탈질 작용이라고도 합니다. 탈질 세균은 산소 부족 상태에서 질산염을 복원하고 분자 질소 (N2) 또는 일산화질소 (N2O) 를 방출한다. 미생물과 식물이 질산염을 흡수하여 이용하는 것은 완전히 다른 두 가지 용도가 있다. 하나는 질소를 질소원으로, 동화 질산염 환원이라고 한다: NO3-→NH4+→ 유기질소. 많은 세균, 방선균, 곰팡이는 질산염을 질소 영양으로 이용할 수 있다. 또 다른 목적은 NO2- 와 NO3- 을 호흡작용의 최종 전자수용체로 질산을 질소 (N2) 로 환원시켜 반질화 또는 반질화작용이라고 하는 것이다. NO3-→NO2-→N2↑. 소수의 세균만이 반질화 작용을 할 수 있는데, 이 생리군을 반질화 세균이라고 한다. 대부분의 반질화 세균은 이질화 미구균, 탈질소 가짜 단포균 등과 같은 이양 세균이다. 유기물을 혐기성 호흡의 질소원과 에너지로 사용하는데, 그 생화학 과정은 다음과 같이 표현될 수 있다.
C6h12o6+12 NO3-→ 6h2o+6 CO2+12 NO2-+에너지
Ch 3c ooh+8 NO3-→ 6h2o+10 CO2+4 N2+8oh-+에너지
소수의 반질화균은 질소황균, 산화황, 질산염과 같은 자양균으로 에너지를 얻고 이산화탄소를 동화하며 질산염을 호흡작용의 최종 전자 수용체로 삼는다. 다음과 같은 반응을 할 수 있습니다.
5S+6KNO3+2H2O→3N2+K2SO4+4KHSO4
반질화작용은 질산염을 질소로 환원시켜 토양 중 질소 영양의 함량을 줄여 농업 생산에 불리하다. 농업에서 경작은 보통 토양을 푸석푸석하게 하여 반질화 작용을 방지하는 데 쓰인다. 반질화작용은 질소순환에서 없어서는 안 될 고리로, 토양이 용해되어 강과 바다로 유입되는 NO3- 을 줄여 질산 축적이 생물에 미치는 독성 작용을 제거한다.
질산화:
암모니아가 아질산염으로 산화되는 과정은 두 그룹의 미생물, 즉 암모니아 산화 세균 (AOB) 과 암모니아 산화 고균 (AOA)[ 1] 에 의해 이루어진다. 암모니아 산화 세균은 변형균강의 베타 변형균과 플루토늄 변형균에서 [2] 를 찾을 수 있다. 현재 암모니아 산화 고세균인 질산화단포균 [3] [4] 만 분리 발견됐다. 토양에서 가장 많이 연구되는 암모니아 산화 세균은 아질화단포균과 아질화구균에 속한다. 암모니아 산화는 토양의 세균과 고세균 모두에서 발생하지만 고세균의 암모니아 산화는 토양과 해양 환경 모두에서 가장 중요한 위치를 차지하고 있다 [5][6], 이는 전고세균이 이러한 환경에서 암모니아 산화의 가장 큰 공헌자가 될 수 있다는 것을 의미한다. 2 단계 (아질산염이 질산염으로 산화되는 단계) 는 주로 세균의 질산화균에 의해 완성된다. 위의 단계는 모두 에너지를 발생시켜 삼인산 아데노신으로 결합한다. 질산화 생물은 화학에너지 자양세균으로 이산화탄소를 생장의 탄소원으로 이용한다. 일부 암모니아 산화 세균에는 우레아제라는 효소가 있는데, 이 효소는 우레아제 분자를 2 분자 암모니아와 1 분자 이산화탄소로 분해하도록 촉매한다. 연구에 따르면 유럽 아질화단균은 토생 암모니아 산화 세균과 마찬가지로 캘빈 순환 동화 우레아제 반응으로 생성된 이산화탄소를 통해 바이오매스 에너지를 생성하고 암모니아 (우레아제의 또 다른 산물) 를 아질산염으로 산화하는 과정을 통해 에너지를 얻을 수 있는 것으로 나타났다. 이 특성은 산성 환경에서 우레아의 존재가 암모니아 산화 박테리아의 성장을 촉진하는 이유를 설명할 수 있다 [7].
질화작용은 도시 오수 반질화 과정에서도 중요한 역할을 한다. 기존의 탈질은 먼저 질화한 후 탈질한 것이다. 이 과정의 소비는 주로 폭기 (산소를 반응기로 가져오는 과정) 와 반질화를 위한 추가적인 탄소원 (예: 메탄올) 을 제공하는 데 쓰인다.
식수에도 질산화 작용이 발생한다. 배수시스템에서 염소아민은 흔히 2 차 소독제로 쓰이며, 유리암모니아는 암모니아산화 미생물의 기질로 쓰인다. 이런 관련 반응은 시스템의 소독제 잔여량을 줄일 수 있다 [8].
이 생물들은 대부분의 환경에서 동시에 존재할 수 있으며, 그것들이 생산하는 최종 산물은 질산염이다. 그러나 아질산염만 생산하는 시스템을 설계할 수 있다 (Sharon 과정 참조).
질산화와 암모니아화는 함께 무기과정을 구성하는데, 이는 유기물이 완전히 분해되어 이용할 수 있는 질소화합물을 방출하는 과정을 가리킨다. 이 과정은 질소 순환을 완성한다.