Разница между нитрификацией и денитрификацией

нитрификация

Нитрификация представляет собой биологическое превращение аммония (NH₄⁺) для нитрования (НЕТ₃^-) окислением. Окисление определяется как потеря электронов атомом или соединением или увеличение его степени окисления. Процессу способствуют два типа нитрифицирующих аэробных бактерий, которым для выживания требуется присутствие молекул кислорода, растворенных в их окружении. [я]

Во-первых, хемоаутрофические бактерии (в основном, из рода Nitrosomonas) преобразовать аммиак (NH)₃) и аммония до нитрита (НЕТ₂^-). «Chemoautrophic» относится к способности бактерий создавать свои собственные питательные вещества из неорганического источника, а именно CO₂. Процесс представлен химическим уравнением:

2NH₄+ + 3О₂ → 2НО₂^- + 2H₂O + 4H⁺ + энергия

Тогда бактерии в основном из Nitrobacter Группа превращает нитрит в нитрат в следующей реакции:

 2NO₂^- + О₂ → 2НО₃^- + энергия

Эти реакции происходят одновременно и довольно быстро - обычно в течение нескольких дней или недель. Важно, чтобы нитрит полностью превращался в нитрат в почвах, поскольку нитрит токсичен для жизни растений..

Нитраты, присутствующие в почве, являются основным источником азота, используемого растениями. [ii] Таким образом, переход азота из одной формы в другую, известный как азотный цикл, является важной частью сельскохозяйственной промышленности. [iii]

Перед выполнением этих шагов органический азот расщепляется гетеротрофными бактериями в результате гидролиза с образованием аммония и аммиака в процессе, известном как аммонификация.. ^я Аммиак может быть обнаружен в мочевине из отходов животных, компостов и разлагающихся покровных культур или остатков сельскохозяйственных культур. Аммоний содержится в большинстве удобрений.

Нитрифицирующие бактерии более чувствительны к воздействию окружающей среды, чем другие виды почвенных бактерий. Когда почва насыщается влагой в течение продолжительных периодов времени, поры почвы заполняются водой, что ограничивает поступление кислорода. Нитрифицирующие бактерии требуют аэробных условий для функционирования, поэтому затопление ограничивает нитрификацию.

Сухие почвы, как правило, имеют высокую концентрацию соли, и в результате засоление отрицательно влияет на нитрифицирующую активность бактерий. Это связано с тем, что повышенная осмолярность повышает количество энергии, необходимое микроорганизмам для перемещения воды через клеточные мембраны. Вода также необходима для перемещения растворенных веществ, таких как нитраты, через почву.. ^б

Нитрифицирующие бактерии работают лучше всего при pH от 6,5 до 8,5 и температуре от 16 до 35 градусов C. ^я Скорость нитрификации в очень кислых почвах ниже, а высокая щелочность снижает Nitrobacter деятельность, вызывающая неблагоприятное накопление нитритов в почве.

На рН почвы также может влиять конкретный источник нитрифицированного аммония. Например, раствор моноаммонийфосфата (MAP) гораздо более кислый, чем диаммонийфосфат (DAP); таким образом, использование DAP приводит к более высокой скорости нитрификации, чем MAP.

Большинство бактерий находится в верхнем поверхностном слое, поэтому нитрификация снижается, если методы обработки почвы не обрабатываются должным образом.

Почвы с высоким содержанием глины имеют более крупные частицы и больше микропористого пространства для роста бактерий, а также с большей задержкой аммония благодаря более высокой катионообменной способности. ^б Водные отношения и физические свойства почвы могут быть улучшены путем возделывания.

Нитрификация может быть затруднена присутствием тяжелых металлов и токсичных соединений или чрезмерно высокими концентрациями аммиака.

Иногда бывает полезно сохранить азот в почве в форме аммония. Это предотвращает потерю азота (путем выщелачивания нитратов) и утечки газообразного азота (путем денитрификации). Коммерчески используемые ингибиторы нитрификации включают дициандиамид и нитрапирин.

денитрификация

Денитрификация - это биологическое превращение нитратов в азотные газы путем восстановления. Это всегда следует за нитрификацией ^я и последовательность реакции может быть представлена ​​следующим образом:

НЕТ₃^- → НЕТ₂^- → НЕТ → Н₂O → N₂[IV]

Процесс облегчается факультативными бактериями; это бактерии, которые не требуют наличия свободного кислорода для дыхания. Денитрифицирующие бактерии являются гетеротрофными организмами, поскольку для выживания им необходим органический источник пищи в форме углерода. Денитрификация может начаться так быстро, как через несколько минут после стимуляции процесса.

