Skirtumas tarp nitrifikacijos ir denitrifikacijos

Nitrifikacija

Nitrifikacija yra biologinis amonio (NH₄⁺) į nitratą (NO₃^-) oksidacijos būdu. Oksidacija apibūdinama kaip atomo ar junginio elektronų praradimas arba jo oksidacijos būklės padidėjimas. Procesą palengvina dviejų tipų nitrifikuojančios aerobinės bakterijos, kurių išgyvenimui reikalingos deguonies molekulės, ištirpusios jų apylinkėse. [i]

Pirma, chemoautrofinės bakterijos (daugiausia genties Nitrosomonas) konvertuoti amoniaką (NH₃) ir amonio į nitritą (NO₂^-). „Chemoautrofinis“ reiškia bakterijos sugebėjimą sukurti savo maistines medžiagas iš neorganinio šaltinio, būtent CO₂. Procesą vaizduoja cheminė lygtis:

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

Tada bakterijos pirmiausia iš Nitrobakterija grupė nitritą paverčia nitratu šioje reakcijoje:

 2NO₂^- + O₂ → 2NO₃^- + energija

Šios reakcijos vyksta vienu metu ir gana greitai - paprastai dienomis ar savaitėmis. Svarbu, kad dirvoje nitritai būtų visiškai paverčiami nitratais, nes nitritai yra toksiški augalų gyvenimui.

Dirvožemyje esantys nitratai yra pagrindinis augalų naudojamo azoto šaltinis. [ii] Taigi azoto perėjimas iš vienos formos į kitą, vadinamas azoto ciklu, yra svarbi žemės ūkio pramonės dalis. [iii]

Prieš atliekant šiuos veiksmus, hidrolizės būdu organinis azotas suskaidomas heterotrofinėmis bakterijomis, kad susidarytų amonis ir amoniakas, žinomas kaip amonifikacija.. ⁱ Amoniako galima rasti karbamide iš gyvūnų atliekų, komposto ir suyrančių pasėlių ar pasėlių liekanų. Amonio yra daugumoje trąšų.

Nitrifikuojančios bakterijos yra jautresnės aplinkos poveikiui nei kitos dirvožemio bakterijos. Kai dirva ilgą laiką buvo prisotinta drėgmės, dirvožemio poras užpildo vanduo, ribodamas deguonies tiekimą. Nitrifikuojančioms bakterijoms veikti reikia aerobinių sąlygų, todėl potvynis riboja nitrifikaciją.

Sausame dirvožemyje paprastai būna didelė druskos koncentracija, o susidaręs druskingumas neigiamai veikia bakterijų nitrifikacinį aktyvumą. Taip yra todėl, kad padidėjęs osmoliškumas padidina energijos kiekį, reikalingą mikroorganizmams judinti vandenį per savo ląstelių membranas. Vanduo taip pat yra būtinas tirpių medžiagų, tokių kaip nitratai, judėjimui per dirvą. ⁱⁱ

Nitrifikuojančios bakterijos geriausiai veikia esant pH tarp 6,5 ir 8,5 ir esant 16–35 laipsnių C temperatūrai. ⁱ Labai rūgščiuose dirvožemiuose nitrifikacija yra lėtesnė, tuo tarpu sumažėja didelis šarmingumas Nitrobakterija aktyvumas, sukeliantis nepalankų nitrito kaupimąsi dirvožemyje.

Dirvožemio pH gali turėti įtakos ir konkretus nitrifikuoto amonio šaltinis. Pavyzdžiui, monoamonio fosfato (MAP) tirpalas yra daug rūgštesnis nei diamonio fosfato (DAP); taigi naudojant DAP padidėja nitrifikacijos greitis nei MAP.

Didžioji dalis bakterijų randama viršutiniame paviršiaus sluoksnyje, todėl nitrifikacija mažėja, kai žemės dirbimo praktika nėra tinkamai vykdoma.

