硝酸盐呼吸作用（nitrate respiration），农学-农业资源与环境-土壤学-[土壤微生物作用]-土壤碳循环-硝酸盐呼吸作用，微生物通过异化还原硝酸盐获取能量的代谢过程。在缺氧土壤环境中，微生物利用异化硝酸盐还原酶将硝酸根离子还原为亚硝酸根离子并获取能量的过程。大肠杆菌硝酸盐呼吸作用的生化机制已有非常详细的研究，大肠杆菌进行硝酸盐呼吸作用，一般只能将硝酸根离子还原为亚硝酸根离子，但另一些细菌如反硝化副球菌和斯氏假单胞菌不仅能将硝酸根离子还原为亚硝酸根离子，还能进一步通过亚硝酸盐还原酶将亚硝酸根离子还原为一氧化氮，一氧化氮进一步在一氧化氮还原酶和一氧化二氮还原酶的作用下顺次还原为氧化亚氮和氮气，从亚硝酸根离子还原为氮气的过程被称作反硝化作用。以大肠杆菌的硝酸盐呼吸作用过程为例，在缺氧环境下，来自还原型辅酶Ⅰ（NADH）的电子通过黄素蛋白和泛醌电子对（Q/QH2）转移到b型细胞色素，随后硝酸盐还原酶从b型细胞色素获得电子，将硝酸根离子还原为亚硝酸根离子，亚硝酸根离子最后被释放到细胞外。大肠杆菌也能进行有氧呼吸，具体生化过程与硝酸盐呼吸作用有所不同。