硝化作用

    硝化作用(nitrification)是指硝化细菌在好氧条件下，将氨态氮氧化为硝态氮的过程。此反应必须在通气良好、pH值近中性的土壤或水体中才能进行。硝化作用是由两群严格好氧的化能白养细菌分为两个阶段完成的：第一阶段是氨被氧化为亚硝酸；第一二个阶段是亚硝酸被氧化为硝酸。

    硝化细菌包括亚硝化细菌和硝化细菌。将铵氧化为亚硝酸的化能自养菌为亚硝化细菌，如亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)、亚硝化球菌属(Nitrosococcus)、亚硝化螺菌属(Nitrosospira)、亚硝化叶菌属(Nitrosolobus)；将亚硝酸氧化为硝酸的化能自养菌为硝化细菌，如硝化杆菌属(Nitrobacter)、硝化刺菌属(Nitrospina)和硝化球菌属(Nitrococcus)等。

    此外，在自然界还有一些异养细菌、放线菌及真菌能将铵盐和有机氮化物(胺或酰胺)氧化成硝酸和亚硝酸，如节杆菌、芽孢杆菌、铜绿假单胞菌、姆拉克汉逊酵母(Hansenula  mrakii)、黄曲霉、青霉等。但它们并不依靠这个氧化过程作为能量来源，因此对自然界的硝化作用不重要。

硝酸盐还原和反硝化作用

    硝酸盐还原(nitrate reduction)分为两种形式：一种是多数真菌和部分原核生物将硝酸盐吸收至体内后，将它们还原成铵，然后参与合成细胞氨基酸的过程，称为同化型硝酸盐还原作用；另一种是某些微生物在无氧或微氧条件下以NO₃^-作为呼吸链最终电子受体进行厌氧呼吸，硝酸盐被还原为NO₂^-的反应，这称为异化型硝酸盐还原作用。异化型硝酸盐还原作用生成的NO₂^-在一定条件下可被进一步还原为NO、N₂O，最终生成N₂的过程称为反硝化作用。反硝化作用是在厌氧条件下进行的。

    一些化能自养微生物和化能异养微生物可进行反硝化作用。具有反硝化作用的微生物在自然界普遍存在，多见于淹水土壤或死水塘中。它们是一些兼性厌氧菌，主要为原核生物，如地衣芽孢杆菌、脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)和脱氮硫杆菌等。

    反硝化作用除造成农田土壤中氮肥的损失外，其中间产物(NO、N₂O)还能污染环境。因而，人们正在研究利用硝化抑制剂抑制氨转化为硝酸的办法，减少硝化作用及反硝化作用，并已取得成效。