Forskel mellem nitrificering og denitrifikation Forskel mellem

Nitrifikation

Nitrifikation er den biologiske transformation af ammonium (NH ₄ ⁺ ) til nitrat (NO ₃ ^- ) ved oxidation. Oxidation defineres som tabet af elektroner med et atom eller en forbindelse eller en forøgelse af dets oxidationstilstand. Processen ledsages af to typer nitrificerende aerobic bakterier, der kræver tilstedeværelse af oxygenmolekyler opløst i deres omgivelser for at overleve. [I]

For det første konverterer kemoautrobi bakterier (hovedsageligt genene fra slægten Nitrosomonas) ammoniak (NH ₃ ) og ammonium til nitrit (NO _{2 < -} ^{). "Chemoautrophic" refererer til bakteriens evne til at skabe sine egne næringsstoffer fra en uorganisk kilde, nemlig CO} 2 _{. Processen repræsenteres af den kemiske ligning:} 2NH

4 _{+ + 3O} 2 _{→ 2NO} 2 _- ^{+ 2H} 2 < O + 4H ₊ + energi

Så konverterer bakterier primært fra gruppen

Nitrobacter

nitrit til nitrat i følgende reaktion: 2NO 2

- _{+ O} ^{> 2} → 2NO ₃ - _{+ energi} ^{Disse reaktioner finder sted samtidig og ret hurtigt - normalt inden for dage eller uger. Det er vigtigt, at nitrit omdannes fuldstændigt til nitrat i jordbund, da nitrit er giftigt for plantelivet.}

Nitre, der er til stede i jorden, er den vigtigste kilde til kvælstof, der anvendes af planter. [ii] Således er overgangen af ​​nitrogen fra en form til en anden, kendt som nitrogencyklussen, en vigtig del af landbrugsindustrien. [iii]

Før disse trin finder sted, nedbrydes organisk nitrogen ved heterotrofe bakterier ved hydrolyse til dannelse af ammonium og ammoniak i en fremgangsmåde kendt som ammoniak.

i

Ammoniak kan findes i urinstof fra animalsk affald, komposter og dekomponerende dækafgrøder eller afgrøderester. Ammonium findes i de fleste gødninger. ^{Nitrifiserende bakterier er mere følsomme for miljøbelastninger end andre typer jordbakterier. Når jorden er blevet mættet med fugt i længere tid, fyldes jordporer med vand, hvilket begrænser iltforsyningen. Nitrifiserende bakterier kræver, at aerobe betingelser virker, og dermed oversvømmelse begrænser nitrifikation.} Dyrejord har en tendens til at have høj saltkoncentration, og den resulterende saltholdighed påvirker bakteriens nitrificerende aktivitet negativt. Dette skyldes, at øget osmolaritet øger mængden af ​​energi, der kræves af mikroorganismer for at flytte vand over deres cellemembraner. Vand er også vigtigt for flytning af opløste stoffer, såsom nitrater, gennem jorden.

ii

Nitrifiserende bakterier virker bedst ved en pH mellem 6,5 og 8,5 og temperaturer mellem 16 og 35 grader C. ⁱ

Nitrifikationshastighederne er langsommere i meget sure jordarter, mens høj alkalinitet reducerer ^Nitrobacter aktivitet, hvilket forårsager en ugunstig opbygning af nitrit i jorden. Jordens pH kan også påvirkes af den særlige kilde af ammoniumnitrified. For eksempel er monoammoniumphosphat (MAP) -opløsningen meget surere end diammoniumphosphat (DAP); således anvendelse af DAP resulterer i højere nitrifikationshastigheder end MAP. Størstedelen af ​​bakterierne findes i det øvre overfladelag, og nitrifikationen falder derfor, når dyrkningspraksis ikke styres ordentligt.

Jord med højt lerindhold har større partikler og mere mikroporrum til bakteriel vækst samt større retention af ammonium på grund af højere kationudvekslingskapacitet.

ii

Vandforhold og jordens fysiske egenskaber kan forbedres ved nedsat til dyrkning. ^{Nitrifikation kan hæmmes af tilstedeværelsen af ​​tungmetaller og toksiske forbindelser eller for højt høje koncentrationer af ammoniak.} Nogle gange kan det være en fordel at holde kvælstof i jorden i form af ammonium. Dette forhindrer kvælstoftab (ved udvaskning af nitrater) og kvælstofgas undslippe (gennem denitrifikation). Nitrifikationsinhibitorer anvendt kommercielt indbefatter dicyandiamid og nitrapyrin.