Dirvožemiuose, kuriuose yra daug molio, yra didesnės dalelės ir daugiau mikroporų vietos bakterijoms augti, taip pat didesnis amonio sulaikymas dėl didesnės katijonų mainų talpos. ⁱⁱ Vandens santykį ir dirvožemio fizikines savybes galima pagerinti sumažinus įdirbimą.

Nitrifikaciją gali slopinti sunkiųjų metalų ir toksiškų junginių buvimas arba per didelė amoniako koncentracija.

Kartais gali būti naudinga dirvožemyje laikyti azotą amonio pavidalu. Tai užkerta kelią azoto nuostoliams (išplovus nitratus) ir azoto dujų išmetimui (denitrifikuojant). Nitrifikacijos inhibitoriai, naudojami komerciškai, apima diciandiamidą ir nitrapiriną.

Denitrifikacija

Denitrifikacija yra biologinis nitrato virsmas azoto dujomis redukuojant. Visada vyksta nitrifikacija ⁱ ir reakcijos seka gali būti pavaizduota taip:

NE₃^- → NE₂^- → NE → N₂O → N₂[iv]

Procesą palengvina fakultatyvios bakterijos; Tai yra bakterijos, kurioms kvėpuoti nereikia laisvo deguonies. Denitrifikuojančios bakterijos yra heterotrofiniai organizmai, nes joms išgyventi reikalingas organinis maisto šaltinis anglies pavidalu. Denitrifikacija gali prasidėti taip greitai, kaip kelias minutes po proceso stimuliavimo.

Denitrifikacija gali pakenkti augalininkystei, nes proceso metu atmosfera praranda azotą - maistinę medžiagą, reikalingą augalų augimui. Tačiau tai naudinga vandens buveinėms ir pramoninių ar nuotekų nuotekų valymui, nes sumažėja nitratų koncentracija vandenyje.. ⁱ

Dėl pasėlių išsiplovimo ar nuotėkio dėl trąšų apdorojimo gali susidaryti per didelis šios maistinės medžiagos kiekis vandens telkiniuose, kur azoto junginiai daro įvairius kenksmingus padarinius žmonių ir vandens gyvenimui.. ^iv

Amoniakas yra toksiškas žuvų rūšims ir skatina dumblių augimą, mažindamas deguonies kiekį vandenyje ir sukeldamas eutrofikaciją. Nitratai sukelia kepenų pažeidimus, vėžį ir methemoglobinemiją (deguonies trūkumą kūdikiams), o nitritai reaguoja su organiniais junginiais, vadinamais amiinais, sudarydami kancerogeninius nitrozoaminus.. ⁱⁱ

Kai dirvožemyje ar vandenyje netenkama deguonies (anoksinės sąlygos), denitrifikuojančios bakterijos skaido nitratus, kad būtų naudojami kaip deguonies šaltinis. Dažniausiai tai įvyksta neužterštuose dirvožemiuose, kur mažai deguonies. Nitratas redukuojamas iki azoto oksido (N₂O) ir dar kartą azotinėms dujoms. Šie dujų burbuliukai patenka į atmosferą. ⁱ

Denitifrikatorių susidariusios dujos priklauso nuo dirvožemio ar vandens sąlygų ir to, kokia yra mikrobų bendruomenė. Dėl mažesnio deguonies susidaro daugiau azoto dujų, labiausiai paplitusių denitrifikacijos produktų. Azoto dujos yra pagrindinis oro komponentas. Antras dažniausiai susidarantis produktas yra azoto oksidas, šiltnamio efektą sukeliančios dujos, kurios taip pat ardo Žemės ozono sluoksnį. ^iv

Denitrifikuojančios bakterijos yra mažiau jautrios toksiškoms cheminėms medžiagoms nei nitratai, jos optimaliai veikia esant pH nuo 7,0 iki 8,5 ir šiltesnei temperatūrai nuo 26 iki 38 laipsnių. Denitrifikacija dažniausiai vyksta dirvožemyje, kur didžiausias mikrobų aktyvumas..

