Különbség a nitrifikáció és a denitrifikáció között

Nitrifikálás

A nitrifikáció az ammónium (NH₄⁺) nitrátra (NO₃^-) oxidációval. Az oxidációt úgy definiálják, mint egy atom vagy vegyület elektronvesztését vagy oxidációs állapotának növekedését. A folyamatot kétféle nitrifikáló aerob baktérium megkönnyíti, amelyek fennmaradásához a környezetükben oldott oxigénmolekulák jelenléte szükséges. [én]

Először a kemoautrofikus baktériumok (elsősorban a nemzetségbe tartozó baktériumok) Nitrosomonas) átalakítani ammóniát (NH₃) és ammónium-nitrit (NO₂^-). A „kemoautrofikus” a baktériumok azon képességére utal, hogy szervetlen forrásból, nevezetesen CO₂. A folyamatot a kémiai egyenlet képviseli:

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

Akkor baktériumok elsősorban a Nitrobacter csoport a nitrit nitráttá alakul a következő reakcióban:

 2NO₂^- + O₂ → 2NO₃^- + energia

Ezek a reakciók egyszerre és elég gyorsan - általában napokon vagy heteken belül - zajlanak. Fontos, hogy a nitrit a talajban teljes mértékben nitráttá alakuljon, mivel a nitrit mérgező a növények életére.

A növények nitrogénforrása a talajban található nitrátok. [ii] Így a nitrogén egyik formájáról a másikra történő átmenetele, az úgynevezett nitrogénciklus, a mezőgazdasági ipar fontos része. [iii]

Mielőtt ezek a lépések megtörténnének, a szerves nitrogént heterotróf baktériumok bontják hidrolízissel ammónium és ammónia kialakítására az ammóniásnak nevezett eljárás során. ^én Az ammónia megtalálható állati hulladékokból, komposztokból és a bomló takarmánynövényekből vagy növényi maradványokból származó karbamidban. Az ammónium megtalálható a legtöbb műtrágyában.

A nitrifikáló baktériumok érzékenyebbek a környezeti stresszre, mint más típusú talajbaktériumok. Amikor a talaj hosszabb ideig telített a nedvességgel, a talaj pórusai feltöltődnek vízzel, korlátozva az oxigénellátást. A nitrifikáló baktériumok működéséhez aerob körülményekre van szükség, így az árvíz korlátozza a nitrifikációt.

A száraz talajok általában magas sókoncentrációval rendelkeznek, és az ebből származó sótartalom negatívan befolyásolja a baktériumok nitrifikáló aktivitását. Ennek oka az, hogy a megnövekedett ozmolaritás növeli a mikroorganizmusok által igényelt energiamennyiséget a víz mozgatásához sejtmembránjain. A víz elengedhetetlen az oldott anyagok, például a nitrátok talajon keresztüli mozgásához. ⁱⁱ

A nitrifikáló baktériumok a legjobban 6,5 és 8,5 közötti pH-n és 16 és 35 ° C közötti hőmérsékleten teljesítenek. ^én Nagyon savas talajokban a nitrifikáció alacsonyabb, míg a magas lúgosság csökken Nitrobacter aktivitása, ami a nitriteknek a talajban történő kedvezőtlen felhalmozódását okozza.

A talaj pH-ját befolyásolhatja a nitrifikált ammóniumforrás is. Például a monoammónium-foszfát (MAP) oldat sokkal savasabb, mint a diamónium-foszfát (DAP); így a DAP használata magasabb nitrifikációs arányt eredményez, mint a MAP.

A baktériumok többsége a felső felszíni rétegben található, így a nitrifikáció csökken, ha a talajművelési gyakorlatokat nem hajtják végre megfelelően.

