土壤中的硝化作用是一個(gè)對(duì)pH高度敏感的典型過程。實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)與田間試驗(yàn)結(jié)果均表明：當(dāng)pH在4.8～8.5的范圍內(nèi)時(shí)，硝化作用隨著pH的升高而增強(qiáng)。例如，北美白樺森林土壤pH在5.5～7.5范圍內(nèi)，凈硝化速率逐漸增大，且在pH 7.5時(shí)，土壤凈硝化速率是pH 5.5時(shí)的4倍。但令人驚訝的是，土壤pH的短期改變(如施用石灰等人為活動(dòng))對(duì)硝化作用的影響，卻有著不同的研究結(jié)果。瑞典pH小于4.8的酸性森林土壤中開展的研究表明：施入石灰顯著提高了土壤硝化作用，即添加3 t/hm2石灰后，表層土壤的硝態(tài)氮濃度是原始土壤的67.5倍。然而，在日本茶園強(qiáng)酸性土壤中，施用CaCO3并沒有提高其硝化活性。甚至，有研究發(fā)現(xiàn)中國西湖和太湖地區(qū)的酸性森林土壤中施用石灰還會(huì)顯著降低土壤的凈硝化率。

土壤pH影響硝化作用的機(jī)制至少包括兩個(gè)方面。首先，pH影響了硝化反應(yīng)底物的化學(xué)形態(tài)與濃度，從而影響其有效性。因?yàn)橄趸饔玫牡孜锸荖H3分子而非NH4+離子，而高pH可以使得NH3分子與NH4+轉(zhuǎn)換的化學(xué)平衡式趨向于生成NH3分子，從而提高NH3分子的有效性。其次，土壤pH對(duì)參與硝化反應(yīng)的土壤微生物的分布會(huì)有所影響。例如：在酸性土壤(pH 4.5～6.9)中，存在大量的AOA(氨氧化古菌ammonia-oxidizing archaea),但卻檢測(cè)不到AOB(氨氧化細(xì)菌ammonia-oxidizing bacteria)，Di等發(fā)現(xiàn)在新西蘭高氮草地土壤中施氮會(huì)增加AOB的數(shù)量和土壤硝化活性。

已有研究均發(fā)現(xiàn)pH在4.8～8.5的范圍內(nèi)時(shí)，土壤的硝化速率隨著pH的增加而提高。本實(shí)驗(yàn)中的石灰性紫色土的硝化作用最強(qiáng)，而酸性紫色土中幾乎不發(fā)生硝化作用，與以往的研究結(jié)果一致。但是，也有研究結(jié)果表明低pH的土壤中也會(huì)發(fā)生硝化作用。例如，Nugroho等(2005)在荷蘭和芬蘭的9種酸性森林土(pH 2.9～3.4)中發(fā)現(xiàn)了強(qiáng)烈的硝化作用[5 mg N/(kg·d)]；且He等在pH 3.7的土壤中獲得了細(xì)菌和古菌的amoA基因，說明強(qiáng)酸性土壤中有發(fā)生硝化作用的可能。而在本實(shí)驗(yàn)pH為5.7的土壤中卻沒有發(fā)生顯著的硝化作用，經(jīng)計(jì)算得到pH為5.7的土壤中NH3分子的濃度為500 nmol N/kg干土(NH3+H+?NH4+;pKa=9.25)，是Nugroho等試驗(yàn)中土壤(pH 3.4)NH3分子濃度的200倍。但在加拿大酸性森林土(pH 2.9～3.4)中卻發(fā)生了強(qiáng)烈的硝化作用，所以酸性紫色土沒有發(fā)生顯著的硝化反應(yīng)并非缺少反應(yīng)底物；而更可能是與相關(guān)硝化微生物的活性有關(guān)。同時(shí)，酸性紫色土采用NaOH調(diào)高pH后，反應(yīng)底物NH3分子濃度呈數(shù)量級(jí)增加，但凈硝化率并沒有增加；這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果也為該猜測(cè)提供了充分證據(jù)。

pH的短期降低對(duì)堿性土壤中的凈硝化作用也無顯著影響。硝化反應(yīng)速率主要受氨單加氧酶(ammonia monooxygenase,AMO)催化的氨氧化速率控制。因此，硝化反應(yīng)符合酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程，如果底物濃度高于酶促反應(yīng)常數(shù)，則限制反應(yīng)速率的是酶活性，而不是反應(yīng)底物濃度。因此，堿性紫色土采用H2SO4調(diào)低pH后，反應(yīng)底物NH3分子濃度呈數(shù)量級(jí)降低，但凈硝化速率并沒有降低；這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明制約堿性紫色土硝化作用的因子不是氮源，而是相關(guān)硝化微生物的活性。

pH值的短期改變對(duì)酸性和堿性土壤的硝化作用沒有影響，但對(duì)中性土壤的硝化作用影響顯著。pH短期上升，硝化作用顯著增強(qiáng)，pH短期下降，硝化作用隨之顯著減小。這表明底物濃度(NH3)控制著中性紫色土的硝化速率。

氨氧化細(xì)菌(AOB)以及氨氧化古菌(AOA)都擁有氨單加氧酶amoA基因編碼，這意味著AOB和AOA都在硝化作用起著關(guān)鍵作用。越來越多的證據(jù)表明，土壤pH值在7.0以上時(shí)，硝化作用是由氨氧化細(xì)菌主導(dǎo)，而氨氧化古菌則更可能在酸性土壤中主導(dǎo)了硝化作用。本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果顯示了3種不同pH值紫色土中氨氧化微生物的生態(tài)位差異顯著。AOA主要分布于酸性紫色土，而AOB主要分布于堿性紫色土；而在中性紫色土(pH=7.4)中，AOA和AOB的豐度都很高，這可能意味著AOB和AOA在中性紫色土中共存，且都可能是硝化作用的推動(dòng)者。

結(jié)論：

pH的短期變化對(duì)酸性與石灰性土壤中的硝化活性無顯著影響，而對(duì)中性土壤有顯著影響。該結(jié)果表明不同pH的紫色土可能有不同的硝化反應(yīng)機(jī)制。