魚缸到底要不要加硝化菌
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硝化菌是一種在水中分解物質的細菌，可以解毒並分解氨，我們開發了粉狀休眠菌，因為硝化菌是耗氧的微生物，所以只有休眠菌能在罐子裡存活。加入硝化菌可以幫助生物膜形成轉化毒素，活菌能立即使用，無法灌裝，而粉狀休眠菌則能存放較長時間。
在季節變換時，自來水中的細菌屍體會增加，水質容易腐化，加入枯草菌類的消化菌可以幫助清潔水質。這種消化菌繁殖快，可在一天內培養出來。但石頭旁邊的硝化菌分解氨的速度很慢，需要時間形成生物膜。所以養魚前要先養水。在養水過程中，若只有一條龍魚在魚缸裡，換水頻率可稍低。
許多玩家還是餵食活餌，水質管理仍有其重要性，否則倒缸可不是鬧著玩的。硝化細菌在細菌中歸類為好氧性菌，且能將氨(Ammonia)氧化成亞硝酸鹽(Nitrite)，將亞硝酸鹽氧化為硝酸鹽(Nitrate)的細菌都可以稱為硝化細菌(Nitrifying Bacteria)。雖然大部分的細菌皆有此能力，但細菌硝化能力的效率卻因種類有著天壤之別的差異，如:【真菌和極少數細菌】亦具有類似微弱特徵，也被稱為硝化細菌，但它們嚴格來說並不是，所以為了避免這類的混淆，一般的硝化細菌(如果沒有特別指明)，指的是嚴謹定義下的硝化細菌。另一方面，雖然硝化細菌被視為古老的細菌之一(自1890年Winogradskyi發現至今有一百多年)，但由於【不易獲得純種細菌】，加上它們緩慢生長的特性，使人們在這方面的研究受限。以硝化細菌的分布來說，它們在自然界中，如:土壤、淡水、海水、和汙水處理系統大量存在，甚至惡劣極端的環境，如:永遠寒冷的兩極、沙漠、溫泉、海底、等等……，都可以發現硝化菌的蹤跡。有趣的是，硝化菌在海洋分布於各水層中，主要是在海底以礦化的沉積物表面上(Watson et al, 1989)，硝化細菌對壓力有很高的忍受度，儘管由深海帶至海面，細胞也不會爆裂(Postgate,1994)。想要消化細菌生長良好需要氨源，環境中氨和氧的含量越豐富，硝化細菌生長得越好，如:汙水處理廠的有機污水經過各種礦化(Mineralization:蛋白質經微生物分解變成氨氮的過程、有機氮化合物經微生物分解成無機氮的作用)，所以，凡是會改變環境氨源的因素皆會間接影響硝化細菌的生存，儘管環境中沒有有機資源的狀況下，硝化細菌可以利用生物合成(Biosynthetic pathways)把環境中無機物合成生物質(Biomass)來完成生命功能(Bowien,1989)，這也是硝化細菌在地球上無所不在的原因。
硝化細菌的屬種分類，如: 亞硝酸單孢菌屬、亞硝酸球菌屬、亞硝酸螺旋菌屬、亞硝酸葉菌屬、亞硝酸弧菌屬、硝酸桿菌屬、硝酸刺菌屬、硝酸球菌屬、硝酸螺旋菌屬。上述細菌依獲得能量的不同習性，再依照習性解釋不同能源對細菌影響的程度分類。有硝化細菌的歸類，也就意味著會有非硝化細菌的類別，如前述，硝化細菌指的是嚴謹定義下的硝化細菌，和非硝化細菌易混淆的是【消化細菌(枯草菌)】，雖然消化細菌和硝化細菌都是好氧性的細菌，但由於特性不同而有所差異。【消】化細菌有別於【硝】化細菌的能力是它們能夠分泌出活性強的蛋白質分解酵素(將水中的【有機氮化物】、其他【有機物】快速分解)，而且消化細菌也可以分泌出多種分解酵素(將高分子有機物分解成小分子，並提供環境中其他細菌的營養，來完成水質淨化)。最後回到有機物對亞硝酸菌和硝酸菌種類的影響，由於硝酸菌種類多為兼性營養型態(能進行自營生活，也可以進行一定程度的異營生活)，而亞硝酸菌較少為此型態，故硝酸菌較亞硝酸菌更能利用培養基中有機物。
