Perbedaan antara nitrifikasi dan denitrifikasi

Nitrifikasi

Nitrifikasi adalah transformasi biologis amonium (NH₄⁺) untuk nitrat (tidak₃^-) dengan oksidasi. Oksidasi didefinisikan sebagai hilangnya elektron oleh atom atau senyawa, atau peningkatan keadaan oksidasi. Proses ini difasilitasi oleh dua jenis bakteri aerobik nitrifikasi yang membutuhkan adanya molekul oksigen yang dilarutkan di lingkungannya, untuk bertahan hidup. [Saya]

Pertama, bakteri kemoautrofik (terutama genus Nitrosomonas) Konversi amonia (NH₃) dan amonium ke nitrit (tidak₂^-). "Kemoautrofik" mengacu pada kemampuan bakteri untuk menciptakan nutrisi sendiri dari sumber anorganik, yaitu CO₂. Proses ini diwakili oleh persamaan kimia:

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

Kemudian bakteri terutama dari Nitrobacter Kelompok mengonversi nitrit menjadi nitrat dalam reaksi berikut:

 2no₂^- + HAI₂ → 2no₃^- + energi

Reaksi ini terjadi secara bersamaan dan cukup cepat - biasanya dalam beberapa hari atau minggu. Penting bahwa nitrit sepenuhnya dikonversi menjadi nitrat di tanah, karena nitrit beracun bagi kehidupan tanaman.

Nitrat yang ada di tanah adalah sumber utama nitrogen yang digunakan oleh tanaman. [ii] Dengan demikian transisi nitrogen dari satu bentuk ke bentuk lain, yang dikenal sebagai siklus nitrogen, merupakan bagian penting dari industri pertanian.[aku aku aku]

Sebelum langkah -langkah ini terjadi, nitrogen organik dipecah oleh bakteri heterotrofik oleh hidrolisis untuk membentuk amonium dan amonia dalam proses yang dikenal sebagai amonifikasi. ^Saya Amonia dapat ditemukan dalam urea dari limbah hewan, kompos dan tanaman penutup yang membusuk atau residu tanaman. Amonium ditemukan di sebagian besar pupuk.

Bakteri nitrifikasi lebih sensitif terhadap tekanan lingkungan daripada jenis bakteri tanah lainnya. Saat tanah telah jenuh dengan kelembaban untuk periode yang lama, pori -pori tanah terisi dengan air, membatasi suplai oksigen. Bakteri nitrifikasi membutuhkan kondisi aerobik untuk berfungsi, sehingga banjir membatasi nitrifikasi.

Tanah kering cenderung memiliki konsentrasi garam yang tinggi dan salinitas yang dihasilkan berdampak negatif pada aktivitas nitrifikasi bakteri. Ini karena peningkatan osmolaritas meningkatkan jumlah energi yang dibutuhkan oleh mikroorganisme untuk memindahkan air melintasi membran sel mereka. Air juga penting untuk pergerakan zat terlarut, seperti nitrat, melalui tanah. ⁱⁱ

Bakteri nitrifikasi berkinerja terbaik pada pH antara 6.5 dan 8.5 dan suhu antara 16 dan 35 derajat C. ^Saya Tingkat nitrifikasi lebih lambat di tanah yang sangat asam, sedangkan alkalinitas tinggi berkurang Nitrobacter aktivitas, menyebabkan penumpukan nitrit yang tidak menguntungkan di tanah.

PH tanah juga dapat dipengaruhi oleh sumber amonium yang diwariskan. Misalnya, larutan monoammonium fosfat (MAP) jauh lebih asam daripada diammonium fosfat (DAP); Dengan demikian penggunaan DAP menghasilkan tingkat nitrifikasi yang lebih tinggi daripada peta.

Mayoritas bakteri ditemukan di lapisan permukaan atas, sehingga nitrifikasi menurun ketika praktik pengolahan tidak dikelola dengan benar.

Tanah dengan kandungan tanah liat yang tinggi memiliki partikel yang lebih besar dan lebih banyak ruang mikro untuk pertumbuhan bakteri, serta retensi amonium yang lebih besar karena kapasitas pertukaran kation yang lebih tinggi. ⁱⁱ Hubungan air dan sifat fisik tanah dapat ditingkatkan dengan penanaman yang dikurangi.

Nitrifikasi dapat dihambat oleh adanya logam berat dan senyawa beracun, atau konsentrasi amonia yang terlalu tinggi.

Terkadang mungkin bermanfaat untuk menjaga nitrogen di tanah dalam bentuk amonium. Ini mencegah kehilangan nitrogen (dengan pencucian nitrat) dan pelarian gas nitrogen (melalui denitrifikasi). Inhibitor nitrifikasi yang digunakan secara komersial termasuk dicyandiamide dan nitrapyrin.

Denitrifikasi

Denitrifikasi adalah transformasi biologis nitrat menjadi gas nitrogen dengan reduksi. Itu selalu mengikuti nitrifikasi ^Saya dan urutan reaksi dapat direpresentasikan sebagai berikut:

TIDAK₃^- → Tidak₂^- → Tidak → n₂O → n₂[IV]

Proses ini difasilitasi oleh bakteri fakultatif; Ini adalah bakteri yang tidak memerlukan adanya oksigen bebas untuk respirasi. Bakteri denitrifikasi adalah organisme heterotrofik karena mereka membutuhkan sumber makanan organik, dalam bentuk karbon, untuk bertahan hidup. Denitrifikasi dapat dimulai secepat menit setelah stimulasi proses.

