Rozdiel medzi nitrifikáciou a denitrifikáciou

nitrifikácie

Nitrifikácia je biologická transformácia amónia (NH₄⁺) na dusičnany (NO₃^-) oxidáciou. Oxidácia je definovaná ako strata elektrónov atómom alebo zlúčeninou alebo zvýšenie jej oxidačného stavu. Tento proces uľahčujú dva typy nitrifikačných aeróbnych baktérií, ktoré na prežitie vyžadujú prítomnosť molekúl kyslíka rozpustených v ich okolí. [I]

Po prvé, chemoautrofné baktérie (hlavne baktérie rodu Nitrosomonas) prevádzajte amoniak (NH₃) a amoniak na dusitan (NO₂^-). „Chemoautrofný“ sa vzťahuje na schopnosť baktérií vytvárať si vlastné živiny z anorganického zdroja, konkrétne CO₂. Tento proces predstavuje chemická rovnica:

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

Potom baktérie primárne z Nitrobacter skupina prevádza dusitany na dusičnany v nasledujúcej reakcii:

 2NO₂^- + O₂ → 2NO₃^- + energie

Tieto reakcie prebiehajú súčasne a pomerne rýchlo - zvyčajne v priebehu dní alebo týždňov. Je dôležité, aby sa dusitan v pôde úplne premieňal na dusičnany, pretože dusitan je pre život rastlín toxický.

Dusičnany prítomné v pôde sú hlavným zdrojom dusíka, ktorý rastliny používajú. [ii] Prechod dusíka z jednej formy do druhej, známej ako cyklus dusíka, je dôležitou súčasťou poľnohospodárskeho priemyslu. [iii]

Pred uskutočnením týchto krokov sa organický dusík rozkladá heterotrofnými baktériami hydrolýzou na amoniak a amoniak v procese známom ako amoniakácia.. ^ja Amoniak sa nachádza v močovine zo živočíšnych odpadov, kompostov a rozkladu krycích plodín alebo zvyškov plodín. Amoniak sa nachádza vo väčšine hnojív.

Nitrifikačné baktérie sú citlivejšie na stres v životnom prostredí ako iné typy pôdnych baktérií. Ak bola pôda dlhodobo nasýtená vlhkosťou, póry pôdy sa naplnia vodou, čím sa obmedzí prísun kyslíka. Nitrifikačné baktérie vyžadujú na fungovanie aeróbne podmienky, takže povodeň obmedzuje nitrifikáciu.

Suché pôdy majú tendenciu mať vysokú koncentráciu solí a výsledná slanosť negatívne ovplyvňuje nitrifikačnú aktivitu baktérií. Dôvodom je skutočnosť, že zvýšená osmolarita zvyšuje množstvo energie, ktorú mikroorganizmy potrebujú na pohyb vody cez ich bunkové membrány. Voda je tiež nevyhnutná pre pohyb solutov, ako sú dusičnany, pôdou. ⁱⁱ

Nitrifikačné baktérie majú najlepšie výsledky pri pH medzi 6,5 a 8,5 a teplotami medzi 16 a 35 ° C. ^ja Vo veľmi kyslých pôdach je rýchlosť nitrifikácie pomalšia, zatiaľ čo vysoká alkalita sa znižuje Nitrobacter aktivita spôsobujúca nepriaznivé hromadenie dusitanov v pôde.

PH pôdy môže byť tiež ovplyvnené konkrétnym zdrojom dusičnanu amónneho. Napríklad roztok monoamoniumfosfátu (MAP) je omnoho kyslejší ako fosforečnan diamónny (DAP); výsledkom použitia DAP je teda vyššia miera nitrifikácie ako MAP.

Väčšina baktérií sa nachádza v hornej povrchovej vrstve, a preto nitrifikácia klesá, ak nie sú postupy spracovania pôdy správne zvládnuté.

