Разлика между нитрификация и денитрификация

нитрификация

Нитрификацията е биологичната трансформация на амония (NH₄⁺) до нитрат (NO₃^-) чрез окисляване. Окисляването се определя като загуба на електрони от атом или съединение или увеличаване на неговото окислително състояние. Процесът се улеснява от два вида нитрифициращи аеробни бактерии, които се нуждаят от наличието на кислородни молекули, разтворени в заобикалящата ги среда, за да оцелеят. [Ь]

Първо, хемоаутрофните бактерии (главно тези от рода Nitrosomonas) конвертира амоняк (NH₃) и амоний до нитрит (NO₂^-). „Хемоавторофен“ се отнася до способността на бактерията да създава собствени хранителни вещества от неорганичен източник, а именно CO₂. Процесът е представен от химичното уравнение:

2NH₄+ + 3О₂ → 2NO₂^- + 2H₂0 + 4Н⁺ + енергия

Тогава бактерии предимно от Nitrobacter група превръща нитрит в нитрат при следната реакция:

 2NO₂^- + О₂ → 2NO₃^- + енергия

Тези реакции протичат едновременно и доста бързо - обикновено в рамките на дни или седмици. Важно е нитритите да се превръщат напълно в нитрати в почвите, тъй като нитритите са токсични за живота на растенията.

Нитратите, присъстващи в почвата, са основният източник на азот, използван от растенията. [ii] Следователно преходът на азот от една форма в друга, известна като азотен цикъл, е важна част от селскостопанската индустрия. [iii]

Преди да се извършат тези стъпки, органичният азот се разгражда от хетеротрофни бактерии чрез хидролиза до образуване на амоний и амоняк в процес, известен като амонификация. ^аз Амонякът може да се намери в урея от животински отпадъци, компости и разлагащи се покривни култури или остатъци от култури. Амоният се намира в повечето торове.

Нитрифициращите бактерии са по-чувствителни към околната среда, отколкото другите видове почвени бактерии. Когато почвата е наситена с влага за продължителни периоди, почвените пори се пълнят с вода, ограничавайки снабдяването с кислород. Нитрифициращите бактерии изискват аеробни условия, за да функционират, като по този начин наводняването ограничава нитрификацията.

Сухите почви са склонни да имат висока концентрация на сол и получената соленост отрицателно влияе на нитрифициращата активност на бактериите. Това е така, защото повишената осмоларност повишава количеството енергия, необходимо на микроорганизмите за придвижване на водата по техните клетъчни мембрани. Водата също е от съществено значение за движението на разтворители, като нитрати, през почвата. ^II

Нитрифициращите бактерии се представят най-добре при рН между 6,5 и 8,5 и температури между 16 и 35 градуса С. ^аз Степента на нитрификация е по-бавна при много кисели почви, докато високата алкалност намалява Nitrobacter активност, причинявайки неблагоприятно натрупване на нитрити в почвата.

РН на почвата също може да бъде повлиян от конкретния източник на амониева нитрифицирана. Например, разтворът на моноамониев фосфат (MAP) е много по-кисел от диамониевия фосфат (DAP); по този начин използването на DAP води до по-високи нитри на нитрификация от MAP.

По-голямата част от бактериите се намират в горния повърхностен слой, като по този начин нитрификацията намалява, когато не се управляват правилно.

Почвите с високо съдържание на глина имат по-големи частици и повече микропор пространство за растеж на бактерии, както и по-голямо задържане на амоний поради по-високия капацитет за обмен на катиони. ^II Отношенията на водата и физическите свойства на почвата могат да бъдат подобрени чрез намаляване на обработката.

Нитрификацията може да бъде инхибирана от присъствието на тежки метали и токсични съединения или прекомерно високи концентрации на амоняк.

Понякога може да е полезно да се поддържа азот в почвата под формата на амоний. Това предотвратява загубата на азот (чрез излугване на нитрати) и изтичането на азотен газ (чрез денитрификация). Инхибиторите на нитрификация, използвани в търговската мрежа, включват дициандиамид и нитрапирин.

Денитрификацията

Денитрификацията е биологичната трансформация на нитрат в азотни газове чрез редукция. Винаги следва нитрификация ^аз и реакционната последователност може да бъде представена, както следва:

НЕ₃^- → НЕ₂^- → НЕ → N₂O → N₂[IV]

Процесът се улеснява от факултативни бактерии; това са бактерии, които не изискват наличието на свободен кислород за дишане. Денитрифициращите бактерии са хетеротрофни организми, тъй като се нуждаят от органичен хранителен източник под формата на въглерод, за да оцелеят. Денитрификацията може да започне толкова бързо, колкото минути след стимулиране на процеса.

