硝化作用

硝化作用是透過氧化將銨（NH4+）轉化為硝酸鹽（NO3-）。氧化被定義為原子或化合物失去電子，或氧化狀態增加。這一過程是由兩種硝化需氧細菌促進的，它們需要溶解在周圍環境中的氧分子才能生存[[我]

首先，化學自養細菌（主要是亞硝基單胞菌屬的細菌）將氨（NH3）和銨轉化為亞硝酸鹽（NO2-）。”“化學自養”指的是細菌從無機來源，即二氧化碳中創造自身營養的能力。該過程用化學方程式表示：

2NH4++3O2級→ 2NO2–+2H2O+4H++能量

然後，主要來自硝化菌群的細菌在以下反應中將亞硝酸鹽轉化為硝酸鹽：

2NO2–+O2→ 2NO3–+能量

這些反應同時發生，而且非常迅速——通常在幾天或幾周內。亞硝酸鹽在土壤中完全轉化為硝酸鹽是很重要的，因為亞硝酸鹽對植物是有毒的。

土壤中的硝酸鹽是植物利用氮的主要來源[因此，氮從一種形式向另一種形式的轉變，即氮迴圈，是農業產業的重要組成部分

在這些步驟發生之前，異養細菌透過水解分解有機氮，形成銨和氨，這一過程稱為氨化。i氨可能存在於動物糞便、堆肥和分解覆蓋作物或作物殘留物的尿素中。銨存在於大多數肥料中。

硝化細菌對環境脅迫的敏感性高於其他型別的土壤細菌。當土壤長期被水分飽和時，土壤孔隙充滿水，限制了氧氣供應。硝化細菌需要好氧條件才能發揮作用，因此淹沒限制硝化。

乾燥的土壤往往含鹽量高，由此產生的鹽分會對細菌的硝化活性產生負面影響。這是因為滲透壓的增加增加了微生物將水透過細胞膜所需的能量。水對於溶質（如硝酸鹽）在土壤中的運動也是必不可少的。二

硝化細菌在pH值在6.5到8.5之間，溫度在16到35攝氏度之間表現最好。在酸性很強的土壤中，硝化速率較慢，而高鹼度會降低硝化細菌的活性，導致土壤中亞硝酸鹽的不利積累。

土壤pH值也可能受到硝化銨的特定來源的影響。例如，磷酸一銨（MAP）溶液的酸性比磷酸二銨（DAP）強得多；因此，使用磷酸二銨的硝化速率比磷酸二銨高。

大多數細菌存在於上表層，因此，耕作措施不當時，硝化作用下降。

粘粒含量高的土壤顆粒較大，細菌生長的微孔空間較大，陽離子交換能力較強，對銨的截留量也較大。減少耕作可改善水分關係和土壤物理性質。

硝化作用可能受到重金屬和有毒化合物的抑制，或者氨濃度過高。

有時將氮以銨的形式留在土壤中可能是有益的。這可以防止氮損失（透過硝酸鹽的浸出）和氮氣逸出（透過反硝化）。商業上使用的硝化抑製劑包括雙氰胺和硝基吡啶。

反硝化

反硝化是透過還原將硝酸鹽轉化為含氮氣體的生物過程。始終遵循硝化作用i，反應順序可表示為：

3號-→ 二氧化氮-→ 不→ 氧化亞氮→ 氮氣[iv]

兼性細菌促進了這一過程；這些細菌的呼吸不需要存在遊離氧。反硝化細菌是異養生物，因為它們需要以碳的形式存在的有機食物來源才能生存。反硝化可以在過程**後幾分鐘內迅速開始。

