Ero nitrifikaation ja denitrifikaation välillä

nitrifikaatio

Nitrifikaatio on ammoniumin (NH₄⁺) nitraatiksi (NO₃^-) hapetuksella. Hapetus määritellään atomin tai yhdisteen elektronien menetykseksi tai sen hapetustilan lisääntymiseksi. Prosessia helpottavat kaksi tyyppiä nitrifioivia aerobisia bakteereja, jotka edellyttävät läsnäoloon happea molekyylejä, jotka ovat liuenneet ympäristöönsä selviytyäkseen. [I]

Ensinnäkin kemoautrofiset bakteerit (lähinnä suvun bakteerit) Nitrosomonas) muuntaa ammoniakki (NH₃) ja ammonium-nitriitti (NO₂^-). ”Kemoautrofinen” viittaa bakteerien kykyyn luoda omia ravintoaineita epäorgaanisesta lähteestä, nimittäin CO₂. Prosessia edustaa kemiallinen yhtälö:

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

Sitten bakteerit lähinnä Nitrobacter ryhmä muuntaa nitriitti nitraatiksi seuraavassa reaktiossa:

 2NO₂^- + O₂ → 2NO₃^- + energia

Nämä reaktiot tapahtuvat samanaikaisesti ja melko nopeasti - yleensä päivien tai viikkojen sisällä. On tärkeää, että nitriitti muuttuu täysin nitraatiksi maaperässä, koska nitriitti on myrkyllistä kasvien elämälle.

Maaperän nitraatit ovat tärkein kasvien typen lähde. [ii] Siten typen siirtyminen yhdestä muodosta toiseen, joka tunnetaan typpisyklinä, on tärkeä osa maatalousalaa. [iii]

Ennen näiden vaiheiden suorittamista heterotrofiset bakteerit hajottavat orgaanisen typen hydrolyysillä ammoniumin ja ammoniakin muodostamiseksi prosessissa, joka tunnetaan ammoniakkina. ^minä Ammoniakkia voi löytyä eläinjätteistä, komposteista ja hajoavista peitekasveista tai sadonjäännöksistä tulevasta ureasta. Ammoniumia löytyy useimmista lannoitteista.

Nitrifioivat bakteerit ovat herkempiä ympäristörasituksille kuin muun tyyppiset maaperäiset bakteerit. Kun maaperä on kyllästynyt kosteudella pitkään, maaperän huokoset täyttyvät vedellä, rajoittaen hapen tarjontaa. Nitrifioivat bakteerit tarvitsevat aerobisia olosuhteita toimiakseen, joten tulvat rajoittavat nitrifikaatiota.

Kuivoissa maaperäissä on yleensä korkea suolakonsentraatio ja saatu suolapitoisuus vaikuttaa negatiivisesti bakteerien nitritoivaan aktiivisuuteen. Tämä johtuu siitä, että lisääntynyt osmolaarisuus lisää energian määrää, jota mikro-organismit tarvitsevat veden siirtämiseksi solumembraaniensa läpi. Vesi on myös välttämätöntä liuenneiden aineiden, kuten nitraattien, liikkumiselle maaperän läpi. ⁱⁱ

Nitrifikatiiviset bakteerit toimivat parhaiten pH: n välillä 6,5 - 8,5 ja lämpötiloissa 16 - 35 astetta C. ^minä Nitraattimäärät ovat hitaampia erittäin happaissa maaperäissä, kun taas korkea alkalisuus vähentää Nitrobacter aktiivisuus, mikä aiheuttaa epäsuotuisaa nitriitin kertymistä maaperään.

Tietty typpityyppinen ammoniumlähde voi vaikuttaa myös maaperän pH-arvoon. Esimerkiksi, monoammoniumfosfaatti (MAP) -liuos on paljon happamampi kuin diammoniumfosfaatti (DAP); siten DAP: n käyttö johtaa suurempiin nitrifikaatiosuhteisiin kuin MAP.

Suurin osa bakteereista löytyy ylemmästä pintakerroksesta, joten nitrifikaatio vähenee, kun maanmuokkaustapaa ei hoideta kunnolla.

