Unterschied zwischen Nitrifikation und Denitrifikation

Nitrifikation

Nitrifikation ist die biologische Transformation von Ammonium (NH₄⁺) zu nitrat (nein₃^-) durch Oxidation. Die Oxidation ist definiert als der Verlust von Elektronen durch ein Atom oder eine Verbindung oder eine Zunahme des Oxidationszustands. Das Verfahren wird durch zwei Arten von nitrifizierenden aeroben Bakterien erleichtert, die das Vorhandensein von Sauerstoffmolekülen erfordern, die in ihrer Umgebung gelöst sind, um zu überleben. [ich]

Erstens chemoautrophe Bakterien (hauptsächlich die der Gattung Nitrosomonas) Ammoniak konvertieren (NH₃) und Ammonium zu Nitrit (nein₂^-). "Chemoautrophe" bezieht sich auf die Fähigkeit der Bakterien, eigene Nährstoffe aus einer anorganischen Quelle zu erzeugen, nämlich Co₂. Der Prozess wird durch die chemische Gleichung dargestellt:

2nh₄+ + 3o₂ → 2no₂^- + 2H₂O + 4h⁺ + Energie

Dann Bakterien hauptsächlich aus der Nitrobacter Gruppe konvertieren Nitrit in der folgenden Reaktion in Nitrat:

 2no₂^- + Ö₂ → 2no₃^- + Energie

Diese Reaktionen finden gleichzeitig und ganz schnell statt - normalerweise innerhalb von Tagen oder Wochen. Es ist wichtig, dass Nitrit in Böden vollständig in Nitrat umgewandelt wird, da Nitrit für Pflanzenleben giftig ist.

Im Boden vorhandene Nitrate sind die Hauptquelle für Stickstoff, die von Pflanzen verwendet werden. [ii] Somit ist der Übergang von Stickstoff von einer Form zur anderen, der als Stickstoffzyklus bekannt ist, ein wichtiger Bestandteil der Agrarindustrie.[III]

Bevor diese Schritte stattfinden. ^ich Ammonak. Ammonium kommt in den meisten Düngemitteln vor.

Nitrifizierende Bakterien reagieren empfindlicher gegenüber Umweltbelastungen als andere Arten von Bodenbakterien. Wenn der Boden über längere Zeit mit Feuchtigkeit gesättigt wurde, füllen sich die Bodenporen mit Wasser und begrenzen die Sauerstoffversorgung. Nitrifizierende Bakterien erfordern aerobe Bedingungen, um zu funktionieren, wodurch Überschwemmungen die Nitrifikation einschränken.

Trockene Böden haben tendenziell eine hohe Salzkonzentration und der daraus resultierende Salzgehalt wirkt sich negativ auf die nitrifizierende Aktivität der Bakterien aus. Dies liegt daran, dass eine erhöhte Osmolarität die von Mikroorganismen erforderliche Energie erhöht. Wasser ist auch für die Bewegung von gelösten Stoffen wie Nitraten durch den Boden unerlässlich. ⁱⁱ

Nitrifizing -Bakterien funktionieren am besten bei einem pH zwischen 6.5 und 8.5 und Temperaturen zwischen 16 und 35 Grad c. ^ich Die Nitrifikationsraten sind in sehr sauren Böden langsamer, während sich die hohe Alkalität verringert Nitrobacter Aktivität, die einen ungünstigen Aufbau von Nitrit im Boden verursacht.

Der pH -Wert des Bodens kann auch durch die jeweilige Quelle für Ammoniumnitrifizierung beeinflusst werden. Beispielsweise ist die Monoammoniumphosphat -Lösung (MAP) viel saurer als Diammoniumphosphat (DAP); Somit führt die Verwendung von DAP zu höheren Nitrifikationsraten als MAP.

Die Mehrheit der Bakterien befindet sich in der Oberfläche der Oberfläche, sodass die Nitrifikation nicht ordnungsgemäß behandelt wird.

