硝化作用
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氨在微生物作用下氧化為硝酸的過程。硝化細菌將氨氧化為硝酸的過程。通常發生在通氣良好的土壤、廄肥、堆肥和活性污泥中。
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概述
19世紀以前，人們把硝酸鹽看作是化學作用的產物，即空氣中的氧和氨經土壤催化形成。1862年L.巴斯德首先指出硝酸鹽的形成可能是微生物作用的結果。1877年，德國化學家T.施勒辛和A.明茨用消毒土壤的辦法，證實了氨被氧化為硝酸的確是生物學過程。1891年，С.Н.維諾格拉茨基用無機鹽培養基成功地獲得了硝化細菌的純培養，最終證實了硝化作用是由兩群化能自養細菌進行的。先是亞硝化單胞菌將銨氧化為亞硝酸；然後硝化桿菌再將亞硝酸氧化為硝酸。這兩群細菌統稱硝化細菌。其作用過程如下：
硝化細菌從銨或亞硝酸的氧化過程中獲得能量用以固定二氧化碳，但它們利用能量的效率很低，亞硝酸菌只利用自由能的5～14％； 硝酸細菌也只利用自由能的5～10％。因此,它們在同化二氧化碳時，需要氧化大量的無機氮化合物。
土壤中硝化細菌的數量首先受銨鹽含量的影響，一般耕地里，每克土中只有幾千至幾萬個。添加銨鹽即可使其數量增至幾千萬個。土壤中性偏鹼，通氣良好，水分為田間持水量的50～70％，溫度為10～30℃時，最適宜硝化細菌的生長繁殖，銨鹽也能迅速被轉化為硝酸鹽。
自然界中,除自養硝化細菌外,還有些異養細菌、真菌和放線菌能將銨鹽氧化成亞硝酸和硝酸，異養微生物對銨的氧化效率遠不如自養細菌高，但其耐酸，並對不良環境的抵抗能力較強，所以在自然界的硝化作用過程中，也起著一定的作用。
作用機理
硝化作用由自養型細菌分階段完成。
第一階段
第一階段為亞硝化，即氨氧化為亞硝酸的階段。參與這個階段活動的亞硝酸細菌主要有 5個屬：亞硝化毛桿菌屬(Nitrosomonas) ；亞硝化囊桿菌屬(Nitrosocystis)；亞硝化球菌屬(Nitrosococcus)；亞硝化螺菌屬(Nitrosospira)和亞硝化肢桿菌屬(Nitrosogloea)。其中，尤以亞硝化毛桿菌屬的作用居主導地位，常見的有歐洲亞硝化毛桿菌 (Nitrosomonas europaea)等。
第二階段
第二階段為硝化，即亞硝酸氧化為硝酸的階段。參與這個階段活動的硝酸細菌主要有3個屬：硝酸細菌屬(Nitrobacter)；硝酸刺菌屬 (Nitrospina)和硝酸球菌屬(Nitrococcus)。其中以硝酸細菌屬為主，常見的有維氏硝酸細菌(Nitrobacter winogradskyi)和活躍硝酸細菌 (N. agilis)等。
其他硝化細菌
除上述的自養型微生物外，土壤中還有大量多種異養型微生物在培養基上，也能將氨和有機氮化物氧化為N囯或囶,但其硝化能力低於自養型硝化細菌。也有人認為，異養型硝化微生物的硝化能力雖弱，但在土壤中的數量卻十分龐大，因而在硝化作用中也有相當意義。
影響因素
土壤中的硝化作用受pH、水分和溫度等生態因子的影響。中性或鹼性土壤最適宜硝化作用的進行，pH低於6.0時硝化作用速率顯著下降；低於5.0則作用甚微。硝化細菌的不同種類對pH的要求也不同。通常，來自酸性土壤的種類較來自鹼性土壤者能忍受較低的pH。土壤的含水量（或通氣狀況）和溫度是硝化作用強度的函數。處於濕潤狀態的土壤（其含水量為最大持水量的60％左右）最適宜於硝化作用的進行，而乾燥的土壤則有礙硝化細菌的存活。有利於硝化作用的溫度範圍為4～40℃。土壤中固有的硝化細菌對溫度的適應性與其所處的氣候帶有關。如在熱帶地區土壤中，硝化作用的最適溫度可高達35℃。
此外，由於硝化作用的基質（銨）有的來自周期地向土壤中施入的銨態肥料，有的來自土壤中固有的有機氨化物經氨化作用形成的銨，基質來源的這種差異也會對硝化作用產生影響。其他影響硝化作用的因素還有作物根系、微量重金屬、各種除草劑和化學製劑等。
對土壤肥力和環境的影響
硝化作用所產生的 N囶，由於不能被土壤膠體所吸附,除供植物吸收外,其餘部分或隨水流（徑流和滲漏）離開土體，或經反硝化作用而還原為N2和N2O,逸入大氣之中，造成大氣環境污染和土壤氮的損失。尤其是在土壤大量施用銨態化學肥料（如硫銨和硝銨）以後,所產生的大量N囶和相當數量的N囯,一旦隨水流進入飲用水中，不僅會促使水質向富營養化發展，滋生大量浮生生物，一旦進入動物體內，還會發生氧化血紅蛋白症，阻礙體內氧的運輸，對嬰兒的威脅尤為嚴重。N囶及N囯還極易轉化為亞硝胺(NH2NO2),已證明是一種致癌、致畸、甚至導致胎兒死亡的有害物質。
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