Денитрификация может быть вредной для растениеводства, так как азот, питательное вещество, необходимое для роста растений, теряется в атмосферу во время процесса. Однако это выгодно для водных сред обитания и для очистки промышленных или сточных вод, так как концентрация нитратов в воде снижается. ^я

Выщелачивание или сток сельскохозяйственных культур в результате обработки удобрениями может привести к тому, что избыточные количества этого питательного вещества попадут в водоемы, где азотистые соединения оказывают различное вредное воздействие как на жизнь человека, так и на водную среду.. ^IV

Аммиак токсичен для видов рыб и стимулирует рост водорослей, снижая уровень кислорода в воде и приводя к эвтрофикации. Нитраты вызывают повреждение печени, рак и метгемоглобинемию (недостаток кислорода у детей), а нитриты реагируют с органическими соединениями, называемыми аминами, с образованием канцерогенных нитрозаминов.. ^б

Когда уровень кислорода в почве или воде истощается (бескислородные условия), денитрифицирующие бактерии расщепляют нитраты для использования в качестве источника кислорода. Это обычно происходит в заболоченных почвах, где уровень кислорода низок. Нитрат восстанавливается до закиси азота (N₂О) и еще раз к азотистому газу. Эти газовые пузырьки уходят в атмосферу. ^я

Газ, образованный денитрификаторами, зависит от условий в почве или воде и от того, какое микробное сообщество присутствует. Меньшее количество кислорода приводит к образованию большего количества газообразного азота, наиболее распространенного продукта денитрификации. Газообразный азот является основным компонентом воздуха. Вторым наиболее распространенным образующимся продуктом является закись азота, парниковый газ, который также разрушает озоновый слой Земли.. ^IV

Денитрифицирующие бактерии менее чувствительны к токсичным химическим веществам, чем нитрификаторы, и работают оптимально при pH от 7,0 до 8,5 и более высоких температурах от 26 до 38 градусов C. Денитрификация происходит в основном в верхнем слое почвы, где активность микробов наиболее высока.

Денитрификаторы требуют достаточной концентрации нитратов и источника растворимого углерода; самые высокие показатели имеют место при использовании метанола или уксусной кислоты. Органический углерод может быть найден в навозе, компосте, покровных культурах и растительных остатках. ^я

Минимизация денитрификации в почве сельскохозяйственных культур достигается путем поддержания минимальной концентрации нитратов, необходимых для роста растений, таких как использование удобрений с контролируемым высвобождением. Другой метод заключается в подавлении нитрификации, которая снижает уровни нитратов, доступных для денитрификации..

Уровни денитрификации широко варьируются в пределах одного поля из-за многих факторов, таких как свойства почвы (включая агрегацию, макропоры и влажность) и различия в распределении удобрений, органических веществ и остатков сельскохозяйственных культур..

Сообщалось, что виды азотных удобрений, а также методы их внесения влияют на денитрификацию. Например, удобрения с контролируемым высвобождением с покрытием, а также применения в фертигации и радиовещании вызывают более низкие выбросы закиси азота, чем при использовании сухой гранулированной мочевины и концентрированных полос. Более глубокое размещение азота также уменьшает эти выбросы.

Периоды засухи, сопровождаемые внезапным ливнем, часто являются пусковым механизмом для денитрификации, которой можно управлять с помощью дренажных систем и подземного капельного орошения.. ^IV

Резюме

нитрификация

• Следует за процессом аммонификации
• Превращение аммония в нитрат
• Реакция окисления
• Этому способствуют два основных типа химикоаутрофических аэробных бактерий: Nitrosomonas и Nitrobacter
• Двухступенчатый процесс: преобразование аммония в нитрит, затем преобразование нитрита в нитрат
• Создает азотную питательную форму, доступную для усвоения корнями растений.
• Реактив (аммоний), содержащийся в мочевине из отходов и удобрений животных, компостов и разлагающихся покровных культур или растительных остатков
• Нитрификаторы более чувствительны к воздействиям окружающей среды
• Ингибируется от наводнений, высокой солености, высокой кислотности, высокой щелочности, чрезмерной обработки почвы и токсичных соединений.
• Благоприятно для аэробных условий, pH от 6,5 до 8,5, температуры от 16 до 35 градусов C и высокое содержание глины

денитрификация

• Следует за процессом нитрификации
• Превращение нитратов в азотистые газы, в основном азот и закись азота
• Реакция восстановления
• Облегчено гетеротрофными факультативными бактериями
• Последовательность шагов: превращение нитрата в нитрит, в оксид азота, в закись азота и, наконец, в азот
• Обеззараживает сточные воды и водные системы путем снижения уровня нитратов
• Реактив (нитрат), образующийся при нитрификации, в то время как источники углерода для денитрификаторов находятся в навозе, покрывают посевы и растительные остатки, или обеспечиваются метанолом или уксусной кислотой.
• Денитрификаторы менее чувствительны к воздействиям окружающей среды
• Подавлен сниженной нитрификацией, пониженным уровнем нитратов, глубоким внесением удобрений с контролируемым высвобождением и дренажом почвы

Благоприятствует затоплению, бескислородным условиям, pH от 7,0 до 8,5, температурам от 26 до 38 градусов C, достаточному запасу нитратов и растворимого углерода и применению концентрированных полос сухой гранулированной мочевины..