A magas agyagtartalmú talajok nagyobb részecskékkel és több mikropórusú teret biztosítanak a baktériumok növekedéséhez, valamint nagyobb ammónium-visszatartást jelentenek a nagyobb kationcserélő képesség miatt. ⁱⁱ A vízviszonyok és a talaj fizikai tulajdonságai javíthatók a talajművelés csökkentésével.

A nitrifikációt gátolhatják nehézfémek és mérgező vegyületek jelenléte vagy túl magas ammóniakoncentrációk.

Előfordulhat, hogy hasznos lehet a nitrogént a talajban ammónium formájában tartani. Ez megakadályozza a nitrogénveszteséget (a nitrátok kimosódásával) és a nitrogéngáz kijutását (denitrifikációval). A kereskedelemben alkalmazott nitrifikációgátlók közé tartozik a diciandiamid és a nitrapirin.

denitrifikáció

A denitrifikáció a nitrát redukcióval történő nitrogéngázzá történő biológiai átalakulása. Mindig a nitrifikációt követi ^én és a reakció szekvenciája a következőképpen ábrázolható:

NEM₃^- → NEM₂^- → NEM → N₂O → N₂[Iv]

A folyamatot fakultatív baktériumok elősegítik; ezek olyan baktériumok, amelyek nem igényelnek szabad oxigén jelenlétét a légzéshez. A denitrifikáló baktériumok heterotróf szervezetek, mivel a túléléshez szén formájú bioélelmiszer-forrásra van szükségük. A denitrifikáció akár a perc stimulálása után is pár perccel elindulhat.

A denitrifikáció káros lehet a növénytermesztésre, mivel a nitrogén, a növény növekedéséhez nélkülözhetetlen tápanyag, a folyamat során elveszíti a légkört. Jó azonban a vízi élőhelyekre és az ipari vagy szennyvíztisztító szennyvízkezelésre, mivel a víz nitrátkoncentrációja csökken. ^én

A műtrágyakezelésből származó kiömlés vagy növényekből származó lefolyás a tápanyag túlzott mennyiségéből a víztestekbe kerülhet, ahol a nitrogéntartalmú vegyületeknek különféle káros hatása van az emberi és a vízi életre egyaránt.. ^iv

Az ammónia mérgező a halfajokra és serkenti az algák növekedését, csökkenti a víz oxigénszintjét és eutrofizációt eredményez. A nitrátok májkárosodást, rákot és methemoglobinémiát (csecsemők oxigénhiányát) okozzák, míg a nitritek aminokkal nevezett szerves vegyületekkel reagálva karcinogén nitrozaminokat képeznek. ⁱⁱ

Amikor a talajban vagy vízben az oxigénszint kimerül (anoxikus körülmények), a denitrifikáló baktériumok bontják le a nitrátokat oxigénforrásként való felhasználás céljából. Ez általában víztapadott talajban fordul elő, ahol alacsony az oxigénszint. A nitrát nitrogén-monoxiddá redukálódik (N₂O) és ismét nitrogén gázra. Ezek a gázbuborékok eljutnak a légkörbe. ^én

A denitrifikátorok által létrehozott gáz a talaj vagy a víz körülményeitől és attól függ, hogy milyen mikrobiális közösség van jelen. A kevesebb oxigén miatt több nitrogén képződik, ami a denitrifikáció leggyakoribb terméke. A levegő fő alkotóeleme a nitrogéngáz. A képződött második leggyakoribb termék a dinitrogén-oxid, az üvegházhatású gáz, amely szintén erodálja a Föld ózonrétegét. ^iv

A denitrifikáló baktériumok kevésbé érzékenyek a toxikus vegyi anyagokra, mint a nitrifikátorok, és optimálisan működnek 7,0 és 8,5 közötti pH-n és 26–38 ° C közötti melegebb hőmérsékleten. A denitrifikáció leginkább a talajtalajban fordul elő, ahol a mikrobiális aktivitás a legnagyobb.

