分類
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。隻有少數為兼性自養型，也能在某些有機培養基上生長，例如維氏硝化杆菌（Nitrobacterwinogradskyi）的一些品系。從形态上看，也有多樣，如球形、杆狀、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。一般分布于土壤、淡水、海水中，有些菌僅發現于海水中，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周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，隻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。
生命活動
硝化細菌的生命活動：
亞硝酸細菌（又稱氨氧化菌），将氨氧化成亞硝酸。反應式：
2NH3+3O2→2HNO2+2H2O+158kcal(660kJ)。
硝酸細菌（又稱亞硝酸氧化菌），将亞硝酸氧化成硝酸。反應式：
HNO2+1/2O2=HNO3,-⊿G=18kcal。
這兩類菌能分别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，有利于機體正常生長。土壤中的氨或铵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，亞硝酸對于人體來說是有害的，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，形成具有強烈緻癌作用的亞硝胺。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，甚至可以使堿性土壤得到一定程度的改良。所以說，硝化細菌與人類的關系十分密切。農業上可通過深耕、松土提高細菌活力，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。因此農業上既可采用深耕、松土的方法提高細菌活力，亦可通過用施入氮肥增效劑（即硝化抑制劑），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。
存活條件
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，所以隻能生活在生化棉、生化球、玻璃環、陶瓷環等各種有微孔的濾材中。隻有同時滿足了水分與氧氣的供應，它們才能存活。硝化細菌最适宜在弱堿性的水中生活，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。
注意事項
不少魚友對硝化細菌的認識産生了一定的誤解，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，這些認識是不準确的，或者可以說是錯誤的，硝化細菌是生産者。
分解有機物
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。在水生态循環系統中，若無其它異養營性細菌存在，水中将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，其重要性并不亞于硝化細菌。這類細菌普遍存在于各種不同環境，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，在理想的環境隻需幾十秒鐘即可自行增殖一倍，一般隻需二十幾分鐘即能增殖一倍。但要是裸缸飼養，我們就要借助物理循環，把水中的剩餌或糞便吸出。
懸浮物
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産生的錯誤。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
