Forskjellen mellom nitrifisering og denitrifikasjon

nitrifikasjon

Nitrifikasjon er den biologiske transformasjonen av ammonium (NH₄⁺) til nitrat (NO₃^-) ved oksydasjon. Oksidasjon er definert som tap av elektroner med et atom eller en forbindelse, eller en økning i oksidasjonstilstanden. Prosessen tilrettelegges av to typer nitrifiserende aerobiske bakterier som krever tilstedeværelse av oksygenmolekyler oppløst i omgivelsene for å overleve. [Jeg]

Først kjemoautrofe bakterier (hovedsakelig de av slekten nitrosomonas) konvertere ammoniakk (NH₃) og ammonium til nitritt (NO₂^-). "Chemoautrophic" refererer til bakteriens evne til å skape sine egne næringsstoffer fra en uorganisk kilde, nemlig CO₂. Prosessen er representert ved kjemisk ligning:

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

Så bakterier primært fra nitrobacter gruppe omdanne nitritt til nitrat i følgende reaksjon:

 2NO₂^- + O₂ → 2NO₃^- + energi

Disse reaksjonene foregår samtidig og ganske raskt - vanligvis innen dager eller uker. Det er viktig at nitritt er fullstendig omdannet til nitrat i jord, da nitrit er giftig for plantelivet.

Nitrater som er tilstede i jorda er hovedkilden til nitrogen som brukes av planter. [ii] Således er overgangen av nitrogen fra en form til en annen, kjent som nitrogen-syklusen, en viktig del av landbruksindustrien. [iii]

Før disse trinnene finner sted, brytes organisk nitrogen ned ved heterotrofe bakterier ved hydrolyse for å danne ammonium og ammoniakk i en prosess som kalles ammoniakk. ^Jeg Ammoniak kan bli funnet i urea fra animalsk avfall, kompost og dekomponerende dekkeravlinger eller avlingerester. Ammonium finnes i de fleste gjødselstoffer.

Nitrifiserende bakterier er mer følsomme for miljøbelastninger enn andre typer jordbakterier. Når jord har blitt mettet med fuktighet i lengre perioder fyller jordens porer med vann, noe som begrenser oksygenforsyningen. Nitrifiserende bakterier krever aerob forhold å fungere, og dermed oversvømmelse begrenser nitrifikasjon.

Tørr jord har en tendens til å ha høy saltkonsentrasjon og den resulterende saltheten påvirker bakteriens nitrifiserende aktivitet negativt. Dette skyldes økt osmolaritet øker mengden energi som kreves av mikroorganismer for å flytte vann over deres cellemembraner. Vann er også viktig for bevegelse av løsemidler, som nitrater, gjennom jorda. ⁱⁱ

Nitrifiserende bakterier fungerer best ved en pH mellom 6,5 og 8,5 og temperaturer mellom 16 og 35 grader C. ^Jeg Nitrifikasjonshastighetene er langsommere i svært sure jordarter, mens høy alkalinitet reduseres nitrobacter aktivitet, forårsaker en ugunstig oppbygging av nitritt i jorda.

Jordens pH kan også påvirkes av den spesielle kilden til ammoniumnitrified. For eksempel er monoammoniumfosfat (MAP) -oppløsningen mye surere enn diammoniumfosfat (DAP); dermed bruk av DAP resulterer i høyere nitrifikasjonshastigheter enn MAP.

Flertallet av bakteriene er funnet i det øvre overflatelaget, og nitrifikasjonen avtar når bearbeidingen ikke styres på riktig måte.

Jord med høyt leireinnhold har større partikler og mer mikropor plass for bakteriell vekst, samt større oppbevaring av ammonium på grunn av høyere kationutvekslingskapasitet. ⁱⁱ Vannforhold og jordens fysiske egenskaper kan forbedres ved redusert til dyrking.

Nitrifikasjon kan inhiberes av nærvær av tungmetaller og giftige forbindelser, eller for høye konsentrasjoner av ammoniakk.

Noen ganger kan det være gunstig å holde nitrogen i jorda i form av ammonium. Dette forhindrer nitrogentap (ved utluting av nitrater) og nitrogengass unnslippe (gjennom denitrifisering). Nitrifikasjonsinhibitorer anvendt kommersielt innbefatter dicyandiamid og nitrapyrin.

denitrifikasjon

Denitrifikasjon er den biologiske omdannelsen av nitrat til nitrogenholdige gasser ved reduksjon. Det følger alltid nitrifikasjon ^Jeg og reaksjonssekvensen kan være representert som følger:

NEI₃^- → NO₂^- → NEI → N₂O → N₂[Iv]

Prosessen tilrettelegges av fakultative bakterier; Dette er bakterier som ikke krever tilstedeværelse av fri oksygen for åndedrettsvern. Denitrifiserende bakterier er heterotrofe organismer som de trenger en organisk matkilde, i form av karbon, for å overleve. Denitrifikasjon kan starte så raskt som minutter etter stimulering av prosessen.