A denitrifier-eknek megfelelő nitrátkoncentrációra és oldható szénforrásra van szükségük; a legnagyobb arány metanol vagy ecetsav használata esetén fordul elő. A szerves szén megtalálható a trágyában, a komposztban, a takarmánynövényekben és a növényi maradványokban. ^én

A növények talajában a denitrifikáció minimalizálása a növénynövekedéshez szükséges minimális nitrátkoncentráció fenntartásával érhető el, például szabályozott hatóanyagleadású műtrágyák alkalmazásával. Egy másik módszer a nitrifikáció gátlása, amely csökkenti a denitrifikációhoz rendelkezésre álló nitrátszintet.

A denitrifikációs szintek széles tartományban mozognak egy mezőn, sok tényező, például talajtulajdonságok (ideértve az aggregációt, a makroporópokat és a nedvességet), valamint a műtrágya, a szerves anyag és a növényi maradék eloszlás változása miatt.

A nitrogéntartalmú műtrágyatípusokról, valamint a kijuttatási módszerekről beszámoltak arról, hogy a denitrifikációt befolyásolják. Például a bevont, szabályozott hatóanyagleadású műtrágyák, valamint a műtrágyázási és szórásos alkalmazások alacsonyabb nitrogén-monoxid-kibocsátást okoznak, mint a száraz szemcsés karbamid és a koncentrált sávú alkalmazások. A nitrogén mélyebb elhelyezése szintén csökkenti ezeket a kibocsátásokat.

A száraz időszakok, amelyeket egy hirtelen esőzés követ, gyakran kiváltják a denitrifikációt, amelyet vízelvezető rendszerekkel és a felszín alatti csepegtető öntözéssel lehet kezelni.. ^iv

összefoglalás

Nitrifikálás

• Az ammóniás folyamatát követi
• Ammónium transzformáció nitráttá
• Oxidációs reakció
• A kemoautróf aerob baktériumok két fő típusa megkönnyíti: Nitrosomonas és Nitrobacter
• Kétlépéses eljárás: ammónium nitritré alakítása, majd nitrit nitráttá alakulása
• Növényi nitrogén tápanyagot hoz létre, amely a növényi gyökerek által felszívódik
• Állati hulladékokból és műtrágyákból, komposztokból és a bomló takarmánynövényekből vagy növényi maradványokból származó karbamidban található reagens (ammónium)
• A környezeti stresszre érzékenyebb hígítók
• Áradások, magas sótartalom, magas savasság, magas lúgosság, túlzott talajművelés és mérgező vegyületek által gátolva
• Az aerob körülmények, a pH 6,5 és 8,5 között, a hőmérséklet 16 és 35 ° C között, valamint a magas agyagtartalom kedvelik

denitrifikáció

• A nitrifikációs folyamatot követi
• A nitrát átalakulása nitrogén gázokká, elsősorban nitrogénné és dinitrogén-oxiddá
• Redukciós reakció
• Heterotróf fakultatív baktériumok megkönnyítik
• Lépések sorrendje: a nitrát nitritré, nitrogén-oxiddá, nitrogén-oxiddá és végül nitrogénné alakulása
• A nitrátszint csökkentésével fertőtleníti a szennyvíz és a vízi rendszereket
• A nitrifikációval képződött reaktáns (nitrát), míg a denitrifikátorok szénforrása a trágyában, a takarmánynövényekben és a növényi maradványokban található, vagy metanol vagy ecetsav biztosítja.
• A környezeti terhelésekre kevésbé érzékeny anyagok
• Gátolja a csökkentett nitrifikáció, alacsonyabb nitrát-szintek, a bevont, szabályozott hatóanyag-leadású műtrágya mély elhelyezése és a talaj vízelvezetése

Áradás, oxigénmentes körülmények, pH 7,0 és 8,5 között, hőmérséklet 26 és 38 ° C között, megfelelő nitrát- és oldható szénellátás, valamint száraz szemcsés karbamid koncentrált sávos alkalmazása..