在進入繁殖硝化細菌的討論中，硝化細菌生長最快的繁殖方式為二分裂法(Binary Fission)，其他少數硝酸菌種也有不同繁殖方式(但非主要，故不再說明)，再來依照生長速度來區分成五個生長期(遲緩期、對數生長期、遞減生長期、靜止期、內呼吸期)，再如細胞老化、掠食者的捕殺、自然死亡等問題。硝化細菌同植物一樣必須吸收外界的【無機營養元素】，來提供生長必備的複雜有機物，如:蛋白質、脂肪、酵素及維生素等。如同上述，硝化細菌需要的營養元素幾乎【和植物相同】，如:氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫、鐵、錳、硼、銅、鈉、鋅、氯、鈷。對於不同營養元素的需求量也所不同，並再細分成主要元素(大量元素)、微量元素這兩類，主要為構成細胞的必要元素，包括:碳、氧、氮、氫、磷、硫，而微量元素包括:錳、硼、銅、鋅、氯、鈷，是作為酵素府因子(Cofactor)成份之一。硝化細菌視【無機碳源】為合成細胞的基礎物質，而無機碳源為CO2、HCO3-等皆取自於棲息環境，若缺乏，硝化細菌也無法生存與繁殖。培養硝化菌的主要方法有三種: (1)純化培養(Pure culture)、(2)富集培養(Enriched Culture)、(3)儲存培養(Stock culture)。
硝化作用是指硝化細菌(包括異營性硝化細菌)利用無機態氮(氨)或有機態氮(尿素)生成硝酸態氨的連續過程，硝化作用又可分為自營性硝化作用、異營性硝化作用，這兩類硝化細菌可以利用氧化無機氨態氮(NH3)和NO2-生成NO3-，而獲得能量，且硝化作用具有二階段進行:第一階段是亞硝酸菌(Nitrosomonas)所主導，他可以在有氧的條件下，利用新陳代謝的生物氧化程序將氨(NH3)氧化分解成亞硝酸鹽(Nitrite);第二階段是硝酸菌(Nitrobacter)在類似條件下，將亞硝酸鹽轉化為硝酸鹽(Nitrate)。在消化作用的過程中，【有機汙染的組成強烈影響特定微生物的族群】。例如，在富含蛋白質流入的水體中蛋白質水解細菌佔優勢，而在含有大量纖維素水體中的優勢種則是纖維素水解細菌和真菌。水中的微生物也可受動植物代謝產物的影響，對硝化細菌而言，這些有機廢物通常是不能利用的物質，因為硝化細菌不能分泌可以溶解有機廢物的【胞外酶】，故無法加以分解及吸收利用，而且硝化細菌基本上也缺乏主動吸收可溶性有機物的能力，所以它們沒有辦法像異營性微生物的生活，換句話說，自營性的細菌(一般的硝化細菌)一般的通性就是不能分解有機廢物。既然一般有機汙染源都是他們不能利用的物質，所以含量超過硝化細菌無法負荷的範圍時，反而會抑制它們的生長，【消】化細菌則相反。
接著探討攸關硝化細菌的生境與逆境的因素，如:溫度、光、底質、水流、鹽度、溶氧、PH值，在硝化細菌生存的環境中扮演者重要的腳色，在生境中的溫度、鹽度、PH值皆需保持一定程度的平衡，太多太少超過適當範圍皆會造成硝化細菌生長上的阻礙，對於底質、水流、溶氧則是硝化細菌存活必備條件，因為硝化細菌主要是集體生活在底質表面上，並多數凝聚成團(Laggregates)而形成凝菌膠團(Zoogloeae)或菌囊(Cysts)，正因為這種特殊的固著生活方式，硝化細菌所需要的氧氣、氨源及營養幾乎全靠【物質的擴散作用】或水流運送來供應。換句話說，硝化細菌尋找能量來源的方式為被動居多，在這種情況下，水流必然會深深影響它們的生長作用與繁殖作用。因而水族箱內的水流量必須足夠，方有可能具有足量的菌群。日光對於硝化細菌的影響在於硝化細菌容易受【紫外線的去活化作用】所傷害或死亡，這種傷害與紫外線的照射量成正比(Luckiesh and Holladay,1994)，雖然紫外線對硝化細菌的傷害很大，但仍可以產生再活化反應而修復受傷害之細胞在終止紫外線照射之後(夜間)，這也是為何有硝化細菌好氧厭光的說法之原因。