Denitifikatoriams reikalinga pakankama nitratų koncentracija ir tirpus anglies šaltinis; didžiausios normos būna naudojant metanolį arba acto rūgštį. Organinės anglies gali būti mėšle, komposte, dengiamuosiuose pasėliuose ir pasėlių likučiuose. ⁱ

Denitrifikacija pasėlių dirvožemiuose sumažinama iki minimumo, išlaikant minimalią augalų augimui reikalingą nitratų koncentraciją, pavyzdžiui, naudojant kontroliuojamo atpalaidavimo trąšas. Kitas metodas slopina nitrifikaciją, dėl kurio sumažėja denitrifikacijai reikalingų nitratų kiekis.

Denitrifikacija viename lauke svyruoja dėl daugelio veiksnių, tokių kaip dirvožemio savybės (įskaitant agregaciją, makroporas ir drėgnumą) bei trąšų, organinių medžiagų ir pasėlių likučių pasiskirstymo kitimas..

Pranešama, kad azoto trąšų rūšys ir jų taikymo metodai turi įtakos denitrifikacijai. Pvz., Padengtos kontroliuojamo atpalaidavimo trąšos, taip pat tręšimas ir transliacija sukelia mažesnį azoto oksido išmetimą nei sausas granuliuotas karbamidas ir koncentruotos juostos. Gilesnis azoto įdėjimas taip pat sumažina šias emisijas.

Džiovinimo laikotarpiai, po kurių prasideda staigi liūtis, dažnai sukelia denitrifikaciją, kurią galima valdyti drenažo sistemomis ir drėkinant požeminius lašus.. ^iv

Santrauka

Nitrifikacija

• Vykdo amonifikacijos procesą
• Amonio virsmas nitratu
• Oksidacijos reakcija
• Palengvina du pagrindiniai chemoterapinių aerobinių bakterijų tipai: Nitrosomonas ir Nitrobakterija
• Dviejų pakopų procesas: amonio pavertimas nitritu, po to nitrito pavertimas nitratu
• Sukuria azoto maistinių medžiagų formą, kurią augalų šaknys gali absorbuoti
• Reaktantas (amonis), randamas karbamide iš gyvulinių atliekų ir trąšų, komposto ir suyrančių dengiamųjų augalų ar pasėlių liekanų
• Maitikliai, jautresni aplinkos poveikiui
• Stabdomi potvyniai, didelis druskingumas, didelis rūgštingumas, didelis šarmingumas, gausus įdirbimas ir toksiški junginiai
• Palankūs aerobinėms sąlygoms, pH tarp 6,5 ir 8,5, 16–35 laipsnių temperatūra ir didelis molio kiekis

Denitrifikacija

• Tęsiasi nitrifikacijos procesas
• Nitratų virsmas azoto dujomis, daugiausia azotu ir azoto oksidu
• Redukcijos reakcija
• Palengvina heterotrofinės fakultatyvinės bakterijos
• Žingsnių seka: nitrato pavertimas nitritu, azoto oksidu, azoto oksidu ir galiausiai azotu
• Dezinfekuoja nuotekas ir vandens sistemas mažindamas nitratų kiekį
• Reaktantas (nitratas), susidarantis nitrifikuojant, o anglies šalinimo medžiagų šaltiniai randami mėšle, dengiančiuose pasėliuose ir pasėlių likučiuose arba yra gaunami metanolio ar acto rūgšties
• Denitimeriai, mažiau jautrūs aplinkos poveikiui
• Slopinamas dėl sumažėjusio nitrifikavimo, sumažėjusio nitratų lygio, giliai dengtų kontroliuojamo atpalaidavimo trąšų ir dirvožemio drenažo

Palankūs potvyniai, anoksinės sąlygos, pH tarp 7,0 ir 8,5, temperatūra nuo 26 iki 38 laipsnių C, pakankamas nitratų ir tirpios anglies tiekimas bei koncentruotos sauso granuliuoto karbamido panaudojimas.