Diferența dintre nitrificare și denitrificare

nitrificare

Nitrificarea este transformarea biologică a amoniu (NH₄⁺) la nitrat (NO₃^-) prin oxidare. Oxidarea este definită ca pierderea electronilor de către un atom sau compus sau o creștere a stării sale de oxidare. Procesul este facilitat de două tipuri de bacterii aerobice de nitrificare care necesită prezența moleculelor de oxigen dizolvate în mediul înconjurător, pentru a supraviețui. [I]

Mai întâi, bacteriile chemoautrofice (în special cele ale genului Nitrosomonas) conversia amoniacului (NH₃) și amoniu la nitrit (nr₂^-). "Chemoautrofic" se referă la capacitatea bacteriilor de a-și crea propriile substanțe nutritive dintr-o sursă anorganică, și anume CO₂. Procesul este reprezentat de ecuația chimică:

2NH₄+ + 3O₂ → 2NO₂^- + 2H₂O + 4H⁺ + energie

Apoi, bacteriile în primul rând din Nitrobacter grupul convertește nitritul la nitrat în următoarea reacție:

2NO₂^- + O₂ → 2NO₃^- + energie

Aceste reacții au loc simultan și destul de rapid - de obicei în câteva zile sau săptămâni. Este important ca nitritul să fie complet transformat în azot în soluri, deoarece nitritul este toxic pentru viața plantelor.

Nitrații prezenți în sol sunt principala sursă de azot utilizată de plante. [ii] Astfel, tranziția azotului de la o formă la alta, cunoscută sub denumirea de ciclu de azot, este o parte importantă a industriei agricole. [iii]

Înainte ca aceste etape să aibă loc, azotul organic este descompus prin bacterii heterotrofice prin hidroliză pentru a forma amoniu și amoniac într-un proces cunoscut sub numele de amonificare. ^eu Amoniacul poate fi găsit în uree din deșeurile animale, composturile și descompunerea culturilor de acoperire sau a reziduurilor de culturi. Amoniacul se găsește în majoritatea îngrășămintelor.

Bacteriile dăunătoare sunt mai sensibile la stresul mediului decât alte tipuri de bacterii din sol. Când solul a fost saturat cu umiditate pentru perioade prelungite, porii de sol se umple cu apă, limitând alimentarea cu oxigen. Nitrificarea bacteriilor necesită condiții aerobe pentru a funcționa, astfel încât inundarea restricționează nitrificarea.

Solurile uscate au tendința de a avea o concentrație mare de sare, iar salinitatea care rezultă are un impact negativ asupra activității de nitrificare a bacteriilor. Acest lucru se datorează faptului că o osmolaritate crescută crește cantitatea de energie necesară microorganismelor pentru a muta apa pe membranele celulare. Apa este de asemenea esențială pentru mișcarea substanțelor dizolvate, cum ar fi nitrații, prin sol. ⁱⁱ

Nitrificarea bacteriilor are cel mai bun efect la un pH cuprins între 6,5 și 8,5 și temperaturi între 16 și 35 de grade Celsius. ^eu Ratele de nitrificare sunt mai lente în solurile foarte acide, în timp ce alcalinitatea ridicată este redusă Nitrobacter activitate, provocând acumularea nefavorabilă de nitriți în sol.

PH-ul solului poate fi, de asemenea, afectat de sursa specifică de amoniu nitrificat. De exemplu, soluția de fosfat de monoamoniu (MAP) este mult mai acidă decât fosfatul de diamoniu (DAP); astfel, utilizarea rezultatelor DAP în rate mai mari de nitrificare decât MAP.

Majoritatea bacteriilor se găsesc în stratul superior al suprafeței, astfel că nitrificarea scade atunci când practicile de prelucrare nu sunt gestionate corespunzător.

Solurile cu conținut ridicat de argilă au particule mai mari și un spațiu microporant pentru creșterea bacteriilor, precum și o retenție mai mare a amoniului datorită capacității de schimb de cationi mai mari. ⁱⁱ Relațiile de apă și proprietățile fizice ale solului pot fi îmbunătățite prin cultivarea redusă.

Nitrificarea poate fi inhibată de prezența metalelor grele și a compușilor toxici sau de concentrații excesive de amoniac.

Uneori poate fi benefică păstrarea azotului în sol sub formă de amoniu. Acest lucru previne pierderea azotului (prin leșiere de nitrați) și evacuarea gazului de azot (prin denitrificare). Inhibitorii de nitrificare utilizați comercial includ diciandiamidă și nitrazirină.

denitrificare

Denitrificarea este transformarea biologică a azotatului în gazele azotate prin reducere. Întotdeauna urmează nitrificarea ^eu și secvența de reacție poate fi reprezentată după cum urmează:

NU₃^- → NU₂^- → NU → N₂O → N₂[Iv]

Procesul este facilitat de bacterii facultative; acestea sunt bacterii care nu necesită prezența oxigenului liber pentru respirație. Bacteriile denitrificatoare sunt organisme heterotrofice, deoarece au nevoie de o sursă de alimente organice, sub formă de carbon, pentru a supraviețui. Denitrificarea poate începe la fel de rapid ca la câteva minute după stimularea procesului.

