反硝化作用，狭义的指将硝酸盐还原为分子态氮的过程，称为脱氮作用；广义的指将硝酸盐还原为较简单的氮化合物的过程，除了脱氮作用外，还包括硝酸盐还原作用（指脱氮作用以外的还原作用，例如硝酸盐还原为亚硝酸盐的作用）。
多种细菌和真菌斗具有硝酸盐还原酶，可以将硝酸盐还原为亚硝酸盐。方程式如下：
NHO3+2H------------>HNO2+H2O(需要硝酸还原酶的作用)
而脱氮作用，则常常与无氮有机物的氧化反应伴随发生，例如：
C6H12O6+6H2O---------->6CO2+24H
24H+4NO3￣-------------->12H2O+2N2
总的反应方程式为：
C6H12O6+4NO3￣------------>6CO2+6H2O+2N2+420cal
也就是说，在１摩尔的葡萄糖被氧化的同时，有４摩尔的硝酸根被还原为２摩尔分子氮。
很多细菌可以引起脱氮作用，主要是一些革兰氏阴性的无芽胞杆菌，如荧光杆菌，斯图采尔杆菌。它们一般是兼性需氧的细菌，脱氮作用常常是在厌氧条件下发生。而且，有些化学能自养型细菌也可以在厌氧的条件下引起脱氮作用，比如，反硝化硫化细菌可以用硝酸盐来氧化硫，从而将硝酸盐还原，方程式如下：
5S+2CaCO3+6KNO3------------>3K2SO4+2CaSO4+2CO2+3N2+660cal
在pH为7.0~8.2，厌氧条件下，如果有可溶性无氮有机物存在，则脱氮作用旺盛。
反硝化作用的意义在于：
１，硝酸盐还原作用使水中的低毒硝酸盐浓度降低，而使具有较高毒性的亚硝酸盐浓度增加，所以是不利的。
２，脱氮作用使水中的低毒硝酸盐浓度降低，变为无毒的氮气排除，是有利的。
３，在草缸中，脱氮作用会使对草有营养意义的硝酸盐减少，对草是不利的，特别是在氮循环保持良好状态的生态群落中。
４，如果要增加脱氮作用的强度，可以创造适合反应的条件，其中保持适合的酸碱度和一定可溶性无氮有机物浓度是关键。无氮有机物水中的存在有限，可以考虑额外添加补充，例如向水中补充葡萄糖溶液。
５，脱氮作用对没有排除硝酸盐途径的裸缸具有重要意义，和良好的硝化作用一起，维持水中的低氮状态，保持水质稳定，延长换水时间。
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