El proceso biológico más importante en acuaponia es el proceso de nitrificación, que es un componente esencial del ciclo general del nitrógeno visto en la naturaleza. El nitrógeno (N) es un elemento químico y un elemento esencial para todas las formas de vida. Está presente en todos los aminoácidos, que constituyen todas las proteínas que son esenciales para muchos procesos biológicos clave para los animales, como la regulación enzimática, la señalización celular y la construcción de estructuras. El nitrógeno es el nutriente inorgánico más importante para todas las plantas. El nitrógeno, en forma de gas, es en realidad el elemento más abundante presente en la atmósfera de la Tierra, que representa alrededor del 78 por ciento, y el oxígeno solo representa el 21 por ciento. Sin embargo, a pesar de que el nitrógeno es tan abundante, solo está presente en la atmósfera como nitrógeno molecular (N2), que es un triple enlace muy estable de átomos de nitrógeno y es inaccesible para las plantas. Por lo tanto, el nitrógeno en su forma N2 debe cambiarse antes de que las plantas lo usen para el crecimiento. Este proceso se llama fijación de nitrógeno. Es parte del ciclo del nitrógeno visto en toda la naturaleza. La fijación de nitrógeno es facilitada por bacterias que alteran químicamente el N2 al agregar otros elementos como hidrógeno u oxígeno, creando así nuevos compuestos químicos como el amoníaco (NH3) y el nitrato (NO3-) que las plantas pueden usar fácilmente. Además, el nitrógeno atmosférico se puede fijar a través de un proceso de fabricación intensivo en energía conocido como Proceso Haber, utilizado para producir fertilizantes sintéticos.
El animal produce desechos (heces y orina) que están hechos en gran parte de amoníaco (NH3). Otra materia orgánica en descomposición que se encuentra en la naturaleza, como plantas o animales muertos, se descompone por hongos y diferentes grupos de bacterias en amoníaco. Este amoníaco es metabolizado por un grupo específico de bacterias, que es muy importante para la acuaponia, llamada bacteria nitrificante. Estas bacterias primero convierten el amoníaco en compuestos de nitrito (NO2-) y luego finalmente en compuestos de nitrato (NO3-). Las plantas pueden usar tanto amoníaco como nitratos para realizar sus procesos de crecimiento, pero los nitratos son más fácilmente asimilables por sus raíces.
Las bacterias nitrificantes, que viven en diversos entornos, como el suelo, la arena, el agua y el aire, son un componente esencial del proceso de nitrificación que convierte los desechos de plantas y animales en nutrientes accesibles para las plantas. muestra el mismo proceso que el ilustrado, pero incluye un diagrama de flujo más complejo que muestra todas las etapas del ciclo del nitrógeno. Este proceso natural de nitrificación por bacterias que ocurre en el suelo también tiene lugar en el agua de la misma manera. Para la acuaponia, los desechos animales son las excretas de pescado liberadas en los tanques de cultivo. Las mismas bacterias nitrificantes que viven en la tierra también se establecerán naturalmente en el agua o en cada superficie húmeda, convirtiendo el amoníaco de los desechos de peces en el nitrato fácilmente asimilable para que las plantas lo usen. La nitrificación en los sistemas de acuaponia proporciona nutrientes para las plantas y elimina el amoníaco y el nitrito que son tóxicos.
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