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，利用化合物中的氫并進行不産生氧的光合作用。
光合細菌可以在某種污染環境下生存，并擔負着重要的淨化水質的角色。但隻有在生存環境和污染物質符合其生理、生态特性時，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，它将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産物的機會，同時，底質中的水質借以得到淨化，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），特别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，因而比較适合在海水水族箱中使用。所以這中光合細菌隻能起到短暫的效果，因為我們魚缸裡沒有他生活的理想環境。除非我們制作一個無氧過濾區還要有照明。
有害原因
第一步：
魚類的排洩物和未吃過的食物将會轉變為氨（俗稱阿摩尼亞）；那是因為在這些東西裡需要氧的細菌會令蛋白質分裂。而氨是有毒的。
第二步：
生存于氧氣中的硝化細菌，能把氨會轉變為亞硝酸鹽（NO2）；亞硝酸鹽雖然含較少的毒素，但仍對魚類有緻命的毒害。
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）變為氮氣而升華，這就是一個完整的「氮化合物循環」。
提高含量
在養殖池中存在的有毒物質主要是氨及亞硝酸，這兩種有毒的物質可由硝化細菌所消耗，并生成無毒性的硝酸，硝酸又是藻類的最佳氮肥，能被藻類所吸收及同化。因此，在養殖池中絕對不可缺少硝化細菌，如果硝化細菌缺乏，水中的氨含量将急速增加，使池水内的魚蝦有緻死的危險。許多人通常不了解這個問題的重要性，以緻于常遭遇到養殖失敗的命運。這說明如果您不去了解這個問題的症結所在，并謀求改善的話，即使是有經驗的業者，都可能會敗在硝化細菌不足的危害之下。
從池水的生态觀點來說，我們是無法防止氨的産生的，但是卻可以設法提高硝化細菌的數量來消耗池水中大量的氨。因為硝化細菌是消耗氨的克星，隻要數量足夠，它們就會很自然地消耗掉每天自産的氨，使氨不會在水中被大量的累積下來，成為水産養殖的隐形殺手。
至于我們應如何做才能提高硝化細菌的數量呢？從理論的角度而論，為硝化細菌塑造一個理想的繁殖場所是最根本的解決辦法。怎麼說呢？原來硝化細菌在繁衍過程中，有附着于固定物外表的傾向，若能在池水中安置若幹多表面積的固定物供其附着，它就能迅速地附着在這些固定物的表面上，并開始增殖。
然而，要在池水中安置固定物通常是不可行的，理由是這種方式可能會阻礙魚類的活動及不利于撈補。比較可行的處理方式是在過濾系統中安置「生化培養球」，這種産品是專門為硝化細菌提供一個繁衍場所而設計的，它通常是由黑色的塑料骨架所制成，大小約為3~5公分直徑空心球體，并有很大的表面積可供硝化細菌附着。它的原理是讓硝化細菌成為「有殼蝸牛」，增加硝化細菌的生活空間，因此可讓硝化細菌依附在這種人造的球體上進行硝化活動，使濾水中的氨及亞硝酸被硝化細菌所消耗。
添加硝化細菌制劑也是另一種可行的方法，尤其是在做水質檢測發現水中氨濃度偏高時，采用這種方法最有效率。但這種方法隻是治标方法，不是治本方法，因為這些制劑在水中被活化成為活菌之後，它們仍然多屬「無殼蝸牛」，在池水中無法增殖，甚至因環境不适而逐漸死亡，故必須定期添加才能發揮預期效果。
作用
硝化細菌制劑是一種用于控制養殖池水自生氨濃度的處理劑，不僅使用相當方便，而且能發揮立竿見影的效果，故越來越受漁友的歡迎。使用時可直接将該劑散布于池中，不久即能發揮除铵的功效。
市售硝化細菌制劑可分為活菌及休眠菌兩種，漁友可依自己的需要選購使用。前者是利用細菌的活體制成，在顯微鏡的觀察下，可看到它們的活動情形。後者是利用休眠菌制成，在顯微鏡的觀察中，則無法看到它們具有活動能力。
