Diferența dintre nitrificare și denitrificare Diferența între nitrificarea

Nitrificarea

Nitrificarea este transformarea biologică a amoniu (NH ₄ ⁺ 3 _- ^{) prin oxidare. Oxidarea este definită ca pierderea de electroni 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]} În primul rând, bacteriile chemoautrofe (în special cele din genul

Nitrosomonas

) convertesc amoniac (NH 3) și amoniu la nitrit (NO _- ). "Chemoautrofic" se referă la capacitatea bacteriilor de a-și crea propriile substanțe nutritive dintr-o sursă anorganică, și anume CO ₂ ^{. Procesul este reprezentat de ecuația chimică:} 2NH ₄ + + 3O

2 _{→ 2NO} 2 _{O + 4H} + _{+ energie} ^{Apoi, bacteriile din grupul} Nitrobacter _{transformă nitritul în nitrat în următoarea reacție:} 2NO ² -

+ O > 2

→ 2NO 3 -

+ 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 sursa principală 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 defalcat prin bacterii heterotrofice prin hidroliză pentru a forma amoniu și amoniac într-un proces cunoscut sub numele de amonificare.} i _{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 nitrificatoare 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 tind să aibă 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

Bacteriile nitrificatoare funcționează cel mai bine la un pH cuprins între 6,5 și 8,5 și temperaturi cuprinse între 16 și 35 grade Celsius.

i

Ratele de nitrificare sunt mai lente în solurile foarte acide, în timp ce alcalinitatea ridicată reduce activitatea ^Nitrobacter , provocând acumularea nefavorabilă de nitriți în sol.

pH-ul solului poate fi, de asemenea, afectat de sursa specială 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 microporos pentru creșterea bacteriilor, precum și o retenție mai mare a amoniului datorită unei capacități de schimb de cationi mai mari.}

ii ^{Relațiile 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. Denitrificarea

Denitrificarea este transformarea biologică a azotatului în gazele azotate prin reducere. Întotdeauna urmează nitrificarea

i

iar secvența de reacție poate fi reprezentată după cum urmează: ^NO 3

-

→ NO

2

- ^{NU → N} 2

O → N ₂ ^[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 reziduale industriale sau de canalizare, deoarece concentrația de nitrați în apă este redusă.} ⁱ Prin scurgerea sau scurgerea din culturi datorită tratamentelor de îngrășăminte, cantitățile excesive de nutrienți pot ajunge în corpurile de apă, unde compușii cu azot au efecte dăunătoare asupra vieții umane și acvatice. _iv Amoniacul este toxic pentru speciile de pești și stimulează creșterea algelor, reducând nivelul de oxigen în apă și ducând la eutrofizare. Nitrații provoacă leziuni hepatice, cancere și methemoglobinemie (deficit de oxigen la sugari), în timp ce nitriții reacționează cu compușii organici numiți amine pentru a forma nitrozamine carcinogene. _ii Atunci când nivelele de oxigen din sol 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 (N

2

O) și încă o dată la gazul azotat. Aceste bule de gaz scapă în atmosferă. ⁱ

Gazul format de denitrificatori depinde de condițiile din sol sau apă și de tipul de comunitate microbiană. 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 un pH cuprins între 7. 0 și 8. 5 și temperaturi mai înalte între 26 și 38 grade C. Denitrificarea apare mai ales în solul vegetal, activitatea 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.}

i _{Minimizarea denitrificării în solurile culturilor 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.} Nivelele de denitrificare variază foarte mult pe un singur câmp, datorită multor factori cum ar fi proprietățile solului (inclusiv agregarea, macroporele și umezeala) și variațiile în distribuția îngrășămintelor, materiei organice și reziduurilor de culturi. ^{Au fost raportate că tipurile de îngrășăminte cu azot, precum și metodele de aplicare, afectează denitrificarea. De exemplu, îngrășămintele cu eliberare controlată acoperită, precum și aplicațiile de fertigare și difuzare, produc emisii de azot mai mici decât ureea granulară uscată și aplicațiile concentrate de bandă. Plasarea mai amplă a azotului scade și aceste emisii.}

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

Nitrificare

Urmărește procesul de amonificare ^{Transformarea amoniei în nitrat}

Reacția de oxidare

Facilitat de două tipuri principale de bacterii aerobe hemato-toxice:

Nitrosomonas > și

Nitrobacter ^{Procesul de două etape: conversia amoniului în nitrit, apoi conversia nitritului în azot}

Crează o formă nutritivă azotată disponibilă pentru absorbția de către rădăcinile plantelor

de la deșeurile și îngrășămintele animale, composturile și descompunerea culturilor sau a reziduurilor de culturi

• Nitrificatoarele mai sensibile la solicitările de mediu
• Încurajate de inundații, salinitate ridicată, aciditate ridicată, alcalinitate ridicată, condiții de pH, între 6,5 și 8,5, temperaturi cuprinse între 16 și 35 grade C și conținut ridicat de argilă
• Denitrificare
• Urmează procesul de nitrificare Transformarea azotului în gaze azotate, în principal azot și oxid de azot > Reducere r > Facilitarea bacteriilor facultative heterotrofice Secvența de etape: conversia azotatului în nitrit, la oxidul de azot, la oxidul de azot și în final la azot Decontaminarea apelor reziduale și a sistemelor acvatice prin scăderea concentrațiilor de nitrați
• nitrat) formată prin nitrificare, în timp ce sursele de carbon pentru denitrificatori se găsesc în gunoi de grajd, se acoperă culturi și reziduuri de plante sau sunt furnizate de metanol sau acid acetic
• Denitrificatoare mai puțin sensibile la solicitările de mediu
• Inhibit prin nitrificare redusă, plasarea adâncă a îngrășământului cu eliberare controlată cu eliberare controlată și a drenajului solului
• Favorit de inundații, condiții anoxice, pH între 7.0 și 8. 5, temperaturi între 26 și 38 grade C, o cantitate suficientă de nitrați și carbon solubil și aplicații de bandă concentrată de uree granulară uscată.