Азот необходим всем живым организмам, так как он является важным компонентом белков и других биохимических веществ. Растения извлекают азот из воды в основном в виде нитратов (NО3-). Животные удовлетворяют свои потребности в азоте, поедая растения или других животных.
Азот выделяется животными в различных формах — аммиак, креатин, креатинин, мочевина, аминокислоты, мочевая кислота (White et al., 1964). Кроме того, азотсодержащие вещества выделяются в процессе бактериального разложения растений и животных. Азотсодержащие отходы постепенно превращаются в аммиак, который путем нитрификации переходит в нитраты через нитриты NО2:

Этот процесс осуществляется аэробными бактериями. Бактерии Nitrosomonas в основном обеспечивают превращение аммиака в нитриты, а Nitrobacter — нитритов в нитраты. Некоторые бактерии способны затем превратить нитраты в элементарный азот N2, который может выделиться из системы в виде газа. Эти реакции, происходящие как в биофильтрах, так и в природных условиях, обеспечивают поддержание приемлемой концентрации аммиака (Meade, 1976).
Денитрификация нитратов до элементарного азота может осуществляться различными бактериями, в том числе Pseudomonas, Achromobacter, Bacillus, Micrococcus и Corynebacterium (Meade, 1976). Энергия для реакций восстановления может обеспечиваться углеводами и спиртами. Некоторые замкнутые циркуляционные системы включают специальные камеры, в которых эти реакции интенсифицируются путем добавления определенных органических веществ.
В прудах проблемы аккумуляции нитратов не возникает, поскольку первичные продуценты извлекают этот ион из воды по мере его поступления. Однако в замкнутых циркуляционных системах, где фотосинтезирующие организмы отсутствуют, и в других водных системах, в которые поступает большое количество органических и неорганических удобрений, концентрация нитратов может оказаться очень высокой. Концентрация азота, возможно, нетоксичная сама по себе, служит показателем ухудшения других параметров качества воды, которые способны вызвать стресс у культивируемых организмов. Для определения содержания нитратов в пробах воды разработаны колориметрические тесты (АРНА, 1975). Колориметрические приборы для определения содержания нитратов и других веществ не обеспечивают высокой точности, но в аквакультуре речь идет о высоких или низких значениях нитратов, а не о том, изменилось ли показание на 0,01 мг/л с момента предыдущего определения.
Токсичная для водных животных концентрация нитратов неизвестна, а Спотт (Spotte, 1970), вообще, считает, что в большинстве случаев они могут не оказывать прямого токсичного действия. Харт с сотрудниками (Hart et al., 1945) показал, что в 95% исследованных случаев содержание нитратов в природных водах, в которых обитали здоровые популяции рыб, не превышало 4,2 мг/л. Спотт (1970) указывает, что при правильной эксплуатации системы культивирования содержание нитратов редко превышает 20 мг/л.
Хотя азот доступен растениям в нитратной форме, по-видимому, он вновь должен быть восстановлен до аммиака, чтобы ткани растений могли его усвоить (Fogg, 1972). Реакция, очевидно, катализируется светом (как при фотосинтезе) и, по данным Фога, выглядит следующим образом:

---