Denitrifikasjon kan være skadelig for avlinger, siden nitrogen, et næringsstoff som er avgjørende for planteveksten, går tapt til atmosfæren under prosessen. Det er imidlertid gunstig for vannlevende habitater og i avløpsvannbehandling i industri eller avløpsvann, da nitratkonsentrasjonen i vannet senkes. ^Jeg

Lekkasje eller avrenning fra avlinger på grunn av gjødselsbehandlinger kan føre til at store mengder av næringsstoffet kommer til ende i vannlegemer, hvor nitrogenforbindelser har ulike skadelige effekter på både menneskelig og vannlevende liv. ^iv

Ammoniak er giftig for fiskearter og stimulerer algenvekst, reduserer oksygeninnholdet i vann og resulterer i eutrofiering. Nitrater forårsaker leverskade, kreft og metemoglobinemi (oksygenmangel hos spedbarn), mens nitrater reagerer med organiske forbindelser kalt aminer for å danne kreftfremkallende nitrosaminer. ⁱⁱ

Når oksygeninnhold i jord eller vann er utarmet (anoxiske forhold), bryter denitrifiserende bakterier ned nitrater for bruk som oksygenkilde. Dette forekommer ofte i vanndampede jordarter hvor oksygenivåene er lave. Nitrat reduseres til nitrogenoksid (N₂O) og en gang til nitrogenholdig gass. Disse gassboblene flyter inn i atmosfæren. ^Jeg

Gassen dannet av denitrifiers avhenger av forhold i jord eller vann og hva slags mikrobiell samfunn er tilstede. Mindre oksygen har en tendens til å resultere i at mer nitrogengass dannes, det vanligste produktet av denitrifikasjon. Kvävegass danner hovedkomponenten av luft. Det nest vanligste produktet er nitrogenoksid, en drivhusgass som også eroderer jordens ozonlag. ^iv

Denitrifiserende bakterier er mindre følsomme overfor giftige kjemikalier enn nitrifiører og fungerer optimalt ved en pH mellom 7,0 og 8,5 og varmere temperaturer mellom 26 og 38 grader C. Denitrifikasjon skjer hovedsakelig i overgrunnen, hvor mikrobiell aktivitet er høyest.

Denitrifiers krever tilstrekkelig nitratkonsentrasjon og en oppløselig karbonkilde; De høyeste prisene oppstår når man bruker metanol eller eddiksyre. Organisk karbon kan finnes i gjødsel, kompost, dekkeravlinger og avlingerester. ^Jeg

Minimering av denitrifikasjon i plantejord oppnås ved å opprettholde minimumskonsentrasjonen av nitrat som er nødvendig for plantevekst, for eksempel bruk av gjødsel med kontrollert utslipp. En annen metode hemmer nitrifikasjon, noe som reduserer nitratnivåene som er tilgjengelige for denitrifikasjon.

Denitrifiseringsnivåene varierer vidt over et enkelt felt, på grunn av mange faktorer som jordegenskaper (inkludert aggregering, makroporer og våthet) og variasjoner i gjødsel, organisk materiale og avling av restgjenstander.

Nitrogen gjødsel typer, samt søknadsmetoder, har blitt rapportert å påvirke denitrifikasjon. For eksempel gir belagte kontrollerte utslippsgjødsel, samt berednings- og kringkastingsapplikasjoner lavere nitrogenoksydutslipp enn tørrgranulær urea og konsentrert båndapplikasjoner. Dypere plassering av nitrogen reduserer også disse utslippene.

Tørre perioder etterfulgt av en plutselig regnstorm er ofte en utløser for denitrifikasjon, som kan styres med dreneringssystemer og undergrunnsoppløpsvann. ^iv

Sammendrag

nitrifikasjon

• Følger ammonifiseringsprosessen
• Omdannelse av ammonium til nitrat
• Oksidasjonsreaksjon
• Tilrettelagt av to hovedtyper av kjemoautrofiske aerobic bakterier: nitrosomonas og nitrobacter
• To-trinns prosess: Konvertering av ammonium til nitritt, deretter omdannelse av nitritt til nitrat
• Oppretter en nitrogen næringsform som er tilgjengelig for absorpsjon av planterøtter
• Reagens (ammonium) funnet i urea fra animalsk avfall og gjødsel, kompost og dekomponerende dekkeravlinger eller avlesningsrester
• Nitrifiers mer følsomme for miljøbelastninger
• Inhibitt av flom, høy saltholdighet, høy surhet, høy alkalinitet, overdreven tiling og giftige forbindelser
• Foretrukket av aerobiske forhold, pH mellom 6,5 og 8,5, temperaturer mellom 16 og 35 grader C og høyt leireinnhold

denitrifikasjon

• Følger nitrifikasjonsprosessen
• Omdannelse av nitrat til nitrogenholdige gasser, hovedsakelig nitrogen og nitrogenoksid
• Reduksjonsreaksjon
• Tilrettelagt av heterotrofiske fakultative bakterier
• Sekvens av trinn: omdannelse av nitrat til nitritt, til nitrogenoksid, til nitrogenoksid og til slutt til nitrogen
• Dekontaminerer avløpsvann og akvatiske systemer ved å senke nitratnivåene
• Reaktant (nitrat) dannet ved nitrifikasjon, mens karbonkilder til denitrifiseringsstoffer finnes i gjødsel, dekkeravlinger og avlesningsrester, eller forsynt med metanol eller eddiksyre
• Denitrifiers mindre følsomme for miljøbelastninger
• Inhibert av redusert nitrifisering, senket nitratnivå, dyp plassering av belagt kontrollert frigjøringsgjødsel og jorddrenering

Foretrukket av flom, anoxiske forhold, pH mellom 7,0 og 8,5, temperaturer mellom 26 og 38 grader C, tilstrekkelig tilførsel av nitrater og oppløselige karbon- og konsentrerte båndapplikasjoner av tørrgrønn urea.