在生態學上，硝化細菌為初級的生產者，並把異營性細分解成有機氮化物所產生的氨，經由生物氧化程序分成二階段的硝化作用，轉化為硝酸鹽供作植物的氮肥，使氨成為自然界但循環的一部分，不致使它變成環境中有毒的汙染物。雖然硝化細菌對生態上有極大的貢獻，但仍不保天敵的威脅，例如【有些水生微生物以硝化細菌為食】，這類的掠食群包括原生動物(Protozoa)、輪蟲(Rotifora)及甲殼類(Crustacea)等。另外，【噬菌體】也會掠食硝化細菌，但其威脅性不高，故不另為論述。培育出生長好的硝化細菌，顧名思義需借助【競爭性排除作用】，來鞏固硝化細菌的生存環境不被其他異營性細菌的壓力排擠，另一方面，因為硝化細菌有附著固體表面生活的本性，所以【可供其棲息的固體表面不足時】，硝化細菌族群的發展會受到嚴重的限制，因而濾材的選擇必須為表面積大者，數量則是越多越好。
氮循環(有機氮與無機氮互相轉化的變化)的重要性是指如果沒有氮則【蛋白質及核酸】 (Nucleic acid)無法被生產，這兩種有機氮化物是構成有機體的基本原料。雖然大氣成分中氮佔有率將近79%，但是絕大部分的有機體都不能直接利用這種氣態氮。因此在許多生態系中，氮是有機生命體分布及繁衍的主要【限制因子之一】。如果生態系中沒有氮循環，則大氣成分中氮將無法被有機生命體所利用，最後生態系中的有機生命體將逐漸消失，而生態系也會隨後瓦解(Watson et al. 1989)。氮循環的過程由所有機體的排泄物，甚至屍體，經過異營性細菌的作用，其中的蛋白質及核酸會慢慢分解為氨(礦化作用，Mineralization)，然後復由硝化細菌把氨轉化成亞硝酸鹽以致硝酸鹽(硝化作用，Nitrification)，使硝酸鹽能在被植物所利用。不過也有一部分的硝酸鹽或亞硝酸鹽，在厭氣條件下，能被另一種化學異營性的脫氮細菌(Denitrifying Bacteria)還原成氮氣，重新釋放回大氣組成中(脫氮作用，Denitrification)。大氣中的氮氣經【閃電作用】，可使氮分子分裂成氮原子，氮原子在與氧形成的氧化物(Nitrogen oxides)，氧化物溶解於與水中又形成硝酸鹽(氮固定)，並被雨水帶回大地及海洋等生態環境中一再的被利用，且循環不已。整個氮循環集郵氮固定、礦化作用、硝化作用及脫氮作用所組成。
因為生物(魚類)本身的排泄物會排放在水環境中形成汙染物，或經其他生物(如細菌)轉化成有毒的化學成分，以致危害到生物本身健康及影響其生長的不良反應，稱為自家汙染(Self-pollution)，而運作良好的生態系統也可以循環使用某物種的物質，例如，一生物的排泄物是另一種生物的食物，所以在穩定的生態系中是不會出現自家汙染的問題，但既然有汙染，就必須要有分解汙染的過程，而這種過程稱為自淨作用(Self-purification)，自淨作用是指水與受到汙染後，在物理、化學生物等因子的作用下，逐步的消除汙染物質，最後達到自然淨化過程。
在污染中又細分成養殖汙染、有毒汙染物、氨的水產毒理學等，常見的養殖汙染不外乎是魚飼料的輸入量大於輸出量(沒有吃完的飼料)，使生態系的總物質量不斷增加，以及養殖池中的微生物無法及時分解過剩的物質所導致，而嚴重的自家汙染會造成養殖池中到處充斥有機物，且溶氧不虞匱乏(因有曝氣)，將使得【異營性微生物】變得活耀，它們較自然界更能利用這些豐富的有機物，【結果排出更多的有毒汙染物於水中】，產生整體水質汙染傷害。
飼養管理上，先養水在養魚等觀念始終為水產養殖的最高奉行原則，例如【新池症候群】 (New Pond Syndrome)為一種在新水養殖初期所引起魚類的症狀，尤其在新設的養殖池中發生新池症候群的比例最高，因此發明各個名稱，症狀本身所代表的含意，就是用新水養殖是風險極高的動作，其致病機轉為養殖【池中硝化細菌不足】，以致不能有效率地消除氨汙染所引起的【氨中毒反應】。就硝化細菌而言，一般的世代時間，約24-36小時，但異營性細菌在20分鐘就可以完成，以此類推，10小時對於硝化細菌還無法完成一個世代，但對於異營性的細菌而言，已經可以變成一億個(Daniel et al.,1998)，所以解決新池症候群的根本，必須要等到硝化細菌的數量繁殖到一個能夠消費高濃度的氨(約30~45天左右)，才可能有明顯的改善，在消化系統未建立前，必須時常換水。硝化細菌越多，就越能有效消費氨，因此所謂的新池症候群就可以徹底改善。