Böden mit hohem Tongehalt haben größere Partikel und mehr Mikroporenraum für Bakterienwachstum sowie eine stärkere Retention von Ammonium aufgrund höherer Kationenaustauschkapazität. ⁱⁱ Wasserbeziehungen und physikalische Eigenschaften des Bodens können durch reduzierte Kultivierung verbessert werden.

Die Nitrifikation kann durch das Vorhandensein von Schwermetallen und giftigen Verbindungen oder übermäßig hohen Ammoniakkonzentrationen gehemmt werden.

Manchmal kann es vorteilhaft sein, Stickstoff im Boden in Form von Ammonium zu halten. Dies verhindert einen Stickstoffverlust (durch Auslaugung von Nitraten) und Stickstoffgasflucht (durch Denitrifikation). Zu Nitrifikationsinhibitoren gehören kommerziell Dicyandiamid und Nitrapyrin.

Denitrifikation

Denitrifikation ist die biologische Transformation von Nitrat in stickstoffhaltige Gase durch Reduktion. Es folgt immer der Nitrifikation ^ich und die Reaktionssequenz kann wie folgt dargestellt werden:

NEIN₃^- → nein₂^- → nein → n₂O → n₂[iv]

Das Verfahren wird durch fakultative Bakterien erleichtert; Dies sind Bakterien, die nicht das Vorhandensein von freiem Sauerstoff für die Atmung erfordern. Denitrifizierende Bakterien sind heterotrophe Organismen, da sie eine organische Nahrungsquelle in Form von Kohlenstoff benötigen, um zu überleben. Die Denitrifikation kann so schnell wie Minuten nach der Stimulation des Prozesses beginnen.

Die Denitrifikation kann sich nachteilig auf die Ernteproduktion auswirken, da Stickstoff während des Prozesses eine für das Pflanzenwachstum wesentliche Nährstoffwachstum für die Atmosphäre verloren geht. Es ist jedoch vorteilhaft für Wasserlebensräume und in der industriellen oder Abwasserbehandlung, da die Nitratkonzentration im Wasser gesenkt wird. ^ich

Das Auslaugen oder Abfluss von Pflanzen aufgrund von Düngemittelbehandlungen kann dazu führen. ^iv

Ammoniak ist toxisch für Fischarten und stimuliert das Algenwachstum, reduziert den Sauerstoffgehalt im Wasser und führt zu Eutrophierung. Nitrate verursachen Leberschäden, Krebserkrankungen und Methämoglobinämie (Sauerstoffmangel bei Säuglingen), während Nitriten mit organischen Verbindungen reagieren. ⁱⁱ

Wenn der Sauerstoffgehalt in Böden oder Wasser abgebaut wird (anoxische Bedingungen), brechen Denitrifizierbakterien Nitrate zur Verwendung als Sauerstoffquelle ab. Dies tritt üblicherweise in wässrigen Böden auf, auf denen der Sauerstoffgehalt niedrig ist. Nitrat wird auf Lachgas reduziert (n₂O) und noch einmal zum Stickstoffgas. Diese Gasblasen entkommen in die Atmosphäre. ^ich

Das durch Denitrifizier gebildete Gas hängt von den Bedingungen im Boden oder im Wasser und der Art von mikrobieller Gemeinschaft ab, die vorhanden ist. Weniger Sauerstoff führt dazu, dass mehr Stickstoffgas gebildet wird, das häufigste Produkt der Denitrifikation. Stickstoffgas bildet die Hauptkomponente der Luft. Das am zweithäufigsten gebildete Produkt ist Lachgas, ein Treibhausgas, das auch die Ozonschicht der Erde untergräbt. ^iv

Denitrifizierende Bakterien reagieren weniger empfindlich gegenüber toxischen Chemikalien als Nitrifizier und funktionieren optimal bei einem pH -Wert zwischen 7.0 und 8.5 und wärmere Temperaturen zwischen 26 und 38 Grad c. Die Denitrifikation erfolgt hauptsächlich im Oberboden, wo die mikrobielle Aktivität am höchsten ist.