反硝化作用可能對作物生產有害，因為氮是植物生長所必需的營養物質，在反硝化過程中會流失到大氣中。然而，由於水中硝酸鹽濃度降低，它有利於水生生境和工業或汙水處理。我

由於肥料處理，作物的淋濾或徑流可能導致過量的這種營養物質最終進入水體，在水體中，含氮化合物對人類和水生生物都有各種有害影響。四

氨對魚類有毒，**藻類生長，降低水中的含氧量，導致富營養化。硝酸鹽會導致肝損傷、癌症和高鐵血紅蛋白血癥（嬰兒缺氧），而亞硝酸鹽與稱為胺的有機化合物發生反應，形成致癌的亞硝胺。二

當土壤或水中的氧含量耗盡（缺氧條件）時，反硝化細菌分解硝酸鹽作為氧源。這通常發生在含氧量低的淹水土壤中。硝酸鹽被還原成一氧化二氮（N2O），再次變成含氮氣體。這些氣泡逃逸到大氣中。我

反硝化菌產生的氣體取決於土壤或水中的條件以及存在何種微生物群落。氧氣越少，生成的氮氣越多，這是脫氮最常見的產物。氮氣是空氣的主要成分。第二種最常見的產物是一氧化二氮，一種溫室氣體，也會侵蝕地球的臭氧層。四

反硝化細菌對有毒化學物質的敏感性比硝化細菌低，在pH值在7.0到8.5之間，溫度在26到38攝氏度之間時，反硝化細菌的功能最佳。反硝化作用主要發生在微生物活性最高的表土中。

反硝化菌需要足夠的硝酸鹽濃度和可溶性碳源；使用甲醇或醋酸時發生率最高。有機碳可能存在於肥料、堆肥、覆蓋作物和作物殘留物中。我

儘量減少作物土壤中的反硝化作用是透過保持植物生長所需的最低硝酸鹽濃度來實現的，例如使用控釋肥料。另一種方法是抑制硝化作用，這會降低可用於反硝化的硝酸鹽水平。

由於土壤性質（包括團聚體、大孔隙和濕度）以及肥料、有機質和作物殘渣分佈的變化等諸多因素的影響，單個農田的反硝化水平差異很大。

氮肥種類和施用方法對反硝化有影響。例如，包膜控釋肥料，以及施肥和廣播應用，造成較低的氧化亞氮排放比干顆粒尿素和集中波段應用。更深層的氮氣也可以減少這些排放。

乾旱期之後的突然暴雨往往是反硝化的觸發因素，可以透過排水系統和地下滴灌進行管理。四

總結

硝化作用

• 遵循氨化過程
• 銨轉化為硝酸鹽
• 氧化反應
• 由兩種主要的化學自養需氧菌促進：亞硝基單胞菌和硝化菌
• 兩步法：銨的轉化  轉化為亞硝酸鹽，然後將亞硝酸鹽轉化為硝酸鹽
• 創造一種供植物根系吸收的氮營養形式
• 尿素中的反應物（銨），來自動物糞便和肥料、堆肥和分解覆蓋作物或作物殘留物
• 硝化菌對環境脅迫更敏感
• 受洪水、高鹽、高酸、高鹼、過度耕作和有毒化合物的抑制
• 有利於好氧條件，pH值在6.5到8.5之間，溫度在16到35攝氏度之間，粘土含量高

反硝化

• 遵循硝化過程
• 硝酸鹽轉化為含氮氣體，主要是氮和一氧化二氮
• 還原反應
• 由異養兼性細菌促進
• 步驟順序：將硝酸鹽轉化為亞硝酸鹽、一氧化氮、一氧化二氮，最後轉化為氮氣
• 透過降低硝酸鹽水平凈化廢水和水生系統
• 硝化作用形成的反應物（硝酸鹽），而反硝化菌的碳源存在於肥料、覆蓋作物和作物殘渣中，或由甲醇或醋酸提供
• 反硝化菌對環境脅迫不太敏感
• 透過減少硝化作用、降低硝酸鹽水平、深層施用包膜控釋肥料和土壤排水來抑制

有利於淹水、缺氧條件、pH值在7.0和8.5之間、溫度在26和38攝氏度之間、硝酸鹽和可溶性碳的充足供應以及乾顆粒尿素的濃縮帶應用。