Азот, содержащийся в растительных остатках, тканях животных, микроорганизмах, почвенном гумусе и вносимый с навозом, зеленым удобрением и т. д., обычно находится в органических соединениях.
Микрофлора разлагает его органические формы и переводит в доступное для растений состояние. Процессу аммонификации подвергаются азотсодержащие соединения с различной структурой — белки, аминокислоты, гликопептиды, нуклеиновые кислоты, амиды, алкалоиды, амины и др. Наиболее интенсивно протекает аммонификация белков. При гидролизе простые белки распадаются на аминокислоты, а сложные, кроме этого, — на другие органические и неорганические соединения. Основными конечными продуктами аэробного разложения белков являются СO2, аммиак, сульфаты и вода. При анаэробном разложении образуются аммиак, амины, органические кислоты, индол, скатол, сероводород, СO2 и др. Аммонификация протекает с участием бактерий родов Bacteroides и Bacillus. К особенно активным аммонификаторам относятся В. megaterium, В. mycoides, В. mesentericus к Proteus Vulgaris родов Pseudomonas, Clostridium и др.
Белки разлагаются под действием протеолитических экзоферментов, рибонуклеазы и дезоксирибонуклеазы, которые синтезируются микроорганизмами. Аммонификация азотсодержащих органических веществ — это микробиологический процесс.
Аммиак, образующийся в почве при аммонификации, адсорбируется обменными ионами или используется микроорганизмами и снова переходит в органическую форму, т. е. иммобилизуется. В зависимости от свойств почвы при участии нитрифицирующих бактерий он может окисляться сначала до азотистой, а затем азотной кислот (нитрификация), часть образовавшихся нитратов восстанавливается в молекулярный азот (денитрификация) с последующим уходом его в атмосферу.
Аммонифицирующие бактерии при помощи ферментов, выделяемых ими в почву, разлагают сложные белковые молекулы на более простые соединения. Эти соединения осмотическим путем проникают в клетки микроорганизмов и под действием внутриклеточных ферментов подвергаются дезаминированию, при котором высвобождается аммиак.
Если в почве содержится много углерода, аммонификация протекает довольно интенсивно, но высвобождается мало аммиака, поскольку при наличии высокого количества богатой углеродом органической массы создаются условия для активного развития микроорганизмов, расходующих аммиачный азот для формирования клеток. Азот переходит в органическую форму, т. е. иммобилизуется, и не выделяется в почву.
Аммонификация — важное звено круговорота азота, которая протекает в почве в больших масштабах. Высвобождающийся аммиачный азот не вымывается, а связывается почвенно-поглощающим комплексом в количествах, зависящих от ионообменной способности почв. В нейтральных и хорошо аэрированных почвах значительная часть аммонийного азота быстро подвергается нитрификации. При неблагоприятных для нитрификации условиях (кислая реакция, плохая аэрация) процесс аммонификации протекает очень интенсивно, приводя к потере азота из-за улетучивания аммиака. Высокие потери могут происходить при наличии в почве легкоминерализующихся, богатых азотом органических веществ, при благоприятной влажности и температуре почвы и т. д., поскольку в этом случае процесс аммонификации органических азотных соединений протекает с высокой скоростью.
Нитрификация — процесс, связанный с накоплением нитратного азота в почве. От его интенсивности зависит азотный режим почвы — один из основных факторов почвенного плодородия.
Нитрификация в почве подробно изучена Виноградским (1952). При окислении аммиака нитрифицирующими бактериями выделяется энергия, используемая ими для синтеза органических веществ. Окисление аммиака происходит в два этапа: на первом — до азотистой, на втором — до азотной кислоты. В первом этапе нитрификации принимают участие бактерии рода Nitrosomonas, Nitrosocystis, Nitrosospira и Nitrosolobus, во втором — Nitrobacter, Nitrospina и Nitrococcus.
Нитрифицирующие бактерии чувствительны к окружающей среде. Они используют лишь до 9% энергии, выделяемой при окислительных процессах аммонификации, и реагируют на изменение почвенной реакции, не развиваясь при pH ниже 6. В их клетки могут легко проникать токсические вещества, это свойство используют при применении ингибиторов нитрификации в почвах. В нейтральные, хорошо аэрированные почвы в результате нитрификации ежегодно поступает в среднем 300 кг/га азотной кислоты, которая содействует повышению растворимости фосфатов и поступлению более высоких количеств усвояемого растениями фосфора в почву.
В Болгарии проведены подробные исследования интенсивности процессов аммонификации и нитрификации в почвах. В черноземах аммонификация происходит интенсивно, за исключением летнего периода. Минерализация органического азота активно осуществляется осенью, в карбонатных и типичных черноземах — весной, а в выщелоченных черноземах — в течение почти всего года. Активность нитрифицирующих микроорганизмов в черноземах высока, хотя носит сезонный характер. Летом при высокой температуре создаются оптимальные условия для поступления нитратов в почву, поскольку этот период совпадает с вегетационным периодом сельскохозяйственных культур. Нитрификация протекает наиболее интенсивно в обрабатываемых почвах, особенно в черноземах; в оподзоленных черноземах накапливается больше нитратного азота.
Серые лесные почвы в течение всего вегетационного периода при оптимальной влажности обогащаются аммонийным азотом. При этом процесс нитрификации интенсивно протекает в темно-серых лесных почвах и сильно снижается в кислых светло-серых лесных почвах. Поскольку процессы аммонификации преобладают над нитрификацией, в кислых серых почвах накапливается аммиачный азот.
В смолницах оба процесса — аммонификация и нитрификация — идут интенсивно, причем в периоды с высокой температурой (весна, лето) преобладает нитрификация.
В луговых коричневых почвах аммонификация протекает интенсивнее, значительно слабее в выщелоченных и особенно в псевдо подзол истых (оподзоленных) лесных почвах. В этих почвах процесс нитрификации слабее по сравнению с черноземами и резко тормозится при низкой влажности летом. В псевдо подзолистых коричневых лесных почвах процесс нитрификации обычно подавлен.
Необходимо подчеркнуть, что в почвах с нейтральной или слабощелочной реакцией накапливается нитратный азот. В кислых почвах (светлосерые, оподзоленные, коричневые и оподзоленные черноземы) после внесения азотных удобрений в аммонийной форме, особенно карбамида, может развиться аммонийная токсичность, усиливающаяся в периоды с высокой влажностью и низкой температурой. В почвах с повышенной интенсивностью процессов нитрификации накапливается значительное количество нитратов, тем самым создавая условия, благоприятные для денитрификации, которая приводит к невозвратимым потерям газообразного азота. В Болгарии это может происходить на почвах с нейтральной реакцией (карбонатные и типичные черноземы, типичные и слабовыщелоченные коричневые лесные почвы и т. д.). Знание динамики роста микроорганизмов и интенсивности прохождения аммонификации и нитрификации позволит регулировать эти процессы и установить в зависимости от почвы дозы, сроки и виды азотных удобрений. Этим обусловливается полное использование вносимых туков и снижение потерь при их применении.