Forskellen mellem nitrificering og denitrifikation

nitrifikation

Nitrifikation er den biologiske transformation af ammonium (NH₄⁺) til nitrat (NO₃^-) ved oxidation. Oxidation defineres som tabet af elektroner af et atom eller en forbindelse eller en stigning i dets oxidationstilstand. Processen letter ved hjælp af to typer nitrifiserende aerobe bakterier, der kræver tilstedeværelse af iltmolekyler opløst i deres omgivelser for at overleve. [jeg]

For det første kemoautrofiske bakterier (hovedsageligt dem af slægten Nitrosomonas) konvertere ammoniak (NH₃) og ammonium til nitrit (NO₂^-). "Chemoautrophic" henviser til bakteriens evne til at skabe egne næringsstoffer fra en uorganisk kilde, nemlig CO₂. Processen er repræsenteret ved den kemiske ligning:

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

Derefter primært bakterier fra nitrobacter gruppe omdanner nitrit til nitrat i følgende reaktion:

 2NO₂^- + O₂ → 2NO₃^- + energi

Disse reaktioner finder sted samtidig og ganske hurtigt - normalt inden for dage eller uger. Det er vigtigt, at nitrit omdannes til nitrat i jord, da nitrit er giftigt for plantelivet.

Nitrater, der findes i jorden, er den største kilde til nitrogen, der bruges af planter. [ii] Overgangen af ​​nitrogen fra en form til en anden, kendt som nitrogencyklus, er således en vigtig del af landbrugsindustrien. [iii]

Inden disse trin finder sted, nedbrydes organisk nitrogen af ​​heterotrofiske bakterier ved hydrolyse til dannelse af ammonium og ammoniak i en proces, der kaldes ammonifikation. ^jeg Ammoniak kan findes i urinstof fra animalsk affald, kompost og nedbrydning af afgrøder eller afgrøderester. Ammonium findes i de fleste gødningsstoffer.

Nitrifiserende bakterier er mere følsomme over for miljøbelastninger end andre typer jordbakterier. Når jorden er blevet mættet med fugt i længere perioder, fyldes jordens porer med vand, hvilket begrænser iltforsyningen. Nitrifiserende bakterier kræver aerobe forhold for at fungere, hvilket oversvømmer begrænser nitrifikation.

Tør jord har en tendens til at have en høj saltkoncentration, og den resulterende saltholdighed påvirker bakteriens nitrifieringsaktivitet negativt. Dette skyldes, at øget osmolaritet øger mængden af ​​energi, som mikroorganismer kræver for at bevæge vand hen over deres cellemembraner. Vand er også vigtigt for bevægelse af opløste stoffer, såsom nitrater, gennem jorden. ⁱⁱ

Nitrifiserende bakterier fungerer bedst ved en pH-værdi mellem 6,5 og 8,5 og temperaturer mellem 16 og 35 grader C. ^jeg Nitrifikationshastighederne er langsommere i meget sure jordarter, mens høj alkalinitet reduceres nitrobacter aktivitet, hvilket forårsager en ugunstig opbygning af nitrit i jorden.

Jordens pH kan også påvirkes af den bestemte kilde til ammoniumnitreret. For eksempel er monoammoniumphosphat (MAP) -opløsning meget surere end diammoniumphosphat (DAP); anvendelse af DAP resulterer således i højere nitrifikationshastigheder end MAP.

Størstedelen af ​​bakterierne findes i det øverste overfladelag, således at nitrifikationen falder, når jordbearbejdningspraksis ikke styres korrekt.

Jordbund med højt lerindhold har større partikler og mere mikroporeareal til bakterievækst samt større tilbageholdelse af ammonium på grund af højere kationbytterkapacitet. ⁱⁱ Vandforhold og jordfysiske egenskaber kan forbedres ved dyrkning med reduceret indblanding.

Nitrifikation kan hæmmes af tilstedeværelsen af ​​tungmetaller og toksiske forbindelser eller for høje koncentrationer af ammoniak.

Nogle gange kan det være fordelagtigt at holde nitrogen i jorden i form af ammonium. Dette forhindrer nitrogentab (ved udvaskning af nitrater) og nitrogenudslip (gennem denitrifikation). Nitrifikationsinhibitorer anvendt kommercielt inkluderer dicyandiamid og nitrapyrin.

denitrifikation

Denitrifikation er den biologiske omdannelse af nitrat til nitrogenholdige gasser ved reduktion. Det følger altid nitrifikation ^jeg og reaktionssekvensen kan være repræsenteret som følger:

INGEN₃^- → NEJ₂^- → NEJ → N₂O → N₂[Iv]

Processen letter ved hjælp af fakultative bakterier; disse er bakterier, der ikke kræver tilstedeværelse af frit ilt til respiration. Denitrifierende bakterier er heterotrofiske organismer, da de har brug for en organisk fødekilde, i form af kulstof, for at overleve. Denitrifikation kan starte så hurtigt som minutter efter stimulering af processen.