Denitrifizierer benötigen eine ausreichende Nitratkonzentration und eine lösliche Kohlenstoffquelle; Die höchsten Raten treten bei der Verwendung von Methanol oder Essigsäure auf. Bio -Kohlenstoff kann in Gülle, Kompost, Deckfrüchten und Pflanzenresten gefunden werden. ^ich

Die Minimierung der Denitrifikation in Ernteböden wird erreicht, indem die für das Pflanzenwachstum erforderliche Mindestkonzentration der Nitrat aufrechterhalten wird, z. B. die Verwendung von Düngemitteln kontrollierter Freisetzung. Eine andere Methode ist die Hemmung der Nitrifikation, wodurch die für die Denitrifikation verfügbaren Nitratwerte verringert werden.

Die Denitrifikationsniveaus reichen weit über ein einziges Feld hinweg, da viele Faktoren wie Bodeneigenschaften (einschließlich Aggregation, Makroporen und Nässe) und Variationen in Düngemittel, organischer Substanz und Pflanzenrestverteilung Variationen.

Es wurde berichtet, dass Stickstoffdünger -Typen sowie Anwendungsmethoden die Denitrifikation beeinflussen. Beispielsweise verursachen beschichtete Düngemittel mit kontrollierter Freisetzung sowie Fertations- und Rundfunkanwendungen niedrigere Lachgasemissionen als trockene körnige Harnstoff und konzentrierte Bandanwendungen. Eine tiefere Platzierung von Stickstoff verringert auch diese Emissionen.

Trockenperioden, gefolgt von einem plötzlichen Regensturm, sind häufig ein Auslöser für die Denitrifikation, die mit Entwässerungssystemen und Tropfbewässerung unter der Oberfläche verwaltet werden kann. ^iv

Zusammenfassung

Nitrifikation

• Folgt dem Ammonifizierungsprozess
• Transformation von Ammonium in Nitrat
• Oxidationsreaktion
• Erleichtert durch zwei Haupttypen chemoautropher aerobe Bakterien: Nitrosomonas Und Nitrobacter
• Zwei -stufiger Prozess: Umwandlung von Ammonium in Nitrit, dann Umwandlung von Nitrit in Nitrat
• Schafft eine Stickstoffnährstoffform, die für die Absorption durch Pflanzenwurzeln verfügbar ist
• Reaktant (Ammonium), das in Harnstoff von Tierabfällen und Düngemitteln, Komposts und Zersetzung von Deckfrüchten oder Pflanzenresten gefunden wurde
• Nitrifizierer empfindlicher für Umweltbelastungen
• Durch Überschwemmungen, hoher Salzgehalt, hoher Säure, hohe Alkalinität, übermäßige Bodenbearbeitung und giftige Verbindungen gehemmt
• Bevorzugt durch aerobe Bedingungen, pH zwischen 6 pH.5 und 8.5, Temperaturen zwischen 16 und 35 Grad C und hohem Tongehalt

Denitrifikation

• Folgt dem Nitrifikationsprozess
• Transformation von Nitrat zu Stickstoffgasen, hauptsächlich Stickstoff und Lachgas
• Reduktionsreaktion
• Erleichtert durch heterotrophe fakultative Bakterien
• Sequenz von Schritten: Umwandlung von Nitrat in Nitrit, Stickoxid, Lachoxid und schließlich zu Stickstoff
• Dekontaminiert Abwasser und Wassersysteme, indem sie die Nitratwerte senken
• Reaktant (Nitrat), das durch Nitrifikation gebildet wird, während Kohlenstoffquellen für Denitrifizier in Gülle, Deckelpflanzen und Pflanzenresten oder durch Methanol oder Essigsäure vorgestellt werden
• Denitrifizierer weniger empfindlich gegenüber Umweltbelastungen
• Hemmt durch verringerte Nitrifikation, verringerte Nitratwerte, tiefe Platzierung von beschichteten Dünger mit kontrollierter Freisetzung und Bodenentwässerung

Bevorzugt durch Überschwemmungen, anoxische Bedingungen, pH zwischen 7.0 und 8.5, Temperaturen zwischen 26 und 38 Grad C, ausreichende Versorgung von Nitraten und löslichem Kohlenstoff sowie konzentrierte Bandanwendungen von trockenem Granular Harnstoff.