Pôdy s vysokým obsahom ílu majú väčšie častice a viac mikroporézneho priestoru pre bakteriálny rast, ako aj väčšiu retenciu amonia vďaka vyššej kapacite katiónovej výmeny. ⁱⁱ Vzťahy s vodou a fyzikálne vlastnosti pôdy sa môžu zlepšiť znížením kultivácie.

Nitrifikácia môže byť inhibovaná prítomnosťou ťažkých kovov a toxických zlúčenín alebo nadmerne vysokou koncentráciou amoniaku.

Niekedy môže byť užitočné udržiavať dusík v pôde vo forme amonia. Tým sa zabráni strate dusíka (vylúhovaním dusičnanov) a úniku plynného dusíka (denitrifikáciou). Inhibítory nitrifikácie používané komerčne zahŕňajú dikyándiamid a nitrapyrín.

denitrifikácia

Denitrifikácia je biologická premena dusičnanov na dusíkaté plyny redukciou. Vždy nasleduje nitrifikácia ^ja a reakčnú sekvenciu možno znázorniť nasledovne:

NO₃^- → NIE₂^- → NIE → N₂O → N₂[IV]

Tento proces je uľahčený fakultatívnymi baktériami; sú to baktérie, ktoré na dýchanie nevyžadujú prítomnosť voľného kyslíka. Denitrifikačné baktérie sú heterotrofné organizmy, pretože na prežitie potrebujú zdroj organických potravín vo forme uhlíka. Denitrifikácia sa môže začať tak rýchlo ako minúty po stimulácii procesu.

Denitrifikácia môže mať nepriaznivý vplyv na rastlinnú výrobu, pretože dusík, živina nevyhnutná pre rast rastlín, sa počas procesu stráca do atmosféry. Je však prospešné pre vodné biotopy a pri čistení priemyselných alebo čistiarenských odpadových vôd, pretože sa znižuje koncentrácia dusičnanov vo vode.. ^ja

Vylúhovanie alebo odtok z plodín v dôsledku spracovania hnojív môže spôsobiť, že sa nadmerné množstvá tejto živiny skončí vo vodných útvaroch, kde zlúčeniny dusíka majú rôzne škodlivé účinky na ľudský aj vodný život.. ^iv

Amoniak je toxický pre druhy rýb a stimuluje rast rias, znižuje hladinu kyslíka vo vode a vedie k eutrofizácii. Dusičnany spôsobujú poškodenie pečene, rakoviny a methemoglobinémiu (nedostatok kyslíka u dojčiat), zatiaľ čo dusitany reagujú s organickými zlúčeninami nazývanými amíny za vzniku karcinogénnych nitrozamínov.. ⁱⁱ

Keď sa zníži hladina kyslíka v pôde alebo vode (anoxické podmienky), denitrifikačné baktérie štiepia dusičnany na použitie ako zdroj kyslíka. Toto sa bežne vyskytuje na pôdach s nedostatkom vody, kde je nízka hladina kyslíka. Dusičnan sa redukuje na oxid dusný (N₂O) a ešte raz na plynný dusík. Tieto plynové bubliny unikajú do atmosféry. ^ja

Plyn tvorený denitrifikátormi závisí od podmienok v pôde alebo vode a od toho, aký druh mikrobiálnej komunity je prítomný. Menej kyslíka vedie k väčšiemu množstvu plynného dusíka, najbežnejšieho produktu denitrifikácie. Plynný dusík tvorí hlavnú zložku vzduchu. Druhým najbežnejším vytvoreným produktom je oxid dusný, skleníkový plyn, ktorý tiež eroduje ozónovú vrstvu Zeme. ^iv

Denitrifikačné baktérie sú menej citlivé na toxické chemikálie ako nitrifikátory a optimálne fungujú pri pH medzi 7,0 a 8,5 a teplejších teplotách medzi 26 a 38 ° C. Denitrifikácia sa vyskytuje väčšinou v hornej pôde, kde je najvyššia mikrobiálna aktivita.