Denitrifikation kan være skadelig for afgrødeproduktionen, da nitrogen, et næringsstof, der er vigtigt for plantevækst, går tabt i atmosfæren under processen. Det er dog gavnligt for vandlevende levesteder og ved industriel spildevandsrensning, da nitratkoncentrationen i vandet sænkes. ^jeg

Udvaskning eller afstrømning fra afgrøder på grund af gødningsbehandlinger kan medføre, at overskydende mængder af dette næringsstof ender i vandmasser, hvor nitrogenholdige forbindelser har forskellige skadelige virkninger på både menneskers og vandlevende liv. ^iv

Ammoniak er giftig for fiskearter og stimulerer alge vækst, reducerer iltniveauer i vand og resulterer i eutrofiering. Nitrater forårsager leverskade, kræftformer og methemoglobinæmi (iltmangel hos spædbørn), mens nitriter reagerer med organiske forbindelser kaldet aminer til dannelse af kræftfremkaldende nitrosaminer. ⁱⁱ

Når iltniveauer i jord eller vand er opbrugt (anoksiske forhold), nedbryder denitrifierende bakterier nitrater til brug som iltkilde. Dette forekommer ofte i vandblæst jord, hvor iltniveauer er lave. Nitrat reduceres til nitrogenoxid (N₂O) og endnu en gang til kvælstofgas. Disse gasbobler slipper ud i atmosfæren. ^jeg

Den gas, der dannes af denitrifiers, afhænger af forholdene i jorden eller vandet, og hvilken slags mikrobiel samfund der er til stede. Mindre ilt har en tendens til at resultere i, at der dannes mere kvælstofgas, det mest almindelige produkt af denitrifikation. Kvælstofgas udgør hovedkomponenten i luft. Det næst mest almindelige produkt, der dannes, er nitrogenoxid, en drivhusgas, der også eroderer Jordens ozonlag. ^iv

Denitrifierende bakterier er mindre følsomme over for toksiske kemikalier end nitrifugeringsmidler og fungerer optimalt ved en pH-værdi mellem 7,0 og 8,5 og varmere temperaturer mellem 26 og 38 grader C. Denitrifikation forekommer for det meste i jordbunden, hvor mikrobiel aktivitet er højest.

Denitrifiers kræver tilstrækkelig nitratkoncentration og en opløselig kulstofkilde; de højeste mængder forekommer ved anvendelse af methanol eller eddikesyre. Organisk kulstof findes i husdyrgødning, kompost, afgrøder og afgrøderester. ^jeg

Minimering af denitrifikation i afgrødejord opnås ved at opretholde den mindste koncentration af nitrat, der er nødvendigt for plantevækst, såsom anvendelse af gødning med kontrolleret frigivelse. En anden metode er inhibering af nitrifikation, hvilket reducerer niveauerne af nitrat, der er tilgængeligt til denitrifikation.

Denitrifikationsniveauer spænder vidt på tværs af et enkelt felt på grund af mange faktorer såsom jordegenskaber (inklusive aggregering, makroporer og vådhed) og variationer i gødning, organisk stof og fordeling af afgrøderester.

Kvælstofgødningstyper samt påføringsmetoder er rapporteret at påvirke denitrifikationen. F.eks. Forårsager coatede gødningsstoffer med kontrolleret frigivelse såvel som gødnings- og radioapplikationer lavere emissioner af nitrogenoxid end tør granulær urinstof og koncentreret båndapplikationer. En dybere placering af nitrogen reducerer også disse emissioner.

Tørre perioder efterfulgt af en pludselig regnvejr er ofte en trigger til denitrifikation, som kan styres med dræningssystemer og dryppvanding under jorden. ^iv

Resumé

nitrifikation

• Følger ammonifikationsproces
• Transformation af ammonium til nitrat
• Oxidationsreaktion
• Fremme af to hovedtyper af kemoautrofiske aerobe bakterier: Nitrosomonas og nitrobacter
• To-trins proces: omdannelse af ammonium til nitrit, derefter konvertering af nitrit til nitrat
• Opretter en kvælstofnæringsform tilgængelig til optagelse af planterødder
• Reaktant (ammonium) findes i urinstof fra animalsk affald og gødning, kompost og nedbrydning af afgrøder eller afgrøderester
• Nitrifiers mere følsomme over for miljøbelastninger
• Hæmmet af oversvømmelser, høj saltholdighed, høj surhedsgrad, høj alkalinitet, overdreven jordbearbejdning og giftige forbindelser
• Foretrukket af aerobe forhold, pH mellem 6,5 og 8,5, temperaturer mellem 16 og 35 grader C og højt lerindhold

denitrifikation

• Følger nitrifikationsprocessen
• Transformation af nitrat til nitrogenholdige gasser, hovedsageligt nitrogen og nitrogenoxid
• Reduktionsreaktion
• Fremme af heterotrofiske fakultative bakterier
• Trinens rækkefølge: omdannelse af nitrat til nitrit, til nitrogenoxid, til nitrogenoxid og til sidst til nitrogen
• Dekontaminerer spildevand og akvatiske systemer ved at sænke nitratniveauer
• Reaktant (nitrat) dannet ved nitrifikation, mens kulstofkilder til denitrifiers findes i husdyrgødning, dækningsafgrøder og afgrøderester eller leveres af methanol eller eddikesyre
• Denitrifiers er mindre følsomme over for miljøbelastninger
• Hæmmet af reduceret nitrifikation, sænkede nitratniveauer, dyb placering af belagt gødning med kontrolleret frigivelse og jorddrenering

Foretrukket ved oversvømmelse, anoxiske forhold, pH mellem 7,0 og 8,5, temperaturer mellem 26 og 38 grader C, tilstrækkelig tilførsel af nitrater og opløseligt kulstof og koncentreret båndpåføring af tørt granulært urinstof.