Skillnad mellan nitrifiering och denitrifikation

nitrifikation

Nitrifikation är den biologiska omvandlingen av ammonium (NH₄⁺) till nitrat (NO₃^-) genom oxidation. Oxidation definieras som förlust av elektroner med en atom eller förening, eller en ökning i dess oxidationstillstånd. Processen underlättas av två typer av nitrifierande aeroba bakterier som kräver närvaro av syremolekyler upplösta i sin omgivning för att överleva. [jag]

För det första kemoautrofa bakterier (främst de av släktet Nitrosomonas) omvandla ammoniak (NH₃) och ammonium till nitrit (NO₂^-). "Chemoautrophic" avser bakteriens förmåga att skapa egna näringsämnen från en oorganisk källa, nämligen CO₂. Processen representeras av kemiska ekvationen:

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

Då bakterier främst från Nitrobacter grupp konvertera nitrit till nitrat i följande reaktion:

 2NO₂^- + O₂ → 2NO₃^- + energi

Dessa reaktioner sker samtidigt och ganska snabbt - vanligtvis inom några dagar eller veckor. Det är viktigt att nitrit omvandlas fullständigt till nitrat i marken, eftersom nitrit är giftigt för växtlivet.

Nitrat i jorden är den huvudsakliga kvävekällan som används av växter. [ii] Således är kväveövergången från en form till en annan, känd som kvävecykeln, en viktig del av jordbruksindustrin. [iii]

Innan dessa steg äger rum bryts organiskt kväve upp genom heterotrofa bakterier genom hydrolys för att bilda ammonium och ammoniak i en process som kallas ammoniak. ^jag Ammoniak kan hittas i karbamid från animaliskt avfall, komposter och sönderdelningsskikt eller växtrester. Ammonium finns i de flesta gödselmedel.

Nitrifierande bakterier är mer känsliga för miljöbelastningar än andra typer av jordbakterier. När jorden har blivit mättad med fukt under långa perioder fyller jorden porer med vatten, vilket begränsar syreförsörjningen. Nitrifierande bakterier kräver att aeroba förhållanden fungerar, så att översvämningen begränsar nitrifikation.

Torrjord tenderar att ha hög saltkoncentration och den resulterande salthalten påverkar bakteriens nitrifierande aktivitet negativt. Detta beror på att ökad osmolaritet ökar mängden energi som krävs av mikroorganismer för att flytta vatten över sina cellmembran. Vatten är också viktigt för rörelse av lösta ämnen, såsom nitrater, genom jorden. ⁱⁱ

Nitrifierande bakterier fungerar bäst vid ett pH mellan 6,5 och 8,5 och temperaturer mellan 16 och 35 grader C. ^jag Nitrifikationshastigheterna är långsammare i mycket sura jordar, medan hög alkalitet minskar Nitrobacter aktivitet som orsakar en ogynnsam uppbyggnad av nitrit i jorden.

Markens pH kan också påverkas av den särskilda källan av ammoniumnitrified. Exempelvis är monoammoniumfosfat (MAP) -lösningen mycket surare än diammoniumfosfat (DAP); Användning av DAP resulterar således i högre nitrifikationshastigheter än MAP.

Majoriteten av bakterierna finns i det övre ytskiktet, sålunda nitrifikation sjunker när jordbruksmetoder inte hanteras ordentligt.

Jordar med högt lerinnehåll har större partiklar och mer mikroporutrymme för bakteriell tillväxt, liksom större retention av ammonium på grund av högre katjonbytarkapacitet. ⁱⁱ Vattenförhållanden och markens fysikaliska egenskaper kan förbättras genom minskad till odling.

Nitrifikation kan hämmas av närvaron av tungmetaller och giftiga föreningar, eller för höga koncentrationer av ammoniak.

Ibland kan det vara fördelaktigt att hålla kväve i jorden i form av ammonium. Detta förhindrar kväveförlust (genom utlakning av nitrater) och kvävegasflöde (genom denitrifikation). Nitrifikationsinhibitorer som används kommersiellt innefattar dicyandiamid och nitrapyrin.

denitrifikation

Denitrifikation är den biologiska omvandlingen av nitrat till kvävegaser genom reduktion. Det följer alltid nitrifikation ^jag och reaktionssekvensen kan representeras enligt följande:

NEJ₃^- → NEJ₂^- → NEJ → N₂O → N₂[Iv]

Processen underlättas av fakultativa bakterier; Det här är bakterier som inte kräver närvaro av fri syre för andning. Denitrifierande bakterier är heterotrofa organismer eftersom de behöver en organisk matkälla, i form av kol, för att överleva. Denitrifikation kan börja så fort som minuter efter stimulering av processen.

