Razlika između nitrifikacije i denitrifikacije

nitrovanje

Nitrifikacija je biološka transformacija amonijaka (NH₄⁺) do nitrata (NO₃^-) oksidacijom. Oksidacija se definira kao gubitak elektrona od strane atoma ili spoja, ili porast njegovog stanja oksidacije. Proces omogućuju dvije vrste nitrifikacijskih aerobnih bakterija kojima je potrebno da prisutne molekule kisika otopljene u okolini da bi preživjele. [I]

Prvo, hemoautrofne bakterije (uglavnom one iz roda) Nitrosomonas) pretvoriti amonijak (NH₃) i amonijak do nitrita (NO₂^-). "Kemoautrofik" se odnosi na sposobnost bakterija da stvaraju vlastite hranjive tvari iz neorganskog izvora, naime CO₂. Postupak je predstavljen kemijskom jednadžbom:

2NH₄+ + 3O₂ → 2NO₂^- + 2H₂0 + 4H⁺ + energija

Zatim bakterije prvenstveno iz Nitrobacter skupina pretvara nitrit u nitrat u sljedećoj reakciji:

 2NO₂^- + O₂ → 2NO₃^- + energija

Te se reakcije odvijaju istovremeno i prilično brzo - obično unutar dana ili tjedana. Važno je da se nitrit u tlu potpuno pretvori u nitrate, jer nitrit je toksičan za biljni život.

Nitrati prisutni u tlu glavni su izvor dušika koji biljke koriste. [ii] Prema tome, prijelaz dušika iz jednog oblika u drugi, poznat kao dušični ciklus, važan je dio poljoprivredne industrije. [iii]

Prije nego što se izvrše ovi koraci, organski dušik razgrađuje heterotrofne bakterije hidrolizom, čime se dobiva amonijak i amonijak u procesu poznatom kao amonifikacija. ^ja Amonijak se može naći u urezi iz životinjskog otpada, komposta i razgradnih pokrovnih kultura ili ostataka usjeva. Amonij se nalazi u većini gnojiva.

Nitrificirajuće bakterije su osjetljivije na stres na okoliš nego druge vrste tla iz bakterija u tlu. Kad je tlo duže vrijeme zasićeno vlagom, pore tla napune se vodom, ograničavajući opskrbu kisikom. Nitrificirajuće bakterije zahtijevaju aerobne uvjete da bi djelovale, čime poplava ograničava nitrifikaciju.

Suva tla imaju visoku koncentraciju soli, a rezultirajuća slanost negativno utječe na nitrirajuću aktivnost bakterija. To je zato što povećana osmolarnost povećava količinu energije koja je potrebna mikroorganizmima za kretanje vode preko njihovih staničnih membrana. Voda je također bitna za kretanje otopljenih tvari, poput nitrata, kroz tlo. ⁱⁱ

Nitrificirajuće bakterije najbolje djeluju pri pH između 6,5 i 8,5 i temperaturi između 16 i 35 stupnjeva C. ^ja Stope nitrifikacije su sporije na vrlo kiselim tlima, dok se visoka alkalnost smanjuje Nitrobacter aktivnost, uzrokujući nepovoljno nakupljanje nitrita u tlu.

Na pH tla može utjecati i posebni izvor nitrificiranog amonijaka. Na primjer, otopina monoammonijevog fosfata (MAP) mnogo je kiselija od diammonijevog fosfata (DAP); stoga uporaba DAP rezultira višim stopama nitrifikacije od MAP-a.

Većina bakterija nalazi se u gornjem površinskom sloju, tako da se nitrifikacija smanjuje kada se obrada tla ne vrši pravilno.

Tla s visokim udjelom gline imaju veće čestice i više mikropora za rast bakterija, kao i veće zadržavanje amonijaka zbog većeg kapaciteta za izmjenu kationa. ⁱⁱ Odnosi s vodom i fizička svojstva tla mogu se poboljšati smanjenim uzgojem.

Nitrifikacija može biti inhibirana prisutnošću teških metala i toksičnih spojeva ili prekomjerno visokim koncentracijama amonijaka.

Ponekad bi moglo biti korisno zadržavanje dušika u tlu u obliku amonijaka. Na taj se način sprečava gubitak dušika (ispiranjem nitrata) i izbacivanje dušičnog plina (putem denitrifikacije). Inhibitori nitrifikacije koji se komercijalno koriste uključuju dikindiamid i nitrapirin.

denitrifikacije

Denitrifikacija je biološka transformacija nitrata u dušične plinove redukcijom. Uvijek slijedi nitrifikacija ^ja a reakcijski niz može biti predstavljen kako slijedi:

NE₃^- → NE₂^- → NE → N₂O → N₂[Iv]

Proces olakšavaju fakultativne bakterije; to su bakterije kojima nije potrebno prisustvo slobodnog kisika za disanje. Denitrificirajuće bakterije su heterotrofni organizmi jer im je potreban organski izvor hrane u obliku ugljika da bi preživjeli. Denitrifikacija može početi jednako brzo kao i nekoliko minuta nakon podražavanja postupka.

