在显微镜下观察硝化细菌,可以看到它们一直跑来跑去动个不停,根本不可能好好地盯着一个菌体详细看,除非基于某种原因,例如它黏附(adhesion)在固体表面。这种现象由两个原因所致,第一、许多硝化细菌均长着类似鞭子般(whip-like)的鞭毛,它们一般都很长,为菌体长度的5~10倍,而且是波浪状且非直条状的,必须利用电子显微镜才能看到它。这些细菌就是利用此种特殊的运动器官在作运动。第二、有些不长鞭毛的菌体,在「布朗运动」的作用下,也能移动。在化学课程中我们学到肉眼仍可看见微粒可以在静止水体中移动,这是因为水分子从不同方向撞击该微粒(如花粉)所引起的。细菌比花粉小得多,当然更会受到布朗运动的影响。硝化细菌就是靠着两种方式迁移(movement)。
正在迁移中的硝化细菌是不能进行硝化作用的(Alleman,1987),必须等到硝化细菌附着在固体表面安定下来后才能进行,因此,硝化细菌通常不乐意作主动性的迁移运动。复因迁移也是相当耗费体能的,基于节约体能的消耗,它们通常会限制自已尽量不作此种运动。然而,硝化细菌仍可能在下列情况下作主动性的迁移运动:(1)栖息环境受到外来的干扰,(2)居住的地方缺乏生存资源,(3)有掠夺者(predator)入侵,(4)生活环境条件突然改变。由于「布朗运动」无法让它们移动得很远,若为了预防不良环境所带来的生命安全上的威胁,主动性迁移运动仍属必要的方式。
固体表面通常比流动的溶液有较好的养份来源,尤其在水流中的固体表面更是硝化细菌攫取流过养粉的大好机会。问题是硝化细菌如何可以附着在固体表面而不被水流冲走?其实我们不必担心这个问题,生活在水体中的硝化细菌,个个都是能黏着于固体表面的高手,它们用一层层黏性物质包围自已,该黏物质是一种黏性很强的脂多醣类(lipopolysasscharide)。只要它们一附着在固体表面,马上就会分泌出这种黏性物质,把自已给黏在固体表面上。随着菌体之繁衍,硝化细菌的数量逐渐增加,于是一团团的菌体彼此黏着在一起,组成了一层所谓的生物膜包在固体的表面上。
Diab和Shilo(1988)曾经在一项实验中引入一定量的悬浮(suspended)硝化细菌于一实验槽中,结果发现在30分钟内,大约有70~95%的菌种很快地在稳定的固体表面上着床。这种行为显示硝化细菌进入一个新环境后会急于为自已找一个「家」,而不喜欢作「无壳锅牛」。后来又证实硝化细菌必须安定地附着在固体表面后,才能进行繁衍的工作。
Charley等人(1980)也曾在一个培养硝化细菌的恒化器(chemostat)中发现,栖息于有适当水流之固体表面上的菌种,生长情形比没有水流者快,他们推测水流会给菌种带来更多的养份之故,接着Prosser(1986)的研究报告也指出生长在泥土中之硝化细菌的硝化作用效率比生活于水中快得多,相差可达十倍左右。目前科学家还在研究这种差异的真正原因何在。
在自然界的水体中,硝化细菌主要是依附在悬浮的颗粒及底床沉淀无机颗粒等之表面上生长,他们极少呈单离的漂浮状态随水逐流(Daniel S. Hagopian,1998)。悬浮的颗粒虽然也会在水中到处流浪,但并不影响硝化细菌的自然生长。
在养殖池中,硝化细菌主要是栖息于池底的表面、池壁的壁面,以及池内水生植物和岸边植物的草茎外侧等。由于集约养殖所排放之鱼排泄物大量地沉积的池底,为腐生异营性细菌创造出极佳的生存环境,但却为硝化细菌带来一场浩劫。因为硝化细菌在池底表面生存的机会越来越少,广大的池底面积已经被鱼排泄物和各种异营性细菌所盘据,那个地方变成不再适合硝化细菌生存,因此硝化细菌的数量就受到很大的限制,当然硝化作用也连带会受到不良的影响。