Perbezaan antara nitrifikasi dan denitrifikasi

Nitrifikasi

Nitrifikasi adalah transformasi biologi ammonium (NH₄⁺) ke nitrat (tidak₃^-) dengan pengoksidaan. Pengoksidaan ditakrifkan sebagai kehilangan elektron oleh atom atau sebatian, atau peningkatan keadaan pengoksidaannya. Proses ini difasilitasi oleh dua jenis bakteria aerobik yang memerlukan kehadiran molekul oksigen yang dibubarkan di persekitaran mereka, untuk bertahan. [i]

Pertama, bakteria chemoautrophic (terutamanya dari genus Nitrosomonas) menukar ammonia (NH₃) dan ammonium ke nitrit (tidak₂^-). "Chemoautrophic" merujuk kepada keupayaan bakteria untuk mencipta nutriennya sendiri dari sumber bukan organik, iaitu Co₂. Proses ini diwakili oleh persamaan kimia:

2nh₄+ + 3o₂ → 2no₂^- + 2h₂O + 4H⁺ + tenaga

Kemudian bakteria terutamanya dari Nitrobacter Kumpulan menukar nitrit ke nitrat dalam reaksi berikut:

 2no₂^- + O₂ → 2no₃^- + tenaga

Reaksi ini berlaku secara serentak dan agak cepat - biasanya dalam beberapa hari atau minggu. Adalah penting bahawa nitrit sepenuhnya ditukar kepada nitrat di tanah, kerana nitrit adalah toksik untuk menanam kehidupan.

Nitrat yang terdapat di dalam tanah adalah sumber utama nitrogen yang digunakan oleh tumbuh -tumbuhan. [ii] Oleh itu, peralihan nitrogen dari satu bentuk ke bentuk yang lain, yang dikenali sebagai kitaran nitrogen, adalah bahagian penting dalam industri pertanian.[iii]

Sebelum langkah -langkah ini berlaku, nitrogen organik dipecahkan oleh bakteria heterotropik oleh hidrolisis untuk membentuk ammonium dan ammonia dalam proses yang dikenali sebagai amonifikasi. ⁱ Ammonia boleh didapati di urea dari sisa haiwan, kompos dan menanam tanaman penutup atau sisa tanaman. Ammonium ditemui di kebanyakan baja.

Bakteria Nitrifying lebih sensitif terhadap tekanan alam sekitar daripada jenis bakteria tanah yang lain. Apabila tanah telah tepu dengan kelembapan untuk tempoh yang berpanjangan, liang tanah mengisi dengan air, mengehadkan bekalan oksigen. Bakteria Nitrifying memerlukan keadaan aerobik berfungsi, oleh itu banjir mengehadkan nitrifikasi.

Tanah kering cenderung mempunyai kepekatan garam yang tinggi dan salinitas yang dihasilkan memberi kesan negatif terhadap aktiviti nitrifying bakteria. Ini kerana peningkatan osmolariti menimbulkan jumlah tenaga yang diperlukan oleh mikroorganisma untuk menggerakkan air merentasi membran sel mereka. Air juga penting untuk pergerakan larut, seperti nitrat, melalui tanah. ⁱⁱ

Bakteria Nitrifying melakukan yang terbaik pada pH antara 6.5 dan 8.5 dan suhu antara 16 dan 35 darjah c. ⁱ Kadar nitrifikasi lebih lambat di tanah yang sangat berasid, sementara alkaliniti tinggi mengurangkan Nitrobacter aktiviti, menyebabkan pembentukan nitrit yang tidak menguntungkan di dalam tanah.

PH tanah juga boleh dipengaruhi oleh sumber ammonium tertentu. Sebagai contoh, penyelesaian monoammonium fosfat (MAP) jauh lebih berasid daripada diammonium fosfat (DAP); Oleh itu, penggunaan DAP menghasilkan kadar nitrifikasi yang lebih tinggi daripada peta.

Sebilangan besar bakteria ditemui di lapisan permukaan atas, oleh itu nitrifikasi menurun apabila amalan pembiakan tidak diuruskan dengan betul.