Денитрификацията може да бъде пагубна за производството на култури, тъй като азотът, хранително вещество, необходимо за растежа на растенията, се губи в атмосферата по време на процеса. Въпреки това е полезно за водни местообитания и при пречистване на промишлени или канализационни отпадни води, тъй като концентрацията на нитрати във водата е понижена. ^аз

Излугването или оттичането на култури поради обработката на торове може да доведе до излишък на това хранително вещество във водни тела, където азотните съединения имат различни вредни ефекти както върху човешкия, така и върху водния живот.. ^IV

Амонякът е токсичен за рибните видове и стимулира растежа на водорасли, намалявайки нивата на кислород във вода и води до еутрофикация. Нитратите причиняват увреждане на черния дроб, рак и метгемоглобинемия (недостиг на кислород при кърмачета), докато нитритите реагират с органични съединения, наречени амини, за да образуват канцерогенни нитрозамини. ^II

Когато нивата на кислород в почвите или водата са изчерпани (аноксични условия), денитрифициращите бактерии разграждат нитратите за използване като източник на кислород. Това често се случва на замърсени почви, където нивата на кислород са ниски. Нитратът се редуцира до азотен оксид (N₂О) и още веднъж до азотен газ. Тези газови мехурчета избягат в атмосферата. ^аз

Газът, образуван от денитрификаторите, зависи от условията в почвата или водата и какъв вид микробна общност има. По-малко кислород има тенденция да се образува повече азотен газ, най-често срещаният продукт на денитрификация. Азотният газ представлява основният компонент на въздуха. Вторият най-разпространен продукт, образуван е азотен оксид, парников газ, който също така ерозира земния озонов слой. ^IV

Денитрифициращите бактерии са по-малко чувствителни към токсичните химикали, отколкото нитрификаторите и функционират оптимално при рН между 7,0 и 8,5 и по-топли температури между 26 и 38 градуса С. Денитрификацията се извършва най-вече в горния почвен слой, където микробната активност е най-висока.

Денитрификаторите изискват достатъчна концентрация на нитрати и източник на разтворим въглерод; най-високите проценти се получават при използване на метанол или оцетна киселина. Органичният въглерод може да се намери в оборския тор, компоста, покривните култури и остатъците от реколтата. ^аз

Минимизирането на денитрификацията в почвите на културите се постига чрез поддържане на минималната концентрация на нитрати, необходими за растежа на растенията, като например използването на торове с контролирано освобождаване. Друг метод е инхибиране на нитрификация, което намалява нивата на нитратите, налични за денитрификация.

Нивата на денитрификация варират широко в едно поле, поради много фактори като свойства на почвата (включително агрегация, макропори и влажност) и отклонения в тора, органичното вещество и разпределението на остатъците от посевите.

Съобщава се, че азотните торове, както и методите на приложение, влияят на денитрификацията. Например, покритите торове с контролирано освобождаване, както и приложенията за торене и излъчване причиняват по-ниски емисии на азотен оксид в сравнение с приложенията на суха гранулирана урея и концентрирана ивица. По-дълбокото поставяне на азот също намалява тези емисии.

Сухите периоди, последвани от внезапна дъждовна буря, често са причина за денитрификация, която може да се управлява с дренажни системи и подпочвено капково напояване. ^IV

резюме

нитрификация

• Следва процеса на амонизация
• Трансформация на амоний в нитрат
• Реакция на окисляване
• Улеснено от два основни типа химиоавторофни аеробни бактерии: Nitrosomonas и Nitrobacter
• Процес на две стъпки: превръщане на амоний в нитрит, след това превръщане на нитрит в нитрат
• Създава азотна хранителна форма, достъпна за усвояване от корените на растенията
• Реактант (амоний), открит в карбамид от животински отпадъци и торове, компости и разлагащи покривни култури или културни остатъци
• Нитрификатори по-чувствителни към околната среда
• Инхибира се от наводнения, висока соленост, висока киселинност, висока алкалност, прекомерно смилане и токсични съединения
• Предпочитан от аеробни условия, pH между 6,5 и 8,5, температури между 16 и 35 градуса С и високо съдържание на глина

Денитрификацията

• Следва процеса на нитрификация
• Трансформация на нитрати в азотни газове, главно азот и азотен оксид
• Реакция на редукция
• Улеснено от хетеротрофни факултативни бактерии
• Последователност на етапите: превръщане на нитрат в нитрит, в азотен оксид, в азотен оксид и накрая в азот
• Обеззаразява отпадните води и водните системи, като понижава нивата на нитрати
• Реактант (нитрат), образуван при нитрификация, докато източниците на въглерод за денитрификатори се намират в оборския тор, покриващи култури и остатъци от реколтата или се осигуряват от метанол или оцетна киселина
• Денитрификаторите не са толкова чувствителни към околната среда
• Инхибира се от намалена нитрификация, понижени нива на нитрати, дълбоко поставяне на покрити тор с контролирано освобождаване и дрениране на почвата

Благоприятства се от наводнения, аноксични условия, pH между 7,0 и 8,5, температури между 26 и 38 градуса С, достатъчно снабдяване с нитрати и разтворими въглеродни и концентрирани ленти от суха гранулирана урея.