研究指出為了防止新池症候群的發生，可以先在新的魚缸裡放入含有硝化菌的【舊土】、【老棉】，以促進硝化細菌快速繁殖，或建議直接加入硝化細菌製劑，使它能在短時間內增加硝化細菌的數量(Hasan et al.,1986)。俗話說得好「養水先養菌」中的「養菌」主要是指養硝化細菌(柯，1999)，其目的有二，一為培養足夠的硝化細菌，以便開始放養的階段，發揮高效率的【除氨功能】，二為提供養殖期間的水質穩定，也避免了新池症候群的發生。既然養好魚需要先養好水和菌，透過水質測試劑檢驗氨的濃度是否依質處於安全範圍內，來得知硝化系統是否完成，如果需要增加或維持養殖池中的硝化細菌數量，有兩的途徑:一是增加過濾系統的表面積，也就是增加菌的附著面積，例如，另設硝化曹或在養殖池中安置具有巨大表面積的硝化細菌載體(濾材):二是每隔一段時間向養質系統中投放適量的硝化細菌。
生物製劑在水產養殖中，專門用來改善水質的微生物添加劑。大致上微生物製劑也是依照微生物獲得能量方式分成異營性及自營性兩種，其中又有活菌及休眠菌(胞子)之分，依微生物製劑型態不同，有液態與非液態(如粉劑、顆粒)之別。依種類主要分成硝化系菌製劑、光合細菌製劑等。液劑主要以活菌菌液製劑為主的瓶裝產品，【這類的商品效果較快，但因為密閉瓶裝的缺氧狀態下，使得活菌液態製劑保存時間有限】;粉劑主要是一種利用菌體急速冷凍乾燥所製成的產品，所以保存時間較液態製劑久，但也正因為乾燥菌體活化需要一段時間，【儲存越久的粉劑活化時間也愈久】，但實際上還是要賴水環境中的生活條件及氨濃度高低等綜合條件而定。
前述提到自淨作用等分解環境中的有機廢物，尚有【生物膜淨化法】的參考，簡單來說，生物膜淨化法基本上是指利用棲附在固體表面上的生物膜，不斷和汙水充分接觸，並在好氣環境中，通過【生長在生物膜上的微生物】，將汙水中的有機物分解，或將有毒汙染物消除，來達成淨化水質的目的。是一種處理污水的好氧生物方法，共同的特點是微生物附著在作為介質的濾料表面，生長成為一層由微生物構成的膜。污水與之接觸後，其中的溶解性有機污染物被生物膜吸附，進而被微生物氧化分解，轉化為H2O、CO2、NH3和微生物細胞質，污水得以淨化。生物膜法通常無需曝氣，微生物所需氧氣直接來自大氣。而生物膜淨化法依操作型態不同，可分為:滴濾法(Trickling Filters)、旋轉生物盤法(Rotating biological contactor, RBC)、沉浸式過濾法(Submerged Filter)等三種
對於水族缸是否要加裝生物過濾器、換水時是否會損失大量硝化細菌、確認新魚缸的硝化平衡系統是否已經完成0ppm，加裝生物過濾器的時機為普通過濾器濾材容量太小，濾材不夠，導致整個過濾器可能被有機物完全充斥的狀況下，就需要加裝生物過濾器。對於換水會不會成硝化細菌的損失的問題，依照硝化細菌的習性，因為硝化細菌通常行固著生活，很少行浮游生活。在魚缸中，凡陰暗、有氧、少有機汙染，以及能獲得氨源的角落是它們最喜歡的棲息地方。所以【換水時損失硝化細菌的量並沒有讀者想像中的大量】。在確認新魚缸的硝化平衡系統是否完成，可使用間接法確認，即自初放養起每天測試其總氨量一次(並記錄)，每天的測定值與前一次值比較，會發現總氨量的測試值呈現先升後降的走勢，到後來一次比一次低，一直到不再變化為止，表示新魚缸中的硝化平衡系統已經完成(養水成功)。若最後的值為0ppm，代表魚缸中硝化系菌數量足夠，若不到0ppm，且測定值偏高，反映魚缸中的硝化細菌數量嚴重不足。
最後，在硝化系統設計、結構與功能的研究中，需要硝化反應動力學提供實驗證據才能進行，因為在硝化系統中包括了硝化作用和淨水原理等，都需要掌握其反應速度的規律才能達到目的，一般硝化系統的設計原理，是將硝化過濾器設計成一種可供硝化系菌【居住】的地方，裡面可供養無數的硝化細菌。因為我們可以利用含氨的養殖污水來餵養它們，並提供他們合適的生存條件。如此一來，就可以大為提高硝化作用的效率，進而發揮循環水養殖系統中的自淨功能。
