硝化作用

硝化作用是通过氧化将铵（NH4+）转化为硝酸盐（NO3-）。氧化被定义为原子或化合物失去电子，或氧化状态增加。这一过程是由两种硝化需氧细菌促进的，它们需要溶解在周围环境中的氧分子才能生存[[我]

首先，化学自养细菌（主要是亚硝基单胞菌属的细菌）将氨（NH3）和铵转化为亚硝酸盐（NO2-）。”“化学自养”指的是细菌从无机来源，即二氧化碳中创造自身营养的能力。该过程用化学方程式表示：

2NH4++3O2级→ 2NO2–+2H2O+4H++能量

然后，主要来自硝化菌群的细菌在以下反应中将亚硝酸盐转化为硝酸盐：

2NO2–+O2→ 2NO3–+能量

这些反应同时发生，而且非常迅速——通常在几天或几周内。亚硝酸盐在土壤中完全转化为硝酸盐是很重要的，因为亚硝酸盐对植物是有毒的。

土壤中的硝酸盐是植物利用氮的主要来源[因此，氮从一种形式向另一种形式的转变，即氮循环，是农业产业的重要组成部分

在这些步骤发生之前，异养细菌通过水解分解有机氮，形成铵和氨，这一过程称为氨化。i氨可能存在于动物粪便、堆肥和分解覆盖作物或作物残留物的尿素中。铵存在于大多数肥料中。

硝化细菌对环境胁迫的敏感性高于其他类型的土壤细菌。当土壤长期被水分饱和时，土壤孔隙充满水，限制了氧气供应。硝化细菌需要好氧条件才能发挥作用，因此淹没限制硝化。

干燥的土壤往往含盐量高，由此产生的盐分会对细菌的硝化活性产生负面影响。这是因为渗透压的增加增加了微生物将水通过细胞膜所需的能量。水对于溶质（如硝酸盐）在土壤中的运动也是必不可少的。二

硝化细菌在pH值在6.5到8.5之间，温度在16到35摄氏度之间表现最好。在酸性很强的土壤中，硝化速率较慢，而高碱度会降低硝化细菌的活性，导致土壤中亚硝酸盐的不利积累。

土壤pH值也可能受到硝化铵的特定来源的影响。例如，磷酸一铵（MAP）溶液的酸性比磷酸二铵（DAP）强得多；因此，使用磷酸二铵的硝化速率比磷酸二铵高。

大多数细菌存在于上表层，因此，耕作措施不当时，硝化作用下降。

粘粒含量高的土壤颗粒较大，细菌生长的微孔空间较大，阳离子交换能力较强，对铵的截留量也较大。减少耕作可改善水分关系和土壤物理性质。

硝化作用可能受到重金属和有毒化合物的抑制，或者氨浓度过高。

有时将氮以铵的形式留在土壤中可能是有益的。这可以防止氮损失（通过硝酸盐的浸出）和氮气逸出（通过反硝化）。商业上使用的硝化抑制剂包括双氰胺和硝基吡啶。

反硝化

反硝化是通过还原将硝酸盐转化为含氮气体的生物过程。始终遵循硝化作用i，反应顺序可表示为：

3号-→ 二氧化氮-→ 不→ 氧化亚氮→ 氮气[iv]

兼性细菌促进了这一过程；这些细菌的呼吸不需要存在游离氧。反硝化细菌是异养生物，因为它们需要以碳的形式存在的有机食物来源才能生存。反硝化可以在过程**后几分钟内迅速开始。

反硝化作用可能对作物生产有害，因为氮是植物生长所必需的营养物质，在反硝化过程中会流失到大气中。然而，由于水中硝酸盐浓度降低，它有利于水生生境和工业或污水处理。我

由于肥料处理，作物的淋滤或径流可能导致过量的这种营养物质最终进入水体，在水体中，含氮化合物对人类和水生生物都有各种有害影响。四

氨对鱼类有毒，**藻类生长，降低水中的含氧量，导致富营养化。硝酸盐会导致肝损伤、癌症和高铁血红蛋白血症（婴儿缺氧），而亚硝酸盐与称为胺的有机化合物发生反应，形成致癌的亚硝胺。二

当土壤或水中的氧含量耗尽（缺氧条件）时，反硝化细菌分解硝酸盐作为氧源。这通常发生在含氧量低的淹水土壤中。硝酸盐被还原成一氧化二氮（N2O），再次变成含氮气体。这些气泡逃逸到大气中。我

反硝化菌产生的气体取决于土壤或水中的条件以及存在何种微生物群落。氧气越少，生成的氮气越多，这是脱氮最常见的产物。氮气是空气的主要成分。第二种最常见的产物是一氧化二氮，一种温室气体，也会侵蚀地球的臭氧层。四

反硝化细菌对有毒化学物质的敏感性比硝化细菌低，在pH值在7.0到8.5之间，温度在26到38摄氏度之间时，反硝化细菌的功能最佳。反硝化作用主要发生在微生物活性最高的表土中。

反硝化菌需要足够的硝酸盐浓度和可溶性碳源；使用甲醇或醋酸时发生率最高。有机碳可能存在于肥料、堆肥、覆盖作物和作物残留物中。我

尽量减少作物土壤中的反硝化作用是通过保持植物生长所需的最低硝酸盐浓度来实现的，例如使用控释肥料。另一种方法是抑制硝化作用，这会降低可用于反硝化的硝酸盐水平。

由于土壤性质（包括团聚体、大孔隙和湿度）以及肥料、有机质和作物残渣分布的变化等诸多因素的影响，单个农田的反硝化水平差异很大。

氮肥种类和施用方法对反硝化有影响。例如，包膜控释肥料，以及施肥和广播应用，造成较低的氧化亚氮排放比干颗粒尿素和集中波段应用。更深层的氮气也可以减少这些排放。

干旱期之后的突然暴雨往往是反硝化的触发因素，可以通过排水系统和地下滴灌进行管理。四

总结

硝化作用

• 遵循氨化过程
• 铵转化为硝酸盐
• 氧化反应
• 由两种主要的化学自养需氧菌促进：亚硝基单胞菌和硝化菌
• 两步法：铵的转化  转化为亚硝酸盐，然后将亚硝酸盐转化为硝酸盐
• 创造一种供植物根系吸收的氮营养形式
• 尿素中的反应物（铵），来自动物粪便和肥料、堆肥和分解覆盖作物或作物残留物
• 硝化菌对环境胁迫更敏感
• 受洪水、高盐、高酸、高碱、过度耕作和有毒化合物的抑制
• 有利于好氧条件，pH值在6.5到8.5之间，温度在16到35摄氏度之间，粘土含量高

反硝化

• 遵循硝化过程
• 硝酸盐转化为含氮气体，主要是氮和一氧化二氮
• 还原反应
• 由异养兼性细菌促进
• 步骤顺序：将硝酸盐转化为亚硝酸盐、一氧化氮、一氧化二氮，最后转化为氮气
• 通过降低硝酸盐水平净化废水和水生系统
• 硝化作用形成的反应物（硝酸盐），而反硝化菌的碳源存在于肥料、覆盖作物和作物残渣中，或由甲醇或醋酸提供
• 反硝化菌对环境胁迫不太敏感
• 通过减少硝化作用、降低硝酸盐水平、深层施用包膜控释肥料和土壤排水来抑制

有利于淹水、缺氧条件、pH值在7.0和8.5之间、温度在26和38摄氏度之间、硝酸盐和可溶性碳的充足供应以及干颗粒尿素的浓缩带应用。