選擇活菌的好處是除氨效果迅速，最适用于氨濃度過高的緊急情況。但是因活菌對氧氣的要求十分嚴格，尤其是硝酸菌屬的細菌隻能在有充份氧氣存在下才能生存，正因為如此，要将活菌保存并制成産品，常有保存上的困難，所以在購買這類産品時，要特别注意它的有效使用期限，如果使用過期産品，就除氨的觀點而言，是沒有什麼效率的。
擇休眠菌的優點是能耐久藏，較不用擔心失效的問題，但是因為由休眠菌變成活菌所需的活化時間可能需要數天之久，所以無法使用于緊急狀況之處理，僅适用于日常的水質管理。一般言之，休眠菌的保存期限約為1~2年，使用時仍需注意商品所标明的使用期限，以免過期失效。另外，此種産品僅亞硝酸菌屬之細菌能被制成制劑，故使用後可能會有多餘的中間物no2-滞留累積于水中，使亞硝酸的濃度有暫時性突然提高的現象，惟對水質不會有明顯之影響
注意事項
水中有有機污染源,淨水細菌是靠水中有機污染而存活的，如果因為水中沒有污染源存在，它們就無法長期生存。因此，在新水階段就加入細菌是否有效，是值得研讨的。
勿與消毒殺菌藥劑同時使用
為了避免淨水細菌被殺滅，切記勿與消毒殺菌藥劑同時使用，如果必須使用殺菌藥劑或治療魚病的藥劑，需等藥物使用至少一星期以上再進行使用淨水細菌。
要注意調整适合細菌生長的溫度
在淨水細菌的使用過程中，能有效地控制在最适宜的水溫條件下，當然其發揮的效果也是最理想的。例如：光合細菌在23-29℃的範圍内均能正常生長繁殖，當水溫低于23℃時，它們的生長逐漸停滞，因此低于23℃的水族箱使用這類細菌效果較差。
要注意調整适合細菌生長的ph值
在淨水細菌的使用過程中，必須注意水質酸堿度ph的變化。例如：淡水硝化細菌在ph值等于中性時的效果最佳，在酸性水質中效果最差，因此若能将水族箱中的水質調整至中性或弱堿性，它的淨水效果會好一些。而光合細菌在ph值8.2-8.6的水質中最具效果，所以它比較适合用于海水水族箱中的使用。
要注意細菌之間的共容性
若要同時放養不同的淨水細菌應該注意細菌之間的共容性。例如：硝化細菌和光合細菌并不适合同時放養在同一水族箱内，因為它們淨化水質的過程互有抑制作用，可能會降低其淨化效果。
要為細菌提供足夠的可居住空間
如果隻讓細菌生活于水族箱中可能無法滿足其繁衍上的需要，這會嚴重限止細菌的數量使其無法增加。因此，我們應該配合生化過濾系統為細菌細菌再創造更多的可居住空間供它們繁衍，以期待它們加速降低有害物質以及加強它們分解能力。
一個新開缸的水族箱，第一周最好不要使用硝化細菌，因為第一周的時間裡水體不僅不會産生足夠的氮，胺等物質，而且水體中的殘留氯還會抑制硝化細菌的着床和生長。建議在開缸的第一周每日在水族箱水體中加入适量的光合細菌，來分解有害物質。
脆弱之處
它們可以在這個團體中安定的生活，需要确保的隻有它們得具有适當的黏着性質，以能保留在它們需要停留的地方，并攫取它們所需要的生存資源。但是在養殖池中适合它們生長的地方似乎不多，使它們的數量不可能有大量繁衍之機會。與其它異營性腐生細菌相較，顯然這是一個很大的缺陷。
除了栖息環境很少外，硝化細菌的生殖很慢，也是一項非常不利的弱點。某些學者（如Shilo and Rimon，1982；Belse，1984）曾就養殖池中的硝化細菌作過生長及繁殖速度的測定，結果發現一些常見的亞硝酸菌種平均要花上26小時才能增殖一倍，而硝酸菌種生殖的周期更長，平均要花上60小時才能增殖一倍。硝化細菌在養殖池中的低生殖率，使它們在微生物的生态系中僅占有一個相當低的百分率。
另外，就環境因子而言，影響硝化細菌最重要的因子主要有光線、pH值及溫度的變化等，它們僅能在合适的環境因子中生長及繁衍，如果這些因子的變化超出了它們所能忍受的範圍，就很容易受到傷害，嚴重的話，将引起死亡。下面的論述将以這三個因子為主題，來談它們脆弱的一面。
