NH4+ được sinh ra trong quá trình amôn hoá cũng như được giải phóng ra từ các dạng phân đạm hoá học sẽ nhanh chóng bị oxy hoá thành NO2-, rồi sau đó thành NO3-. Quá trình này gọi là quá trình nitrat hoá. Nhóm vi khuẩn thực hiện quá trình này là vi khuẩn nitrat hoá.
Quá trình này gồm 2 giai đoạn và do 2 nhóm vi sinh vật khác nhau thực hiện. - Giai đoạn nitrit hoá do vi khuẩn nitrit hoá thực hiện, chúng thuộc 4 giống:
Nitrosomonas, Nitrocystis, Nitrosolobus, Nitrosospira. Đây là những vi khuẩn Gram âm, hiếu khí, thích hợp ở pH trung tính đến hơi kiềm. Giai đoạn nitrit hoá có thể được trình bày như sau:
NH4+ + 3/2 O2 NO2- + H2O + 2H+ + Q
Enzim xúc tác cho giai đoạn này là enzim thông thường của quá trình hô hấp hiếu khí.
Giai đoạn nitrat hoá do vi khuẩn nitrat hoá thực hiện, chúng gồm 3 giống:
Nitrobacter, Nitrospira, Nitrococcus. Đây là những vi khuẩn Gram âm, hiếu khí, thích hợp ở pH trung tính đến hơi kiềm. Giai đoạn nitrat hoá có thể được trình như sau:
NO2- + ½ O2 NO3- + Q
Vi khuẩn nitrat hoá thuộc loại tự dưỡng hoá năng. Cũng như các vi sinh tự dưỡng hoá năng khác, vi khuẩn nitrat hoá dùng năng lượng sinh ra trong quá trình này để đồng hoá CO2 của không khí. Ngoài quá trình nitrat hoá do nhóm vi khuẩn tự dưỡng hoá năng thực hiện còn có quá trình nitrat hoá do vi sinh vật dị dưỡng thực hiện. Các vi sinh vật này không có khả năng đồng hoá CO2 nhưng cũng có khả năng chuyển hoá NH3 thành nitrit rồi thành nitrat. Đó là những vi khuẩn thuộc giống: Alcaligenes, Anthrobacter, Corynebacterium, Achromobacter, Pseudomonas, Nocardia, Streptomyces. Ngoài ra chúng còn có thể tiến hành quá trình nitrat hoá đối với nhiều hợp chất hữu cơ chứa nitơ khác (amit, amin, oxim, hydroxamat...).
R – NH2 R – NHOH R - [NO] R – NO2 NO3- NO2 NO3-
Quá trình nitrat hoá diễn ra trong đất rất mãnh liệt. các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình đó là độ chua, độ thoáng môi trường, lượng chứa các hợp chất hữu cơ trong đất... Quá trình tạo NO3- không xảy ra khi pH< 6, thường diễn ra ở pH = 6,2 – 9,0. Các vi khuẩn nitrat hoá đều là những vi khuẩn hiếu khí nên tập trung nhiều ở các lớp đất thoáng trên mặt đất. Quá trình nitrat hoá diễn ra mạnh ở 30 – 35oC và ngừng trệ ở 10oC.
Dạng đạm nitrat là dạng dễ bị rửa trôi. Trong điều kiện nhiệt đới mưa nhiều như ở nước ta, hiện tượng rửa trôi chất dinh dưỡng diễn ra rất mãnh liệt. Đó là một trong những nguyên nhân của tình trạng nghèo đạm ở ta hiện nay.
Vi khuẩn nitrat hoá phân bố rộng rãi trong tự nhiên và có ý nghĩa đáng kể trong vòng tuần hoàn nitơ. Riêng ý nghĩa đối với nông nghiệp có 2 quan điểm trái ngược nhau về quá trình này:
- Đây là quá trình có lợi vì NO3- là dạng nitơ được cây trồng dễ hấp thu và việc chuyển từ dạng NH4+ sang dạng NO3- sẽ làm axit hoá môi trường đất, do đó nâng cao độ hoà tan của nhiều muối vô cơ chứa P, K, Ca, Mg.
- Quá trình nitrat hoá là quá trình bất lợi vì:
+ Cây trồng hấp thu dạng NH4+ không kém NO3-. Dạng NH4+ được duy trì trong đất bền hơn dạng NO3- nhất là khi chúng liên kết với các thành phần khoáng sét của đất. Còn NO3- dễ dàng bị rửa trôi xuống tầng lớp sâu tạo điều kiện cho vi khuẩn phản nitrat hoá hoạt động, làm cho đất mất đạm.
+ Việc chuyển hoá thành dạng NO3- dẫn đến hiện tượng làm chua đất và nhiều khi bất lợi đối với cây trồng.
+ NO2-, NO3- độc đối với cây.
Thực ra, giá trị sinh lý của 2 dạng đạm này hoàn toàn tương đương nhau. Ưu thế của 1 trong 2 dạng tuỳ thuộc vào hàng loạt các điều kiện bên trong và bên ngoài (đặc điểm sinh học của từng loài cây, giai đoạn sinh trưởng phát triển của cây, dự trữ gluxit có trong cây, pH, nồng độ muối, độ thoáng, thành phần khoáng... của môi trường).