Maaperässä, jolla on korkea savipitoisuus, on suurempia hiukkasia ja enemmän mikroporeavaruutta bakteerien kasvua varten, samoin kuin suurempi ammoniumpidätys suuremman kationinvaihtokapasiteetin vuoksi. ⁱⁱ Vesisuhteita ja maaperän fysikaalisia ominaisuuksia voidaan parantaa vähentämällä viljelyllä.

Nitrifikaatiota voi estää raskasmetallien ja myrkyllisten yhdisteiden läsnäolo tai liian korkeat ammoniakkipitoisuudet.

Joskus voi olla hyödyllistä pitää typpeä maaperässä ammoniumin muodossa. Tämä estää typpihäviöt (uuttamalla nitraatit) ja typpikaasujen poistumisen (denitrifikaation kautta). Kaupallisesti käytettäviin nitriifikaation estäjiin sisältyy disykandiamidi ja nitrapyriini.

denitrifikaatio

Denitrifikaatio on nitraatin biologinen muutos typpikaasuiksi pelkistämällä. Se seuraa aina nitrifikaatiota ^minä ja reaktiosekvenssi voidaan esittää seuraavasti:

EI₃^- → EI₂^- → EI → N₂O → N₂[Iv]

Prosessia helpottavat fakultatiiviset bakteerit; nämä ovat bakteereja, jotka eivät vaadi vapaan hapen läsnäoloa hengitykseen. Denitrifioivat bakteerit ovat heterotrofisia organismeja, koska he tarvitsevat orgaanisen ravintolähteen, hiilen muodossa, selviytymiseksi. Denitrifikaatio voi alkaa yhtä nopeasti kuin minuutit prosessin stimulaation jälkeen.

Denitrifikaatio voi olla haitallista kasvituotannolle, koska typpi, kasvien kasvulle välttämätön ravintoaine, häviää ilmakehään prosessin aikana. Se on kuitenkin hyödyllinen vesieliöille ja teollisuuden tai jätevesien jätevesien käsittelyssä, koska veden nitraattipitoisuus laskee. ^minä

Lannoitekäsittelyjen aiheuttama vuotaminen tai sadon vuotaminen viljelykasveista voi johtaa ylimääräisten ravinteiden päätymiseen vesistöihin, joissa typpiyhdisteillä on erilaisia ​​haitallisia vaikutuksia ihmisten ja vesieliöihin. ^iv

Ammoniakki on myrkyllistä kalalajeille ja stimuloi levien kasvua, vähentäen veden happitasoja ja johtaen rehevöitymiseen. Nitraatit aiheuttavat maksavaurioita, syöpiä ja methemoglobinemiaa (imeväisten happivaje), kun taas nitriitit reagoivat amiinien kanssa kutsuttujen orgaanisten yhdisteiden kanssa syöpää aiheuttavien nitrosamiinien muodostamiseksi. ⁱⁱ

Kun maaperän tai veden happitasot ovat ehtyneet (hapettomat olosuhteet), denitrifioivat bakteerit hajottavat nitraatteja käytettäväksi hapen lähteenä. Tätä tapahtuu tavallisesti vettä täytetyissä maaperäissä, joissa happipitoisuus on alhainen. Nitraatti pelkistetään typpioksidiksi (N₂O) ja vielä kerran typpikaasuksi. Nämä kaasukuplat pakenevat ilmakehään. ^minä

Höyrystimien muodostama kaasu riippuu maaperän tai veden olosuhteista ja millaisesta mikrobiyhteisöstä on. Vähemmän happea johtaa siihen, että muodostuu enemmän typpikaasua, denitrifikaation yleisin tuote. Typpikaasu on ilman pääosa. Toinen yleisin muodostuva tuote on typpioksidi, kasvihuonekaasu, joka myös tuhoaa maapallon otsonikerroksen. ^iv

Denitrifioivat bakteerit ovat vähemmän herkkiä myrkyllisille kemikaaleille kuin nitraattoreita ja toimivat optimaalisesti pH: ssa välillä 7,0 - 8,5 ja lämpimämpissä lämpötiloissa välillä 26-38 astetta. Denitrifikaatio tapahtuu lähinnä pintamaassa, jossa mikrobien aktiivisuus on suurinta.