光對硝化細菌的不良影響是一般人很難想象的，從許多的相關研究中均顯示光對硝化細菌的生長及繁殖均有抑制的現象（Johnstone and Jones，1988；Diab and Shilo，1988）。亞硝酸菌對近紫外線的可見光非常敏感（Alleman，1987），但太陽光中普遍含有這種光譜。紫外線對硝化細菌的傷害更大。因此在生态上，硝化細菌均有避光現象（Alleman，1987）。光線對硝化細菌所造成之負面沖擊（negative impact）的真正原因尚未查出，不過已知隻要将光線減弱，則亞硝酸細菌的活性又會逐漸增強（Alleman，1987），因此可推測硝化作用在黑暗中的效率應該比在光照中還要得高。
當外界的pH值發生變化時，某些硝化細菌（如N. europaea）可以借着調節細胞内（intracelluar）的pH值作良好的适應（Frijink et al.，1992），但大部份對pH值的改變頗為敏感。對亞硝酸菌而言，最佳的pH值通常是7.8（Painter，1970；Jones and Paskis，1982；Kumar and Nichols，1983），其生長和活性則随pH值的減少而降低，這種現在低于pH=7時就表現得特别明顯（Hankison and Schmidt，1988），如果pH值降到低于6以下，可能對硝化細菌造成直接的傷害（Alleman，1987）。
在溫度的适應方面，一般認為最适合硝化細菌生長的溫度是25℃，理由是硝化作用所産生之化學能與進行生理代謝所消耗之化學能兩者相抵消，在這個溫度之下可能有最大的淨餘值。至于溫度的變化對硝化活性之影響，也有多位學者加以研究，發現在溫度低于5℃或高于42℃時，硝化作用已經無法進行（Painter，1970），後又發現硝酸菌忍耐高溫的門坎（threshold）要比亞硝酸菌高約7℃，原因是亞硝酸菌的活性若從7℃開始測定，則随溫度之升高越來越強，并呈現一種直線正比關系向上攀升，直到達35℃後随即開始急速下降，但硝酸菌的活性必須高至42℃後才有急速下降的情形（Wortman and Wheaton，1991）。硝化細菌在低溫無法進行硝化作用之原因，可能是由于生理代謝受到低溫的幹擾發生代謝失常的現象，而在高溫可能是由于高溫使細胞内的發生瓦解（disruption）之故（Alle-man，1994）。
應用
硝化細菌廣泛存在大自然各個角落，空氣、江河、大海、土壤都有，生物學中發現的硝化細菌有幾千種之多。那麼魚缸内如何培養硝化細菌呢？首先我們要了解硝化菌的生活習性，并為硝化菌提供生存場所。
基本習慣
硝化菌分為亞硝酸菌和硝酸菌，這兩種都是好氧菌，和魚一樣，它們的生存必須消耗水裡的氧氣。硝化菌最适宜的溫度是25℃，這正是大多數熱帶魚的生存溫度（大自然多神奇啊！）。硝化作用從5℃－35℃都可以進行，在25℃是最适宜的，所以不要認為冬天硝化菌就不工作了，它們隻是活性降低而已。硝化菌不喜光，如果有條件最好制造全黑的環境，這不是必需條件，有最好，實在沒有也行。硝化菌會形成菌膜，會吸附在固體表面進行繁衍，所以在魚缸裡我們需要為硝化菌提供足夠的栖息場所。
有了以上條件，我們就可以開始通過實際行動培養硝化菌了，關鍵條件就是3個：
1、氧氣；2溫度；3、場所
氧氣，這個就比較繁瑣一些，因為硝化菌要吸附在固體表面，并不随波逐流，如果魚缸裡的水是靜止的，硝化菌可能會消耗完自己周圍氧氣之後就死亡，所以為了給硝化菌提供充足的氧氣，必須讓水流動起來，一定要讓富含氧氣的水沖刷硝化菌栖息的場所，以此為它們提供氧氣，換句話說就是“水中造流”。這就需要水泵了，水泵的種類非常多，這個後面再說吧！
溫度，可能比較好解決，因為飼養熱帶魚的話都會對水進行加熱，這個可以通過加熱棒進行維持就好了。
場所，場所就是魚缸裡的固體表面，魚缸的玻璃内壁可以算是，但是這麼點面積是遠遠不夠的，我們必須人為增加一些固體表面，比較廉價的方式是底砂。砂子的顆粒非常小，沙粒之間的空隙就是固體表面，可以吸附不少硝化菌，制造水流沖刷底砂表面可以培養硝化菌，但是底砂有個缺陷——不透水，因為水流沖刷底砂表面，隻有表層底砂可以過氧，深層的底砂則比較難，而且底砂的表面積也是比較有限的，我們還是推薦一個人造材料——陶瓷環。
