Нитрифицирующие бактерии широко распространены в природе. В. О. Таусон (1948) первым обнаружил в высокогорьях Памира на высотах 4000—5500 м над уровнем моря их живые активные клетки.
Они обитают в каменистых сухих почвах морен и склонов хребтов, покрытых скудной растительностью, на голых осыпях, обнаженных скалах, под ледниками и покровом вечных снегов. Их деятельность способствует накоплению в пустынных высокогорных почвах долин Восточного Памира наряду с другими легкорастворимыми солями — селитры (NaNO3, KNO3), образующейся при воздействии продуцируемой микроорганизмами азотной кислоты на минералы горных пород. Сухой климат Восточного Памира (50—60 мм осадков в год) обусловливает лишь местную миграцию нитратов и сохранение этих легкорастворимых солей в аккумулятивных звеньях геохимических ландшафтов высокогорий. Нитрифицирующая деятельность микроорганизмов проявляется и в жарких пустынях мира, в результате возникают нитратные солончаки и даже небольшие залежи селитры. Например, в Средней Азии (Фергана, древние сухие дельты рек Мургаба, Сырдарьи и др.); в Индии (Бенгалия), на Памире (вблизи озер Каракуль и Рангкуль), в Северной Африке (Ливийская пустыня). Нередко в пустынях скопления нитратов обнаруживают в местах древних покинутых поселений, развалин городов (например, Мерва в Мургабском оазисе), на стоянках скота, т. е. там, где в прошлом сосредоточивалось большое количество органических остатков — источников азотсодержащих соединений. Вследствие их разложения и нитрификации азота образуется преимущественно калийная селитра. Самые крупные залежи натронной селитры имеются в Южной Америке, в Перу (Пампа Негра) и Чили (пустыня Атакама); здесь они приурочены к областям активного современного вулканизма. Источником азота наряду с органическими остатками (например, в прибрежной пустыне Атакама, где имеются мощные залежи гуано) служат недоокисленные соединения азота (аммиак, нитриты), выделяемые вулканами; они подвергаются нитрификации, мигрируют с поверхностными водами, накапливаются при испарении последних.
Накопление селитры и образование селитренных солончаков наблюдается, таким образом, в аридных областях и связано или с окислением азота органических остатков древних поселений или минеральных соединений азота, поступающих с вулканическими эманациями, а также при электрических разрядах.
В гумидных областях заметных скоплений нитратов в почвах и озерах нет, несмотря на широкое распространение и активную деятельность нитрификаторов. Причина этому — активное биологическое поглощение образующихся в почвах и водоемах нитратов обильной наземной и водной растительностью.
Интенсивность нитрификационных процессов в почвах зависит от условий местообитания. Слабо они протекают в засоленных почвах, так как нитрифицирующие бактерии чувствительны к солям, особенно к сульфатному засолению. В солончаках нитрификация идет лишь до образования нитритов, поскольку возбудители второй фазы в этом типе почв не развиваются. В целинных солонцах наиболее активная деятельность этих бактерий отмечена в верхних горизонтах, хотя при обработке почвы их можно обнаружить и в нижележащих слоях. В болотных почвах в связи с избыточной влажностью и плохой аэрацией эти микроорганизмы почти полностью подавлены. Если болотные почвы осушить и известковать, то при наличии в них больших запасов органических веществ, которые начнут в этом случае разлагаться, процесс нитрификации может быть очень сильным. В нераспаханных подзолистых почвах активность нитрификаторов очень мала, а в окультуренных они активизируются в верхнем пахотном слое. В черноземах этот процесс идет не только в поверхностных горизонтах, но распространяется в глубину до 50—60 см. Очень интенсивно он протекает в среднеазиатских сероземах, особенно весной, в понижениях рельефа вследствие латеральной миграции может скопиться большое количество нитратов. В почвах за год может образоваться до 300 кг/га азотной кислоты.
Раньше полагали, что деятельность нитрификаторов только способствует плодородию почв, поскольку нитраты хорошо усваиваются растениями и кроме того под влиянием азотной кислоты из минералов высвобождаются питательные элементы.. Однако сейчас известен ряд процессов, корректирующих это положение. Во-первых, установлено, что потери нитратов в почве достаточно существенны из-за вымывания их в нижележащие слои с выносом в грунтовые воды, реки и моря; накопление нитратов в водоемах делает воду, непригодной для питья,, вызывает замор рыб; во-вторых, в процессе денитрификации некоторое количество нитратов может быть восстановлено до элементарного азота и аммиака (сам процесс нитрификации также связан с потерей 10% азота); в-третьих, соли азотной кислоты, поступившие в растения, до синтеза органических веществ должны восстановиться, на что затрачивается определенная энергия. Наконец, образующаяся азотная кислота может разрушать различные оросительные и осушительные сооружения. В связи с этими обстоятельствами, а также потому, что аммонийный азот усваивается лучше, чем азот нитратов, процесс нитрификации стараются в некоторых случаях ограничить путем внесения ингибиторов, задерживающих рост нитрифицирующих бактерий. Ионы аммония в меньшей степени вымываются, так как адсорбируются на глинистых минералах и более или менее прочно соединяются с органическими коллоидами.
Незагрязненные азотистыми соединениями поверхностные и грунтовые воды содержат NO3— в пределах 0,3—2,0 мг/л (Кротова, Максимович, 1957). Вблизи населенных пунктов при загрязнении сельскохозяйственными и промышленными стоками содержание нитратов возрастает в сотни раз, что значительно превышает предельно допустимые концентрации (ПДК NO3 для воды — 10 мг/л).