Процесс нитрификации. 
Морфологические и физиологические особенности возбудителей. 
Динамика процесса. 
Роль работ С.Н. Виноградского. 
Значение нитрификации в почве и при хранении навоза

При соответствующих условиях (наличие кислорода, температура выше 4 °C и др.) под действием аэробных микроорганизмов (нитрифицирующих бактерий) происходит окисление азота аммонийных солей, в результате чего образуются сначала соли азотистой кислоты, или нитриты, а при дальнейшем окислении — соли азотной кислоты, или нитраты, т. епроисходит процесс нитрификации. Этот биохимический процесс был открыт в 70-х годах XIX в. Но только в конце XIX в. русскому микробиологу С. Н. Виноградскому удалось выделить чистую культуру нитрифицирующих бактерий. Одна группа этих бактерий окисляет аммиак в азотистую кислоту (нитритные бактерии), вторая — азотистую кислоту в азотную (нитратные бактерии). Нитрификация имеет большое значение в очистке сточных вод, так как этим путем накапливается запас кислорода, который может быть использован для окисления органических безазотистых веществ, когда полностью уже израсходован для этого процесса весь свободный (растворенный) кислород.

Процесс нитрификации является конечной стадией минерализации азотсодержащих органических загрязнений. Наличие нитратов в очищенных сточных водах служит одним из показателей степени их полной очистки; поэтому необходимо применять такие очистные сооружения, которые обеспечили бы оптимальные условия для жизнедеятельности нитрифицирующих бактерий.

Наибольшее значение для расширения научных представлений о роли микробов в круговороте веществ в природе и развития экологического направления в микробиологии имели классические исследования С. Н. Виноградского. Виноградский еще в юношеские годы провел оригинальные по замыслу и убедительные по выполнению исследования физиологии и морфологии.

Концепция хемоавтотрофного обмена веществ (получила особенно убедительные доказательства и развитие в исследованиях Виноградского, посвященных возбудителям нитрификации — одного из важнейших почвенных процессов. Предположив, что в основе жизнедеятельности этих бактерии лежит процесс окисления аммиака (первая фаза нитрификации) и нитритов (вторая фаза нитрификации), Виноградский раскрыл особенности физиологии нитрифицирующих бактерий, длительное время ускользавшие от внимания его предшественников по изучению нитрификации — Р. Уорингтона, П. Франклэнда и др.

С.Н. Виноградский применил для их выделения элективную среду, представляющую собой раствор чистых минеральных солей, в том числе и сернокислого аммония, которым он пропитал пластинки кремнекислого геля. Отсутствие органических соединений в такой среде исключало развитие банальных гетеротрофов. В 1891 г. С. Н. Виноградский выделил микроорганизмы, названные им нитрификаторами.

Окисление аммиака до нитратов называют нитрификацией. Нитриты образуются под действием двух видов бактерий — Nitrosomonas и Nitrosococus, а нитраты — Nitrobacter.

Нитрификация может проходить при 50−55°, но лучше она протекает в интервале 30−37 ° (Рассель и Джонс).

Для нитрификации необходима аэрация. Интенсивность ее также связана с содержанием в почве влаги. Больше всего накапливается нитратов при влажности 55−60% полной влагоемкости, хотя процесс нитрификации может идти и в более широком интервале (30−80%).

Нитрифицирующие бактерии очень чувствительны к реакции среды. Они лучше развиваются и больше накапливают нитратов в нейтральных и слабощелочных почвах. Вот почему на кислых почвах известкование усиливает нитрификацию. Значительное количество нитратов обнаруживается в пахотном слое на фоне высокой агротехники.

Меньше всего нитратов накапливается в песчаной почве. Объясняется это не только свойствами почвы и бедностью ее органическим веществом, но и вымыванием солей азотной кислоты в нижележащие горизонты.

В торфяных почвах содержится значительное количество азота, но он в основном находится в неусвояемом для растений состоянии. Чтобы повысить содержание в торфяных почвах нитратов, необходимо удалить из почвы избыточную влагу, увеличить газообмен между почвенным и атмосферным воздухом, обрабатывать почну, расширять в севообороте долю пропашных культур (картофеля, сахарной свеклы, кукурузы), проводить известкование.

Практика удобрения почвы навозом основана на микробной минерализации органического вещества, которая приводит к превращению органического азота в нитраты путем аммонификации и нитрификации. Еще более простым способом повышения содержания нитратов в почве служит орошение полей разбавленными растворами аммиака, что является одним из современных методов удобрения почв.

Аммиак, который можно синтезировать химическим путем из молекулярного азота, — это наиболее концентрированная форма доступного связанного азота, поскольку он содержит около 82% азота по весу.

Нитраты представляют собой весьма растворимые соединения, поэтому они легко выщелачиваются из почвы и уносятся водой; следовательно, определенное количество связанного азота постоянно удаляется с континентов и переносится в океаны. В некоторых местностях, особенно в полузасушливых районах Чили, в почве накапливаются отложения нитратов в результате выхода и испарения поверхностных вод. Такие отложения —ценный источник удобрения, хотя их значение существенно снизилось за последние 50 лет вследствие развития химических методов производства азотистых соединений из атмосферного азота.