硝化細菌( Nitrifying bacteria )是一種 好氧性細菌，包括亞硝酸菌和硝酸菌。生活在有氧的水中或砂層中，在 氮循環 水質淨化過程中扮演著很重要的角色。
硝化細菌分類：硝化細菌屬於自養型細菌，原核生物，包括兩種完全不同的代謝群：亞硝酸菌屬( nitrosomonas)及硝酸菌屬(nitrobacter)，它們包括形態互異的桿菌、球菌和螺旋菌。亞硝酸菌包括亞硝化單胞菌屬、亞硝化球菌屬、亞硝化螺菌屬和亞硝化葉菌屬中的細菌。硝酸菌包括硝化桿菌屬、硝化球菌屬和硝化囊菌屬中的細菌。兩類菌均為專性好氣菌，在氧化過程中均以氧作為最終電子受體。大多數為專性化能合成自養型，不能在有機培養基上生長，例如亞硝化單胞菌（Nitrosomonas）、亞硝化螺菌（Ni-trosospira）、亞硝化球菌（Nitrosococcus）、亞硝化葉菌（Ni-trosolobus）、硝化刺菌（Nitrospina）、硝化球菌（Nitrococcus）等。只有少數為兼性自養型，也能在某些有機培養基上生長，例如維氏硝化桿菌（Nitrobacterwinogradskyi）的一些品系。從形態上看，也有多樣，如球形、桿狀、螺旋形等，但均為無芽孢的革蘭氏陰性菌；有些有鞭毛能運動，如亞硝化葉菌，借周身鞭毛運動；有些無鞭毛不能運動，如硝化刺菌。一般分佈於土壤、淡水、海水中，有些菌僅發現於海水中，例如硝化球菌、硝化刺菌。
硝化細菌完全無需專門購買，魚缸中氧含量和有機物多達到正常水平後，1週左右就可以建立起穩定的菌落。硝化細菌也不是藥物，一旦穩定之後，只要環境不發生劇烈變化（如放入殺菌劑、或開水倒入），就可以長期不斷繁殖，完全無需添加。
硝化細菌的生命活動：
亞硝酸細菌（又稱氨氧化菌），將氨氧化成亞硝酸。反應式：
2NH3+3O2→2HNO2+2H2O+158kcal(660kJ)。
硝酸細菌（又稱亞硝酸氧化菌），將亞硝酸氧化成硝酸。反應式：
HNO2 + 1/2 O2 = HNO3, - ⊿ G = 18 kcal。
這兩類菌能分別從以上氧化過程中獲得生長所需要的能量，但其能量利用率不高，故生長較緩慢，其平均代時（即細菌繁殖一代所需要的時間）在10小時以上。硝化細菌在自然界氮素循環中具有重要作用。這兩類菌通常生活在一起，避免了亞硝酸鹽在土壤中的積累，有利於機體正常生長。土壤中的氨或銨鹽必需在以上兩類細菌的共同作用下才能轉變為硝酸鹽，從而增加植物可利用的氮素營養。時至今日，人們尚未發現一種硝化細菌能夠直接把氨轉變成硝酸，所以說，硝化作用必須通過這兩類菌的共同作用才能完成。 我們知道，亞硝酸對於人體來說是有害的，這是因為亞硝酸與一些金屬離子結合以後可以形成亞硝酸鹽，而亞硝酸鹽又可以和胺類物質結合，形成具有強烈致癌作用的亞硝胺。然而，土壤中的亞硝酸轉變成硝酸後，很容易形成硝酸鹽 ，從而成為可以被植物吸收利用的營養物質。在硝化細菌的作用下，土壤中往往出現較多的酸性物質。這些酸性物質可以提高多種磷肥在土壤中的速效性和持久性，可以防治馬鈴薯瘡痂病等植物病害，甚至可以使鹼性土壤得到一定程度的改良。所以說，硝化細菌與人類的關係十分密切。 農業上可通過深耕、鬆土提高細菌活力，從而增加土壤肥力。但硝酸鹽也極易通過土壤滲漏進入地下水，成為一種潛在的污染源，造成對人類健康的威脅。因此農業上既可採用深耕、鬆土的方法提高細菌活力，亦可通過用施入氮肥增效劑（即硝化抑製劑），以降低土壤硝化細菌的活動，減低土壤氮肥的損失和對環境的污染。