Denitrifikation kan vara skadlig för växtproduktionen, eftersom kväve, ett näringsämne som är väsentligt för växttillväxt, förloras i atmosfären under processen. Det är dock fördelaktigt för vattenlevande livsmiljöer och i avloppsrening för industri eller avloppsvatten, eftersom nitratkoncentrationen i vattnet sänks. ^jag

Utlakning eller avrinning från grödor på grund av gödningsmedel kan orsaka att överskott av detta näringsämne hamnar i vattenkroppar där kväveföreningar har olika skadliga effekter på både människans och vattenlevande liv. ^iv

Ammoniak är giftigt för fiskarter och stimulerar algtillväxt, sänker syrehalterna i vatten och resulterar i eutrofiering. Nitrat orsakar leverskador, cancer och metemoglobinemi (syrebrist hos spädbarn), medan nitriter reagerar med organiska föreningar som kallas aminer för att bilda cancerframkallande nitrosaminer. ⁱⁱ

När syrgasnivåer i mark eller vatten är utarmade (anoxiska förhållanden) bryts denitrifierande bakterier ner nitrater för användning som iltkälla. Detta förekommer vanligen i vattenlösa jordar där syrehalten är låg. Nitrat reduceras till kväveoxid (N₂O) och en gång till kvävegas. Dessa gasbubblor flyter in i atmosfären. ^jag

Den gas som bildas av denitrifierare beror på förhållanden i marken eller vattnet och vilken typ av mikrobiell gemenskap som finns. Mindre syre tenderar att resultera i att mer kvävgas bildas, den vanligaste produkten av denitrifikation. Kvävegas utgör huvudkomponenten i luften. Den näst vanligaste produkten som bildas är kväveoxid, en växthusgas som också förormer jordens ozonskikt. ^iv

Denitrifierande bakterier är mindre känsliga för giftiga kemikalier än nitrifieringsmedel och fungerar optimalt vid ett pH mellan 7,0 och 8,5 och varmare temperaturer mellan 26 och 38 grader C. Denitrifikation sker mestadels i bottenjorden, där mikrobiell aktivitet är störst.

Denitrifiers kräver tillräcklig nitratkoncentration och en lös kolkälla; De högsta hastigheterna uppstår vid användning av metanol eller ättiksyra. Organiskt kol kan hittas i gödsel, kompost, grödor och grödor. ^jag

Minimering av denitrifikation i odlingsjord uppnås genom att behålla den minsta koncentrationen av nitrat som är nödvändig för växttillväxt, såsom användning av gödningsmedel med kontrollerad frisättning. En annan metod hämmar nitrifikation, vilket minskar nitratnivåerna som är tillgängliga för denitrifikation.

Denitrifikationsnivåerna sträcker sig mycket över ett enda fält, på grund av många faktorer som markegenskaper (inklusive aggregering, makroporer och våthet) och variationer i gödningsmedel, organisk material och grödestödsfördelning.

Kvävegödselmedelstyper, liksom tillämpningsmetoder, har rapporterats påverka denitrifikationen. Till exempel ger belagda gödningsmedel med kontrollerad frisättning, såväl som fertigations- och sändningsapplikationer, lägre utsläpp av kväveoxider än torrgranulär urea och koncentrerad bandapplikationer. Djupare placering av kväve minskar också dessa utsläpp.

Torra perioder följt av en plötslig regnstorm är ofta en utlösare för denitrifikation, som kan hanteras med avloppssystem och droppbevattning under ytan. ^iv

Sammanfattning

nitrifikation

• Följ ammoniakprocessen
• Transformation av ammonium till nitrat
• Oxideringsreaktion
• Underlättad av två huvudtyper av kemoautrofa aeroba bakterier: Nitrosomonas och Nitrobacter
• Tvåstegsprocess: omvandling av ammonium till nitrit, sedan omvandling av nitrit till nitrat
• Skapar en kväve näringsämne som är tillgänglig för absorption av växtrötter
• Reaktant (ammonium) som finns i karbamid från animaliskt avfall och gödselmedel, komposter och sönderdelning av grödor eller grödor
• Nitrifierare känsligare för miljöbelastningar
• Hämmad av översvämning, hög salthalt, hög surhet, hög alkalinitet, överdriven tilling och giftiga föreningar
• Gynnas av aeroba förhållanden, pH mellan 6,5 och 8,5, temperaturer mellan 16 och 35 grader C och hög lerinnehåll

denitrifikation

• Följ nitrifikationsprocessen
• Transformation av nitrat till kvävegaser, främst kväve och kväveoxid
• Reduktionsreaktion
• Underlättad av heterotrofiska fakultativa bakterier
• Stegsekvens: omvandling av nitrat till nitrit, kväveoxid, kväveoxid och slutligen till kväve
• Avvattnar avloppsvatten och vattenlevande system genom att sänka nitratnivåerna
• Reaktant (nitrat) som bildas genom nitrifiering, medan kolkällor för denitrifierare finns i gödsel, täckgrödor och grödor, eller tillhandahålls av metanol eller ättiksyra
• Denitrifiers mindre känsliga för miljöbelastningar
• Inhiberad genom minskad nitrifiering, sänkta nitratnivåer, djup placering av belagd gödningsmedel med kontrollerad frigöring och markdränering

Gynnas av översvämningar, anoxiska förhållanden, pH mellan 7,0 och 8,5, temperaturer mellan 26 och 38 grader C, tillräcklig tillförsel av nitrater och lösliga kol och koncentrerade bandapplikationer av torrgranulär urea.