Denitrificarea poate fi dăunătoare pentru producția vegetală, deoarece azotul, un nutrient esențial pentru creșterea plantelor, este pierdut în atmosferă în timpul procesului. Cu toate acestea, este benefic pentru habitatele acvatice și pentru tratarea apelor uzate industriale sau de canalizare, deoarece concentrația de nitrați în apă este redusă. ^eu

Prin scurgere sau scurgere din culturi datorită tratării îngrășămintelor, cantitățile excesive de nutrienți pot ajunge în corpuri de apă, unde compușii azotați au efecte nocive diferite asupra vieții umane și acvatice. ^iv

Amoniacul este toxic pentru speciile de pești și stimulează creșterea algelor, reducând nivelurile de oxigen în apă și ducând la eutrofizare. Nitrații provoacă leziuni hepatice, cancere și methemoglobinemie (deficiență de oxigen la sugari), în timp ce nitriții reacționează cu compuși organici numiți amine pentru a forma nitrozamine carcinogene. ⁱⁱ

Când nivelurile de oxigen din soluri sau apă sunt epuizate (condiții anoxice), bacteriile denitrificatoare descompun nitrații pentru a fi utilizați ca sursă de oxigen. Acest lucru se întâmplă frecvent în solurile cu apă murdară, unde nivelurile de oxigen sunt scăzute. Nitratul este redus la oxidul de azot (N₂O) și încă o dată la gazul azotat. Aceste bule de gaz scapă în atmosferă. ^eu

Gazul format de denitrificatori depinde de condițiile din sol sau de apă și de ce fel de comunitate microbiană este prezentă. Mai puțin oxigen are tendința de a genera formarea mai multor azot gaze, cel mai frecvent produs de denitrificare. Gazul de azot formează componenta principală a aerului. Al doilea produs cel mai frecvent format este oxidul de azot, un gaz cu efect de seră care erodează, de asemenea, stratul de ozon al Pământului.^iv

Bacteriile denitrificatoare sunt mai puțin sensibile la substanțele chimice toxice decât nitrificatoarele și funcționează optim la pH între 7,0 și 8,5 și la temperaturi mai ridicate între 26 și 38 grade C. Denitrificarea apare mai ales în solul vegetal, unde activitatea microbiană este cea mai mare.

Denitrificatoarele necesită o concentrație suficientă de nitrați și o sursă de carbon solubilă; cele mai mari rate apar atunci când se utilizează metanol sau acid acetic. Canalul organic poate fi găsit în gunoi de grajd, în compost, în culturile de acoperire și în reziduurile de plante. ^eu

Minimizarea denitrificării în solurile recoltate se realizează prin menținerea concentrației minime de nitrați necesară creșterii plantelor, cum ar fi utilizarea îngrășămintelor cu eliberare controlată. O altă metodă este inhibarea nitrificării, care reduce nivelurile de nitrat disponibile pentru denitrificare.

Nivelurile de denitrificare variază foarte mult într-un singur câmp, datorită multor factori, cum ar fi proprietățile solului (inclusiv agregarea, macroporele și umezeala) și variațiile în distribuția de îngrășăminte, materie organică și reziduuri de culturi.

Tipurile de îngrășăminte de azot, precum și metodele de aplicare au fost raportate că afectează denitrificarea. De exemplu, îngrășămintele cu eliberare controlată acoperită, precum și aplicațiile de fertigare și de difuzare, produc emisii de azot mai scăzute decât uree granular uscată și aplicații concentrate de bandă. Plasarea mai amplă a azotului scade și aceste emisii.

Perioadele de uscare urmate de o furtună bruscă sunt adesea un declanșator al denitrificării, care poate fi gestionat cu sisteme de drenare și de irigare prin picurare subterană. ^iv

rezumat

nitrificare

Urmează procesul de amonificare
Transformarea amonului în nitrat
Reacția de oxidare
Facilitat de două tipuri principale de bacterii aerobe hematopoietice: Nitrosomonas și Nitrobacter
Procesul cu două etape: conversia amoniului în nitrit, apoi conversia nitritului în nitrat
Creează o formă de nutrient azot disponibil pentru absorbție de către rădăcinile plantelor
Reactiv (amoniu) găsit în uree din deșeuri de animale și îngrășăminte, composturi și descompunerea culturilor de acoperire sau a reziduurilor de culturi
Nitrificatoarele sunt mai sensibile la solicitările de mediu
Inhibat de inundații, salinitate ridicată, aciditate ridicată, alcalinitate ridicată, frezare excesivă și compuși toxici
Favorit de condiții aerobe, pH între 6,5 și 8,5, temperaturi între 16 și 35 grade C și conținut ridicat de argilă

denitrificare

Urmează procesul de nitrificare
Transformarea azotatului în gazele azotate, în principal azot și oxidul de azot
Reacție de reducere
Facilitat de bacterii facultative heterotrofice
Secvența de etape: conversia azotatului în nitrit, la oxidul de azot, la oxidul de azot și, în final, la azot
Decontaminarea apelor uzate și a sistemelor acvatice prin scăderea nivelului de nitrați
Reactivul (nitratul) format prin nitrificare, în timp ce sursele de carbon pentru denitrificatori se găsesc în gunoi de grajd, acoperă culturi și reziduuri de plante sau sunt furnizate de metanol sau acid acetic
Denitrificatori mai puțin sensibili la solicitările de mediu
Inhibat prin nitrificarea redusă, nivelurile scăzute de nitrați, plasarea adâncă a îngrășământului cu eliberare controlată și a drenajului solului

Favorit de inundații, condiții anoxice, pH între 7,0 și 8,5, temperaturi între 26 și 38 de grade C, o cantitate suficientă de nitrați și carbon solubil și aplicații de bandă concentrată de uree granulară uscată.

Biologie