Denitrifikátory vyžadujú dostatočnú koncentráciu dusičnanov a rozpustný zdroj uhlíka; najvyššie hodnoty sa vyskytujú pri použití metanolu alebo kyseliny octovej. Organický uhlík sa nachádza v hnoji, komposte, krycích plodinách a zvyškoch plodín. ^ja

Minimalizácia denitrifikácie v pôdach sa dosahuje udržiavaním minimálnej koncentrácie dusičnanov nevyhnutných pre rast rastlín, ako je použitie hnojív s riadeným uvoľňovaním. Inou metódou je inhibícia nitrifikácie, ktorá znižuje hladiny dusičnanov dostupných pre denitrifikáciu.

Hladiny denitrifikácie sa široko pohybujú v rámci jedného poľa v dôsledku mnohých faktorov, ako sú vlastnosti pôdy (vrátane agregácie, makropórov a vlhkosti) a zmeny distribúcie hnojív, organických látok a zvyškov plodín..

Uvádza sa, že typy dusíkatých hnojív, ako aj aplikačné metódy ovplyvňujú denitrifikáciu. Napríklad potiahnuté hnojivá s riadeným uvoľňovaním, ako aj aplikácie na hnojenie a prenos, spôsobujú nižšie emisie oxidu dusného ako suché granulované močoviny a koncentrované pásové aplikácie. Hlbšie umiestnenie dusíka tiež tieto emisie znižuje.

Suché obdobia, po ktorých nasleduje náhla búrka, sú často spúšťačom denitrifikácie, ktorú je možné zvládnuť pomocou drenážnych systémov a zavlažovania pod povrchom.. ^iv

zhrnutie

nitrifikácie

• Nasleduje proces amifikácie
• Transformácia amoniaku na dusičnany
• Oxidačná reakcia
• Spomínané dvoma hlavnými typmi chemoautrofických aeróbnych baktérií: Nitrosomonas a Nitrobacter
• Dvojkrokový proces: premena amoniaku na dusitan, potom premena dusitanu na dusičnan
• Vytvára dusíkatú formu živín, ktorú je možné absorbovať koreňmi rastlín
• Reakčné činidlo (amónium) nachádzajúce sa v močovine zo živočíšnych odpadov a hnojív, kompostov a rozkladu krycích plodín alebo zvyškov plodín
• Nitrifikátory citlivejšie na stres v životnom prostredí
• Inhibovaný záplavami, vysokou slanosťou, vysokou kyslosťou, vysokou zásaditosťou, nadmerným obrábaním a toxickými zlúčeninami
• Zvýhodnené aeróbnymi podmienkami, pH medzi 6,5 a 8,5, teplotami medzi 16 a 35 ° C a vysokým obsahom ílu

denitrifikácia

• Nasleduje nitrifikačný proces
• Transformácia dusičnanov na dusíkaté plyny, najmä dusík a oxid dusný
• Redukčná reakcia
• Umožnené heterotrofnými fakultatívnymi baktériami
• Postupnosť krokov: premena dusičnanov na dusitany, na oxid dusnatý, na oxid dusný a nakoniec na dusík
• Dekontaminuje odpadové vody a vodné systémy znížením obsahu dusičnanov
• Reakčné činidlo (dusičnan) tvorené nitrifikáciou, zatiaľ čo zdroje uhlíka pre denitrifikátory sa nachádzajú v hnoji, pokrývajú plodiny a zvyšky plodín alebo sú poskytované metanolom alebo kyselinou octovou
• Denitrifikátory menej citlivé na stres v životnom prostredí
• Inhibuje sa zníženou nitrifikáciou, zníženými hladinami dusičnanov, hlbokým umiestnením potiahnutého hnojiva s riadeným uvoľňovaním a odtokom pôdy

Priaznivé povodne, anoxické podmienky, pH medzi 7,0 a 8,5, teploty medzi 26 a 38 ° C, dostatočný prísun dusičnanov a rozpustného uhlíka a koncentrované pásové aplikácie suchej granulovanej močoviny.