硝化細菌的存活條件：硝化細菌的存活需要水分，還需要很高的氧氣，所以只能生活在生化棉、生化球 、 玻璃環 、陶瓷環等各種有微孔的濾材中。只有同時滿足了水分與氧氣的供應，它們才能存活。硝化細菌最適宜在弱鹼性的水中生活，在溫度達到25度左右時生長繁殖最快。它的繁殖不遵循分離定律和自由組合定律。
不少魚友對硝化細菌的認識產生了一定的誤解，有的人認為硝化細菌能夠分解糞便；有的認為可以淨化水質，中和水中的懸浮物，這些認識是不准確的，或者可以說是錯誤的，硝化細菌是生產者。
首先先說說分解有機物，這個粗重的體力勞動可不是嬌貴的硝化細菌能完成的，他是靠其它淨水細菌完成的。在水生態循環系統中，若無其它異養性細菌存在，水中將到處充斥未被細菌分解的有機物，此種自我污染的水族環境一樣使魚兒無法生存其中。因此，它們常被視為是水質自淨作用的先鋒部隊，其重要性並不亞於硝化細菌。這類細菌普遍存在於各種不同環境，它們幾乎無所不在，而繁殖速度相當驚人，大部份的異營性淨水細菌，在理想的環境只需幾十秒鐘即可自行增殖一倍，一般只需二十幾分鐘即能增殖一倍。 但要是裸缸飼養，我們就要藉助物理循環，把水中的剩餌或糞便吸出。
魚友中不少人去買硝化細菌，按照說明每星期按時添加，這樣做對嗎？可我要告訴大家的是，你們的做法沒錯，可你們對硝化細菌的認識產生的錯誤。因為我們買的這種每星期添加的所謂的硝化細菌其實是光合細菌。
光合細菌，俗稱：b菌。光合細菌是一種水中微生物，因具有光合色素，包括細菌葉綠素和類胡蘿蔔素等，而呈現淡粉紅色，光合細菌能在厭氧和光照的條件下，利用化合物中的氫並進行不產生氧的光合作用。
光合細菌可以在某種污染環境下生存，並擔負著重要的淨化水質的角色。但只有在生存環境和污染物質符合其生理、生態特性時，才會發揮其作用，否則很難獲得預期。例如在無光或者有氧環境下，光合細菌就很難發揮效果。
水族箱中若存在光合細菌，它將那些有機質或硫化氫等物質加以吸收利用，而使耗氧的異營性微生物因缺乏營養而轉為弱勢，因而降低發生有毒分解產物的機會，同時，底質中的水質藉以得到淨化，而促使養殖的水族生物的健康成長。
目前，水族市場出售的光合細菌，主要是光能異營型紅螺菌科（rhodospirilaceae），特別是其中的紅假單細胞屬（rhodopseudomonas）的種類。這種光合細菌在不同的環境條件下，能以不同的代謝方式，有效地淨化水質。需要注意：光合細菌在水質ph8.2-8.6的環境下發揮效果最佳，因而比較適合在海水水族箱中使用。所以這中光合細菌只能起到短暫的效果，因為我們魚缸裡沒有他生活的理想環境。除非我們製作一個無氧過濾區還要有照明。
第一步 魚類的排泄物和未吃過的食物將會轉變為氨（俗稱阿摩尼亞 ）；那是因為在這些東西里需要氧的細菌會令蛋白質分裂。而氨是有毒的。
第二步 生存於氧氣中的硝化細菌，能把氨會轉變為亞硝酸鹽（NO2-）；亞硝酸鹽雖然僅有較小的毒性，但仍對魚類有致命的毒害。
第三步 亞硝酸鹽及後又被第二種硝化細菌轉變為硝酸鹽（NO3-）；而這硝酸鹽幾乎是無毒的，但突然或長期暴露在高濃度的硝酸鹽裡是有害的。但幸運地，硝酸鹽的濃度是可以靠更換魚缸的水來降低。
第四步 硝酸鹽等會被不依附氧氣而生存的細菌（ 厭氧性細菌 ）變為氮氣而昇華，這就是一個完整的「氮化合物循環」。
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