陶瓷環可能是很多沒養過魚的朋友沒聽說過的玩意，陶瓷環确實是陶瓷燒制成的，利用發泡工藝，在燒制過程中形成了許多許多的小空隙，其表面積非常豐富，是硝化菌理想的栖息場所，陶瓷環可以放置在水流經過的任何地方。但是這東西并不大美觀，所以一般大家都是把陶瓷環放在過濾槽裡，魚缸内通常是不放的，如果不怕影響美觀，市面上能夠提供場所的濾材很多，比如生化棉科技環細菌屋等等，但是理論都是一樣的，誰的表面積越大效果自然越好。
好了，我們已經為硝化菌提供了溫度、氧氣和場所，是不是算大功告成了呢？當然不是，我們提供的是硝化菌的生存條件，我們還需的就是硝化菌食物——阿摩尼亞。是的，就是這個造成觀賞魚死亡的罪魁禍首！如果是一個新魚缸，新缸新水肯定是沒有阿摩尼亞的，那麼我們就得自己制造一些，最簡單的辦法就是放一條魚進來，讓它吃喝拉撒幾天。
随着時間推進，大概2-3天它的排洩物就會成為阿摩尼亞，如果缸小的話會很容易觀察到水質已經不如第一天那麼透亮了，說明已經起效了。此時的水裡就含有阿摩尼亞了，當阿摩尼亞積累到一定程度，亞硝酸菌就會開始繁衍，此時的亞硝酸菌數量非常稀少，是空氣底砂自來水中自帶的，少得就像大熊貓一樣。亞硝酸菌的繁殖速度很慢，有數據說是10個小時才繁殖一次。如果想培養出足夠的亞硝酸菌，我們除了溫度氧氣場所這三要素以外，還需要食物和時間，隻要缸裡有魚，阿摩尼亞就一定會源源不斷的産生，我們最大的問題是時間。
時間在這裡很麻煩的，因為如果魚多，阿摩尼亞産生太快，亞硝酸菌還沒有成群落，會導緻阿摩尼亞堆積，從而死魚，如果阿摩尼亞太少，亞硝酸菌沒有足夠的食物會導緻亞硝酸菌繁殖過慢，從而誤導飼主錯誤估算魚缸生态情況。所以新缸新水的情況下，個人建議初期為建立良好的硝化系統，我們不要加入太多的魚，大概60CM的魚缸加入2-3條5厘米左右的小魚作為闖缸魚比較合适，如果是1米左右的大缸可以加1條體型10厘米左右的魚，比如鹦鹉、地圖一類的。
一切正常的話亞硝酸菌會在1周左右的時間建立起初步的群落。從開始進魚算起，2-3天可以明顯觀察到水質從最初的透亮慢慢便得渾濁，7天左右的時候，明顯有從混變清的狀況，這就說明亞硝酸菌已經成長了。（這期間一般是不換水的，除非你加魚加多了！）強烈要求新手注意的是：這個時候亞硝酸菌已經能夠通過肉眼觀察來判斷出來了，水質雖然變清，但是我們要記得，阿摩尼亞被分解後産生的亞硝酸鹽依舊是有毒的！我們還需要硝酸菌的幫助。
亞硝酸菌在魚缸内的表現是可以通過肉眼觀察出來的，但是硝酸菌可能看不出來的。當阿摩尼亞被不斷分解，水質變得越來越清澈的時候，水裡的亞硝酸鹽含量就在不斷升高。隻有當亞硝酸鹽濃度達到一定程度時，硝酸菌才會開始繁衍，過程和亞硝酸菌一樣，而這個過程大概需要2-3周時間，會更漫長一點。所以要建立一個完整菌落群，沒有個把月是不行的，大家一定要付出這麼一點耐心。
方法
1、找自己養魚的親朋好友，如果他正在飼養的錦鯉是健康無疾病的，你可以剝削他一點正在使用的陶瓷環和生化棉，那些正在使用的生化濾材上富含硝化菌落，直接移植進你的魚缸裡可以很快加速培養過程。
2、用銀子直接購買成瓶的硝化細菌，硝化菌有休眠特性，利用生物科技可以将硝化菌弄成休眠狀态，裝成瓶出售，大品牌的一般效果都不錯，這些休眠的硝化菌進入魚缸以後需要兩三天時間複蘇，複蘇之後也會成為良好的菌落群。
總結
新缸新水--->進魚--->魚排洩--->排洩物分解--->變成阿摩尼亞--->阿摩尼亞堆積水質變混--->亞硝酸菌繁衍開始--->亞硝酸菌菌落初步成型--->水質變清亞硝酸鹽開始堆積--->硝酸菌開始繁衍--->硝酸菌群落成型--->亞硝酸鹽被分解成為硝酸鹽--->完畢！阿摩尼亞的堆積需要2-3天，亞硝酸菌初步建立群落大概需要5-7天，硝酸菌的群落大概2-3周，算起來不借助外力正常培養硝化菌需要一個月。這個月裡溫度、氧氣、場所三要素不可以停止！如果發生停電、加熱棒不工作、水泵不工作，或是你幹脆關閉了過濾造流的設備，那麼你就等于自己扼殺了自己培養的生态系統。