Denitrifikacija može biti štetna za proizvodnju usjeva, jer se dušik, hranjivo tvar neophodna za rast biljaka, gubi u atmosferi tijekom procesa. Međutim, korisno je vodenim staništima i za industrijsku i kanalizacijsku obradu otpadnih voda, jer je koncentracija nitrata u vodi smanjena. ^ja

Ispiranje ili otjecanje s usjeva zbog tretmana gnojiva može dovesti do prekomjerne količine ovog hranjivog sastojka u vodenim tijelima, gdje dušični spojevi imaju razne štetne učinke na život ljudi i vode. ^iv

Amonijak je toksičan za ribe i potiče rast algi, smanjujući razinu kisika u vodi i rezultirajući eutrofikacijom. Nitrati uzrokuju oštećenje jetre, karcinom i methemoglobinemiju (nedostatak kisika u dojenčadi), dok nitriti reagiraju s organskim spojevima zvanim amini da bi tvorili kancerogene nitrozamine. ⁱⁱ

Kad su razine kisika u tlima ili vodi iscrpljene (anoksični uvjeti), denitrificirajuće bakterije razgrađuju nitrate za upotrebu kao izvor kisika. To se obično događa na preplavljenim tlima na kojima je razina kisika niska. Nitrat se reducira do dušičnog oksida (N₂O) i još jednom do dušičnog plina. Ti mjehurići plina bježe u atmosferu. ^ja

Plin koji nastaju denitrifikatori ovisi o uvjetima u tlu ili vodi i vrsti mikrobne zajednice. Manje kisika ima za posljedicu stvaranje više dušičnog plina, najčešće produkta denitrifikacije. Dušikov plin čini glavnu komponentu zraka. Drugi najčešći produkt koji nastaje je dušikov oksid, staklenički plin koji također erodira ozonski omotač Zemlje. ^iv

Denitrificirajuće bakterije su manje osjetljive na toksične kemikalije nego nitrifikatori i optimalno djeluju pri pH između 7,0 i 8,5 i toplijoj temperaturi između 26 i 38 stupnjeva C. Denitrifikacija se javlja uglavnom u gornjem dijelu tla, gdje je aktivnost mikroba najveća.

Denitrifikatori zahtijevaju dovoljnu koncentraciju nitrata i topljivi izvor ugljika; najveće stope se javljaju kod upotrebe metanola ili octene kiseline. Organski ugljik može se naći u gnoju, kompostu, pokrovnim kulturama i ostacima usjeva. ^ja

Smanjivanjem denitrifikacije u usjevima tla postiže se održavanjem minimalne koncentracije nitrata potrebnih za rast biljaka, poput upotrebe gnojiva s kontroliranim oslobađanjem. Druga metoda je inhibiranje nitrifikacije, što smanjuje razinu nitrata dostupnih za denitrifikaciju.

Razine denitrifikacije kreću se široko u jednom polju, zbog mnogih faktora kao što su svojstva tla (uključujući agregaciju, makropore i vlažnost) i varijacije u gnojivu, organskoj tvari i raspodjeli ostataka usjeva.

Za dušično gnojivo, kao i za metode primjene, prijavljeno je da utječu na denitrifikaciju. Na primjer, obložena gnojiva s kontroliranim oslobađanjem, kao i aplikacije za gnojenje i emitiranje, uzrokuju niže emisije dušičnog oksida od primjene suhe granulirane uree i koncentrirane vrpce. Dublji plasman dušika također smanjuje ove emisije.

Sušna razdoblja praćena iznenadnom kišom oluje često su povod za denitrifikaciju, što se može upravljati sustavima odvodnje i podvodnim kapanjem navodnjavanja. ^iv

Sažetak

nitrovanje

• Slijedi postupak ublažavanja
• Transformacija amonijaka u nitrat
• Reakcija oksidacije
• Olakšane od dvije glavne vrste kemoautrofičnih aerobnih bakterija: Nitrosomonas i Nitrobacter
• Proces u dva koraka: pretvorba amonijaka u nitrit, zatim pretvorba nitrita u nitrat
• Stvara dušični oblik hranjivih tvari dostupnih za apsorpciju korijenom biljke
• Reaktant (amonijak) koji se nalazi u urezi iz životinjskog otpada i gnojiva, komposta i raspada pokrovnih kultura ili ostataka usjeva
• Nitrifikatori su osjetljiviji na stres na okoliš
• Inhibiraju ih poplave, visoka slanost, visoka kiselost, visoka alkalnost, prekomjerno orošavanje i toksični spojevi
• Povoljni su aerobni uvjeti, pH između 6,5 i 8,5, temperature između 16 i 35 stupnjeva C i visok sadržaj gline

denitrifikacije

• Slijedi postupak nitrifikacije
• Transformacija nitrata u dušične plinove, uglavnom dušik i dušikov oksid
• Reakcija redukcije
• Olakšane heterotrofnim fakultativnim bakterijama
• Slijed koraka: pretvaranje nitrata u nitrit, u dušikov oksid, u dušikov oksid i na kraju u dušik
• Dekontaminira otpadne vode i vodene sustave snižavanjem razine nitrata
• Reaktanti (nitrati) nastali nitrifikacijom, dok se izvori ugljika za denitrifikatore nalaze u gnoju, pokrovnim kulturama i ostacima usjeva ili osiguravaju metanolom ili octenom kiselinom
• Denitrifikatori manje osjetljivi na stres na okoliš
• Inhibiraju smanjena nitrifikacija, snižena razina nitrata, duboko postavljanje obloženog gnojiva s kontroliranim oslobađanjem i drenaže tla

Pogodno za poplave, anoksične uvjete, pH između 7,0 i 8,5, temperature između 26 i 38 stupnjeva C, dovoljna opskrba nitratima i topljivim ugljenom i koncentriranom pojavom suhe granulirane uree.