Denitrifikation

Denitrifikation er den biologiske transformation af nitrat til nitrogenholdige gasser ved reduktion. Det følger altid nitrifikation

i

, og reaktionssekvensen kan være repræsenteret som følger: ^NO 3

- _{→ NO} ² - _{NEJ → N} ² O → N ₂ [iv] _{Fremgangsmåden lettes af fakultative bakterier; disse er bakterier, der ikke kræver tilstedeværelsen af ​​fri ilt til åndedræt. Denitrifierende bakterier er heterotrofe 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 planteproduktionen, da nitrogen, et næringsstof, der er essentielt for plantevækst, går tabt i atmosfæren under processen. Det er imidlertid gavnligt for vandlevende levesteder og i spildevandsrensning i industri eller spildevand, da nitratkoncentration i vandet sænkes. Udvaskning eller afløb fra afgrøder på grund af gødningsbehandlinger kan forårsage overskydende mængder af næringsstoffet til at ende i vandlegemer, hvor nitrogenforbindelser har forskellige skadelige virkninger på både menneskeligt og vandlevende liv.

iv

Ammoniak er giftigt for fiskearter og stimulerer algevækst, reducerer iltniveauet i vand og resulterer i eutrofiering. Nitrater forårsager leverskader, kræft og methemoglobinæmi (iltmangel hos spædbørn), mens nitrater reagerer med organiske forbindelser kaldet aminer til dannelse af kræftfremkaldende nitrosaminer. ⁱⁱ

Når iltniveauer i jord eller vand er udtømte (anoxiske tilstande), bryder denitrifierende bakterier ned nitrater til brug som iltkilde. Dette forekommer almindeligvis i vandbundne jordarter, hvor iltniveauerne er lave.Nitrat reduceres til nitrogenoxid (N ²

O) og endnu en gang til nitrogenholdig gas. Disse gasbobler undslipper i atmosfæren. ⁱ

Gassen dannet af denitrifiers afhænger af forhold i jorden eller vandet og hvilken slags mikrobielle samfund der er til stede. Mindre ilt har tendens til at resultere i dannelse af mere nitrogengas, det mest almindelige produkt af denitrifikation. Nitrogen udgør den vigtigste komponent i luften. Det næststørste produkt, der dannes, er nitrogenoxid, en drivhusgas, som også eroderer jordens ozonlag. _iv Denitrifierende bakterier er mindre følsomme over for giftige kemikalier end nitrifiører og fungerer optimalt ved en pH mellem 7. 0 og 8. 5 og varmere temperaturer mellem 26 og 38 grader C. Denitrifikation forekommer hovedsagelig i jordbunden, hvor mikrobielle aktiviteten er højest. ^{Denitrifiers kræver tilstrækkelig nitratkoncentration og en opløselig carbonkilde; de højeste satser opstår ved brug af methanol eller eddikesyre. Organisk kulstof kan findes i gødning, kompost, dækafgrøder og afgrøderester.}

i ^{Minimering af denitrifikation i vegetabilske jordarter opnås ved at opretholde den mindste koncentration af nitrat, der er nødvendigt for plantevækst, såsom anvendelse af gødning med kontrolleret frigivelse. En anden metode hæmmer nitrifikation, hvilket reducerer niveauerne af nitrat til rådighed til denitrifikation.}

Denitrifikationsniveauer spænder vidt over et enkelt felt på grund af mange faktorer som jordegenskaber (herunder aggregering, makroporer og vådhed) og variationer i gødning, organisk materiale og afgrødefordeling.

Støvgødningstypen samt anvendelsesmåder er blevet rapporteret at påvirke denitrifikation. For eksempel forårsager coatede befrugtede gødningsmidler med befrugtning samt fertigations- og udsendelsesanvendelser lavere nitrogenoxidemissioner end tørre granulære urinstof- og koncentrerede båndapplikationer. Dybere placering af nitrogen reducerer også disse emissioner. ^{Tørre perioder efterfulgt af en pludselig regnvejr er ofte en udløser til denitrifikation, der kan styres med dræningssystemer og undergrundsdråbevanding.}

iv

Sammendrag

Nitrifikation

Følger ammonifiseringsprocessen ^{Omdannelse af ammonium til nitrat}

Oxidationsreaktion

Tilrettelagt ved to hovedtyper af kemoautrofiske aerobe bakterier:

• Nitrosomonas > og
• Nitrobacter
• To-trinsproces: Omdannelse af ammonium til nitrit, derefter omdannelse af nitrit til nitrat
• Opretter en kvælstofnæringsform, der er tilgængelig til absorption af planterødder Reagens (ammonium) fundet i urinstof fra animalsk affald og gødning, kompost og dekomponerende dækafgrøder eller afgrøderester Nitrifienser, der er mere følsomme over for miljøbelastninger Inhiberet ved oversvømmelser, høj saltholdighed, høj surhedsgrad, høj alkalinitet, overdreven tiling og giftige forbindelser
• Favoreret af aerob betingelser, 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 nitrousoxid > Reduktion r eaction
• Tilrettelagt af heterotrofiske fakultative bakterier
• Omsætning af trin: Omdannelse af nitrat til nitrit, nitrogenoxid, nitrousoxid og endelig til nitrogen

Dekontaminerer spildevand og vandsystemer ved at sænke nitratniveauerne

• Reaktionsmiddel nitrat) dannet ved nitrifikation, mens kulstofkilder til denitrifier er fundet i gødning, dækafgrøder og afgrøderester eller leveres af methanol eller eddikesyre
• Denitrifieringsmidler, der er mindre følsomme for miljøbelastninger
• Inhiberet ved reduceret nitrifikation, nedsatte nitratniveauer, dyb placering af belagt gødning med befriet frigørelse og jorddræning
• Foretrukket af oversvømmelser, anoxiske forhold, pH mellem 7.0 og 8. 5, temperaturer mellem 26 og 38 grader C, tilstrækkelig tilførsel af nitrater og opløselige carbon- og koncentrerede båndapplikationer af tør granulær urinstof.