土壤中的硝化作用是一个对pH高度敏感的典型过程。实验室模拟试验与田间试验结果均表明：当pH在4.8～8.5的范围内时，硝化作用随着pH的升高而增强。例如，北美白桦森林土壤pH在5.5～7.5范围内，净硝化速率逐渐增大，且在pH 7.5时，土壤净硝化速率是pH 5.5时的4倍。但令人惊讶的是，土壤pH的短期改变(如施用石灰等人为活动)对硝化作用的影响，却有着不同的研究结果。瑞典pH小于4.8的酸性森林土壤中开展的研究表明：施入石灰显著提高了土壤硝化作用，即添加3 t/hm2石灰后，表层土壤的硝态氮浓度是原始土壤的67.5倍。然而，在日本茶园强酸性土壤中，施用CaCO3并没有提高其硝化活性。甚至，有研究发现中国西湖和太湖地区的酸性森林土壤中施用石灰还会显著降低土壤的净硝化率。

土壤pH影响硝化作用的机制至少包括两个方面。首先，pH影响了硝化反应底物的化学形态与浓度，从而影响其有效性。因为硝化作用的底物是NH3分子而非NH4+离子，而高pH可以使得NH3分子与NH4+转换的化学平衡式趋向于生成NH3分子，从而提高NH3分子的有效性。其次，土壤pH对参与硝化反应的土壤微生物的分布会有所影响。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),但却检测不到AOB(氨氧化细菌ammonia-oxidizing bacteria)，Di等发现在新西兰高氮草地土壤中施氮会增加AOB的数量和土壤硝化活性。


已有研究均发现pH在4.8～8.5的范围内时，土壤的硝化速率随着pH的增加而提高。本实验中的石灰性紫色土的硝化作用最强，而酸性紫色土中几乎不发生硝化作用，与以往的研究结果一致。但是，也有研究结果表明低pH的土壤中也会发生硝化作用。例如，Nugroho等(2005)在荷兰和芬兰的9种酸性森林土(pH 2.9～3.4)中发现了强烈的硝化作用[5 mg N/(kg·d)]；且He等在pH 3.7的土壤中获得了细菌和古菌的amoA基因，说明强酸性土壤中有发生硝化作用的可能。而在本实验pH为5.7的土壤中却没有发生显著的硝化作用，经计算得到pH为5.7的土壤中NH3分子的浓度为500 nmol N/kg干土(NH3+H+?NH4+;pKa=9.25)，是Nugroho等试验中土壤(pH 3.4)NH3分子浓度的200倍。但在加拿大酸性森林土(pH 2.9～3.4)中却发生了强烈的硝化作用，所以酸性紫色土没有发生显著的硝化反应并非缺少反应底物；而更可能是与相关硝化微生物的活性有关。同时，酸性紫色土采用NaOH调高pH后，反应底物NH3分子浓度呈数量级增加，但净硝化率并没有增加；这一实验结果也为该猜测提供了充分证据。


pH的短期降低对碱性土壤中的净硝化作用也无显著影响。硝化反应速率主要受氨单加氧酶(ammonia monooxygenase,AMO)催化的氨氧化速率控制。因此，硝化反应符合酶促反应动力学方程，如果底物浓度高于酶促反应常数，则限制反应速率的是酶活性，而不是反应底物浓度。因此，碱性紫色土采用H2SO4调低pH后，反应底物NH3分子浓度呈数量级降低，但净硝化速率并没有降低；这一实验结果说明制约碱性紫色土硝化作用的因子不是氮源，而是相关硝化微生物的活性。


pH值的短期改变对酸性和碱性土壤的硝化作用没有影响，但对中性土壤的硝化作用影响显著。pH短期上升，硝化作用显著增强，pH短期下降，硝化作用随之显著减小。这表明底物浓度(NH3)控制着中性紫色土的硝化速率。


氨氧化细菌(AOB)以及氨氧化古菌(AOA)都拥有氨单加氧酶amoA基因编码，这意味着AOB和AOA都在硝化作用起着关键作用。越来越多的证据表明，土壤pH值在7.0以上时，硝化作用是由氨氧化细菌主导，而氨氧化古菌则更可能在酸性土壤中主导了硝化作用。本实验研究结果显示了3种不同pH值紫色土中氨氧化微生物的生态位差异显著。AOA主要分布于酸性紫色土，而AOB主要分布于碱性紫色土；而在中性紫色土(pH=7.4)中，AOA和AOB的丰度都很高，这可能意味着AOB和AOA在中性紫色土中共存，且都可能是硝化作用的推动者。


结论：


pH的短期变化对酸性与石灰性土壤中的硝化活性无显著影响，而对中性土壤有显著影响。该结果表明不同pH的紫色土可能有不同的硝化反应机制。