Tanah dengan kandungan tanah liat yang tinggi mempunyai zarah yang lebih besar dan lebih banyak ruang micropore untuk pertumbuhan bakteria, serta pengekalan ammonium yang lebih besar disebabkan oleh kapasiti pertukaran kation yang lebih tinggi. ⁱⁱ Hubungan air dan sifat fizikal tanah dapat ditingkatkan dengan penanaman yang dikurangkan.

Nitrifikasi boleh dihalang oleh kehadiran logam berat dan sebatian toksik, atau kepekatan ammonia yang terlalu tinggi.

Kadang -kadang ia mungkin bermanfaat untuk menjaga nitrogen di dalam tanah dalam bentuk ammonium. Ini menghalang kehilangan nitrogen (dengan larut nitrat) dan pelarian gas nitrogen (melalui denitrifikasi). Inhibitor nitrifikasi yang digunakan secara komersil termasuk dicicyandiamide dan nitrapyrin.

Denitrifikasi

Denitrifikasi adalah transformasi biologi nitrat kepada gas nitrogen dengan pengurangan. Ia selalu mengikuti nitrifikasi ⁱ dan urutan tindak balas boleh diwakili seperti berikut:

Tidak₃^- → Tidak₂^- → Tidak → N₂O → n₂[iv]

Proses ini difasilitasi oleh bakteria fakultatif; Ini adalah bakteria yang tidak memerlukan kehadiran oksigen bebas untuk pernafasan. Bakteria denitrifying adalah organisma heterotropik kerana mereka memerlukan sumber makanan organik, dalam bentuk karbon, untuk bertahan. Denitrifikasi boleh bermula secepat minit selepas rangsangan proses.

Denitrifikasi mungkin memudaratkan pengeluaran tanaman, kerana nitrogen, nutrien penting untuk pertumbuhan tumbuhan, hilang ke atmosfera semasa proses. Walau bagaimanapun, ia memberi manfaat kepada habitat akuatik dan rawatan air sisa perindustrian atau kumbahan, kerana kepekatan nitrat di dalam air diturunkan. ⁱ

Leaching atau larian dari tanaman yang disebabkan oleh rawatan baja boleh menyebabkan kuantiti yang berlebihan nutrien ini berakhir di badan air, di mana sebatian nitrogen mempunyai pelbagai kesan berbahaya terhadap kehidupan manusia dan akuatik. ^iv

Ammonia adalah toksik kepada spesies ikan dan merangsang pertumbuhan alga, mengurangkan tahap oksigen dalam air dan mengakibatkan eutrophication. Nitrat menyebabkan kerosakan hati, kanser dan methemoglobinemia (kekurangan oksigen pada bayi), manakala nitrit bertindak balas dengan sebatian organik yang dipanggil amina untuk membentuk nitrosamin karsinogenik. ⁱⁱ

Apabila tahap oksigen di tanah atau air habis (keadaan anoksik), bakteria denitrifying memecahkan nitrat untuk digunakan sebagai sumber oksigen. Ini biasanya berlaku di tanah air di mana paras oksigen rendah. Nitrat dikurangkan menjadi nitrous oksida (n₂O) dan sekali lagi kepada gas nitrogen. Gelembung gas ini melarikan diri ke atmosfera. ⁱ

Gas yang dibentuk oleh denitrifiers bergantung kepada keadaan di tanah atau air dan jenis komuniti mikrob apa yang ada. Kurang oksigen cenderung mengakibatkan lebih banyak gas nitrogen dibentuk, produk denitrifikasi yang paling biasa. Gas nitrogen membentuk komponen utama udara. Produk kedua yang paling biasa terbentuk adalah nitrous oksida, gas rumah hijau yang juga menghancurkan lapisan ozon bumi. ^iv

Bakteria denitrifying kurang sensitif terhadap bahan kimia toksik daripada nitrifier dan berfungsi secara optimum pada pH antara 7.0 dan 8.5 dan suhu yang lebih panas antara 26 dan 38 darjah c. Denitrifikasi berlaku kebanyakannya di atas tanah, di mana aktiviti mikrob adalah tertinggi.

