Gerhard Richter “植物代谢过程” PWN 1975。.
[3] Zurzycki J. Michniewicz M.“植物生理学”PWRiL 1979。.
[4] Joanna Jeż-Walkowiak，博士，工程师，Łukasz Weber，理学硕士，工程师。 “从地下水中去除铵离子”，2008年。.
[5] Michael K.Stenstrom, Richard A.Poduska，“溶解氧浓度对硝化作用的影响”，《水研究》第16卷，第643-649页，1980年。.
[6] Sharil Niza B Abdul Aziz “溶解氧浓度对硝化和反硝化的影响” 2005。.
[7] Diana Walstad “水族箱中的植物。水生植物生态学” Oriol 2007。.