Denitrifiers vaativat riittävän nitraattipitoisuuden ja liukoisen hiilen lähteen; korkeimmat hinnat esiintyvät, kun käytetään metanolia tai etikkahappoa. Orgaanista hiiltä voi olla lannassa, kompostissa, peitekasveissa ja kasvinjäännöksissä. ^minä

Denitrifikaation minimointi viljelymaassa saavutetaan pitämällä kasvien kasvulle välttämätön nitraattipitoisuus, kuten käyttämällä kontrolloidusti vapauttavia lannoitteita. Toinen menetelmä on nitrifikaation estäminen, mikä vähentää denitrifikaatioon käytettävissä olevia nitraattitasoja.

Denitrifikaatiotasot vaihtelevat suuresti yhdellä kentällä monien tekijöiden, kuten maaperän ominaisuuksien (mukaan lukien aggregaatio, makrohuokoset ja kosteus), ja lannoitteiden, orgaanisten aineiden ja kasvien jäännösten jakautumisen vaihtelujen takia.

Typpilannoitetyyppien ja levitysmenetelmien on ilmoitettu vaikuttavan denitrifikaatioon. Esimerkiksi päällystetyt kontrolloidusti vapauttavat lannoitteet, samoin kuin hedelmöitys- ja levityssovellukset, aiheuttavat vähemmän typpioksidipäästöjä kuin kuiva rakeinen urea ja väkevöity nauhat. Typen syvempi sijoittaminen vähentää myös näitä päästöjä.

Kuivat ajanjaksot, joita seuraa äkillinen sade myrsky, ovat usein käynnistäjä denitrifikaatiolle, jota voidaan hallita viemärijärjestelmillä ja pintavesipinnan kastelulla. ^iv

Yhteenveto

nitrifikaatio

• Seuraa ammonointiprosessia
• Ammoniumin muutos nitraatiksi
• Hapetusreaktio
• Kahden päätyypin kemoautrofisten aerobisten bakteerien helpottaminen: Nitrosomonas ja Nitrobacter
• Kaksivaiheinen prosessi: ammoniumin muuttaminen nitriitiksi, sitten nitriitin muuttaminen nitraatiksi
• Luo typpiravinteen muodon, jota kasvien juuret imevät
• Reagoiva aine (ammonium), jota on löydetty eläinjätteistä ja lannoitteista, komposteista ja hajoavista peitekasveista tai sadonjäännöksistä
• Ympäristön rasituksille herkempiä nitraattoreita
• Estää tulvat, korkea suolapitoisuus, korkea happamuus, korkea alkalisuus, liiallinen muokkaus ja myrkylliset yhdisteet
• Suosii aerobisia olosuhteita, pH välillä 6,5 - 8,5, lämpötilat välillä 16 - 35 astetta C ja korkea savipitoisuus

denitrifikaatio

• Seuraa nitrifikaatioprosessia
• Nitraatin muutos typpikaasuiksi, pääasiassa typeksi ja typpioksidiksi
• Pelkistysreaktio
• Heterotrofisten fakultatiivisten bakteerien helpottama
• Vaiheiden jakso: nitraatin muuttaminen nitriitiksi, typpioksidiksi, typpioksidiksi ja lopulta typpeksi
• Puhdistaa jätevedet ja vesijärjestelmät alentamalla nitraattitasoja
• Reaktantti (nitraatti), joka muodostuu nitrifikaation avulla, kun taas denitifiointiaineiden hiililähteet löytyvät lannasta, peitekasveista ja kasvinjäännöksistä tai toimitetaan metanolin tai etikkahapon avulla
• Hoitajat, jotka ovat vähemmän herkkiä ympäristörasituksille
• Estää vähentynyt nitrifikaatio, alennetut nitraattitasot, päällystetyn kontrolloidusti vapauttavan lannoitteen syvä sijoittaminen ja maanpoisto

Suosi tulvien, hapettumattomien olosuhteiden, pH välillä 7,0 - 8,5, lämpötilojen välillä 26 - 38 astetta C, riittävän määrän nitraatteja ja liukoista hiiltä sekä kuivien rakeisten ureiden väkevöityjä sovelluksia.