氮
氮是大气中的主要气体；它占空气中总气体的78.084%。潮湿空气在760亳米汞柱时，不同温度和盐度条件下氮的溶解度如表2-17。氮的平衡浓度（表2-17）比相同温度和盐度时氧的溶解度（表2-11）高。与氧和二氧化碳一样，氮的平衡浓度随着温度和盐度的上升而下降。前面介绍的在非标准条件下氧浓度的计算方法也可能适用于氮。
哪怕是在很小的池塘，也会出现众所周知的氮循环中的所有步骤（图2-15）。循环中大多数变化都是生物化学变化，而且在每—个步骤一般都伴随着氮的化合价改变，氮的化学价范围从氨的 -3价到硝酸的+5价。与主要为非生物的磷循环相反，池塘中氮的循环主要受生物学活性的调节。
氮的转化
通过生物学、气象学或工业过程从大气中固定分子氮是生态系统中无机氮的主要来源。不过，我们的讨论将从有机物质的分解开始。大多数有机物中的氮是以氨基酸的形式存在于蛋白质中, 通过微生物的作用，蛋白质被分解并产生氨氮。这个过程称为氨化作用，所产生的氨被释放到环境中（矿化的）或被同化到微生物的组织中。释放到环境中的任何氨都与铵建立如下平衡：
在大多数生物环境中，由于后面将会解释的原因，铵离子是主要的种类。氨化作用是一种出现在有氧或无氧条件下的异养过程。
氨和铵都可能被水生植物所利用或硝化成也可以被水生植物利用的硝酸。硝化作用分为两个步骤：
氨氮被化能自养细菌，主要是第一步的亚硝化细菌(Nitro-somonas)和第二步的硝化细菌(Nitrobacter)，分别以氨和亚硝酸作为能源和以二氧化碳作为碳源，氧化为硝酸。换而言之，这些微生物能够利用来自氧化无机氮化合物的能量将二氧化碳中的碳还原为有机碳。它们可以通过非光合作用途径产生有机物。当然，硝化作用不是池塘有机物的主要来源。在pH值为7〜8和温度25〜 35℃时硝化作用的速度最快。氨的氧化是水生系统中酸度的潜在来源（方程式2.53）。
在分子氧缺乏的情况下，许多微生物可以利用硝酸或其他氮的氧化形式代替氧作为呼吸中的最终电子受体。当将硝酸还原为亚硝酸、次硝酸、羟胺或氨时，这种异养过程称为硝酸还原或硝酸呼吸；当形成气态氮作为代谢物释放并从系统中流失时，就称为脱氮作用。Alexander简述的硝酸呼吸和脱氮作用途径如图 2-16。请注意在每一个转化中如何加进氢和生成水。来自呼吸中有机碳化合物氧化的氢离子分流于各种氮化合物所含的氧中，在最极端的情况下，一分子的硝酸通过途径1、2和3被还原成氨时可以接受16个氢离子。这些过程出现于富营养水体的均温层或当氧化的氮化合物扩散到厌氧的泥层中。
与豆科植物有关的微生物固氮作用在农业上具有相当的价值。同样，某些游离生活的细菌和蓝绿藻在水生系统中也能固定相当数量的氮。几乎没有什么研究工作去测定鱼塘中氮的固定速度。但是，稻田中固定的氮具有相当数量，估计鱼塘中也有一定的数量。当固氮生物死亡和分解后，其组织中所含的氮被矿化，这些氮可被其他生物用于生长。
水中氮的形态和浓度
水中氮气的平衡浓度见表2-17。一般来说，气体形式是水中氮最丰富的部分，其他氮的无机形式的丰度通常按亚硝酸、硝酸、 氨和铵的顺序增加。除非溶解氧水平很低，鱼塘中亚硝酸的浓度极少可检测。氨与铵的比例随着pH值而变化，稍后会进行讨论；在天然水体中无机氮的浓度变化相当大，但在未污染的水体中极少很高。例如，在阿拉巴马未施肥的林地池塘中，总氨氮(以氮表示氨和铵)平均为0.052毫克/升，硝酸氮平均为0.075臺克/升在用于高密度养鱼的池塘中，无机氮浓度高得多是很常见的。投喂的叉尾鮰池塘含有高达0.5毫克/升的总氨氮和0.25毫 克/升的硝酸氮。在美国当前高投饵率的叉尾鮰池塘浓度高得多也很常见。浓度甚至更高的总氨氮和硝酸氮也见于刚施过肥或浮游生物刚死光的池塘。
氮也存在于溶解的有机化合物和作为活的或死亡的颗粒有机物的组分。在未污染的天然水体中有机氮的浓度一般低于1毫克/升。在鱼塘中，浮游生物一般密度很高，有机氮的浓度可能超过2毫克/升或3亳克/升。
简要讨论一下氮化合物浓度的报道方式可能对一些读者有益。每升毫克硝酸氮的符号的含义是将硝酸的浓度以其当量氮的浓度来表示。硝酸的分子量为62.01，氮的原子量为14.01，所以 0.5亳克/升硝酸氮等于2.21毫克/升的硝酸［0.5毫克/升X (60.01÷14.01)=2.21亳克/升］。其他含氮的组分也可以用同样的方式报道：氨氮、铵氮、亚硝酸氮或有机氮。这种浓度的报道方式可以延伸到其他物质，例如硫酸硫。在文献中，尤其是海洋学的文献中，可能会遇到毫克原子/升，这种方式既笨拙又没有必要。不过，1毫克原子硝酸氮等于14.01亳克/升的硝酸中的氮。14.01是氮的原子量；即亳克原子。本人强烈反对这种笨拙又复杂的浓度报道系统。
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