Denitrifiers memerlukan kepekatan nitrat yang mencukupi dan sumber karbon larut; Kadar tertinggi berlaku apabila menggunakan metanol atau asid asetik. Karbon organik boleh didapati dalam baja, kompos, penutup tanaman dan sisa tanaman. ⁱ

Meminimumkan denitrifikasi di tanah tanaman dicapai dengan mengekalkan kepekatan minimum nitrat yang diperlukan untuk pertumbuhan tumbuhan, seperti penggunaan baja yang dikawal dikawal. Kaedah lain menghalang nitrifikasi, yang mengurangkan tahap nitrat yang tersedia untuk denitrifikasi.

Tahap denitrifikasi merangkumi secara meluas di satu bidang, kerana banyak faktor seperti sifat tanah (termasuk agregasi, makropores dan kebasahan) dan variasi baja, bahan organik dan pengagihan sisa tanaman.

Jenis baja nitrogen, serta kaedah aplikasi, telah dilaporkan mempengaruhi denitrifikasi. Sebagai contoh, baja pelepasan terkawal bersalut, serta aplikasi penyembuhan dan penyiaran, menyebabkan pelepasan oksida nitrous yang lebih rendah daripada urea berbutir kering dan aplikasi band pekat. Penempatan nitrogen yang lebih dalam juga mengurangkan pelepasan ini.

Tempoh kering diikuti dengan hujan lebat yang tiba -tiba sering menjadi pencetus untuk denitrifikasi, yang boleh diuruskan dengan sistem saliran dan pengairan titisan bawah permukaan. ^iv

Ringkasan

Nitrifikasi

• Mengikuti proses ammonifikasi
• Transformasi ammonium ke nitrat
• Tindak balas pengoksidaan
• Dilantik oleh dua jenis utama bakteria aerobik chemoautrophic: Nitrosomonas dan Nitrobacter
• Proses dua langkah: penukaran ammonium ke nitrit, kemudian penukaran nitrit ke nitrat
• Mewujudkan bentuk nutrien nitrogen yang tersedia untuk penyerapan oleh akar tumbuhan
• Reaktan (ammonium) yang terdapat dalam urea dari sisa haiwan dan baja, kompos dan menanam tanaman atau sisa tanaman
• Nitrifiers lebih sensitif terhadap tekanan alam sekitar
• Dihalang oleh banjir, kemasinan yang tinggi, keasidan yang tinggi, kealkalian yang tinggi, pengumpulan berlebihan dan sebatian toksik
• Disukai oleh keadaan aerobik, pH antara 6.5 dan 8.5, suhu antara 16 dan 35 darjah C dan kandungan tanah liat yang tinggi

Denitrifikasi

• Mengikuti proses nitrifikasi
• Transformasi nitrat ke gas nitrogen, terutamanya nitrogen dan nitrous oksida
• Tindak balas pengurangan
• Difasilitasi oleh bakteria fakultatif heterotropik
• Urutan langkah: Penukaran nitrat ke nitrit, ke nitrik oksida, ke nitrous oksida dan akhirnya kepada nitrogen
• Decontaminates Sisa Air dan Sistem Akuatik dengan Menurunkan Tahap Nitrat
• Reaktan (nitrat) yang dibentuk oleh nitrifikasi, manakala sumber karbon untuk denitrifier ditemui dalam baja, penutup tanaman dan sisa tanaman, atau disediakan oleh metanol atau asid asetik
• Denitrifiers kurang sensitif terhadap tekanan alam sekitar
• Dihalang oleh nitrifikasi yang dikurangkan, menurunkan tahap nitrat, penempatan dalam baja pelepasan terkawal bersalut dan saliran tanah

Disukai oleh banjir, keadaan anoksik, pH antara 7.0 dan 8.5, suhu antara 26 dan 38 darjah C, bekalan nitrat yang mencukupi dan karbon larut dan aplikasi band pekat urea kering kering.