Denitrifikasi dapat merugikan produksi tanaman, karena nitrogen, nutrisi penting untuk pertumbuhan tanaman, hilang ke atmosfer selama proses. Namun, ini bermanfaat bagi habitat air dan dalam pengolahan air limbah industri atau limbah, karena konsentrasi nitrat dalam air diturunkan. ^Saya

Pencucian atau limpasan dari tanaman karena perawatan pupuk dapat menyebabkan kelebihan jumlah nutrisi ini berakhir di badan air, di mana senyawa nitrogen memiliki berbagai efek berbahaya pada kehidupan manusia dan akuatik. ^iv

Amonia beracun bagi spesies ikan dan merangsang pertumbuhan ganggang, mengurangi kadar oksigen dalam air dan mengakibatkan eutrofikasi. Nitrat menyebabkan kerusakan hati, kanker dan methemoglobinemia (defisiensi oksigen pada bayi), sedangkan nitrit bereaksi dengan senyawa organik yang disebut amina untuk membentuk nitrosamin karsinogenik. ⁱⁱ

Saat kadar oksigen di tanah atau air habis (kondisi anoksik), bakteri mendenitrifikasi memecah nitrat untuk digunakan sebagai sumber oksigen. Ini biasanya terjadi di tanah yang tergenang air di mana kadar oksigen rendah. Nitrat direduksi menjadi nitro oksida (n₂O) dan sekali lagi untuk gas nitrogen. Gelembung gas ini keluar ke atmosfer. ^Saya

Gas yang dibentuk oleh denitrifier tergantung pada kondisi di tanah atau air dan komunitas mikroba seperti apa. Lebih sedikit oksigen cenderung menghasilkan lebih banyak gas nitrogen yang terbentuk, produk yang paling umum dari denitrifikasi. Gas nitrogen membentuk komponen utama udara. Produk paling umum kedua yang terbentuk adalah nitro oksida, gas rumah kaca yang juga mengikis lapisan ozon bumi. ^iv

Bakteri denitrifikasi kurang sensitif terhadap bahan kimia beracun daripada nitrifier dan berfungsi secara optimal pada pH antara 7.0 dan 8.5 dan suhu yang lebih hangat antara 26 dan 38 derajat C. Denitrifikasi sebagian besar terjadi di lapisan tanah, di mana aktivitas mikroba tertinggi.

Denitrifier membutuhkan konsentrasi nitrat yang cukup dan sumber karbon yang larut; Tingkat tertinggi terjadi saat menggunakan metanol atau asam asetat. Karbon organik dapat ditemukan di pupuk kandang, kompos, tanaman penutup dan residu tanaman. ^Saya

Meminimalkan denitrifikasi di tanah tanaman dicapai dengan mempertahankan konsentrasi minimum nitrat yang diperlukan untuk pertumbuhan tanaman, seperti penggunaan pupuk pelepasan terkontrol. Metode lain adalah menghambat nitrifikasi, yang mengurangi tingkat nitrat yang tersedia untuk denitrifikasi.

Tingkat denitrifikasi sangat banyak di seluruh bidang tunggal, karena banyak faktor seperti sifat tanah (termasuk agregasi, makropori dan basah) dan variasi pupuk, bahan organik dan distribusi residu tanaman.

Jenis pupuk nitrogen, serta metode aplikasi, telah dilaporkan mempengaruhi denitrifikasi. Misalnya, pupuk pelepasan terkontrol yang dilapisi, serta aplikasi fertikasi dan siaran, menyebabkan emisi oksida nitrat yang lebih rendah daripada urea granular kering dan aplikasi pita pekat terkonsentrasi. Penempatan nitrogen yang lebih dalam juga mengurangi emisi ini.

Periode kering diikuti oleh badai hujan yang tiba -tiba sering menjadi pemicu denitrifikasi, yang dapat dikelola dengan sistem drainase dan irigasi tetes bawah permukaan. ^iv

Ringkasan

Nitrifikasi

• Mengikuti proses ammonifikasi
• Transformasi amonium ke nitrat
• Reaksi oksidasi
• Difasilitasi oleh dua jenis utama bakteri aerobik kemoautrofik: Nitrosomonas Dan Nitrobacter
• Proses Dua -STEP: Konversi amonium ke nitrit, lalu konversi nitrit menjadi nitrat
• Membuat bentuk nutrisi nitrogen yang tersedia untuk diserap oleh akar tanaman
• Reaktan (amonium) yang ditemukan dalam urea dari limbah hewan dan pupuk, kompos dan tanaman penutup yang membusuk atau residu tanaman
• Nitrifier lebih sensitif terhadap tekanan lingkungan
• Dihambat oleh banjir, salinitas tinggi, keasaman tinggi, alkalinitas tinggi, senyawa pengolahan berlebih dan toksik yang berlebihan
• Disukai oleh kondisi aerobik, pH antara 6.5 dan 8.5, suhu antara 16 dan 35 derajat C dan kandungan tanah liat tinggi

Denitrifikasi

• Mengikuti proses nitrifikasi
• Transformasi nitrat ke gas nitrogen, terutama nitrogen dan nitro oksida
• Reaksi reduksi
• Difasilitasi oleh bakteri fakultatif heterotrof
• Urutan langkah: konversi nitrat ke nitrit, ke nitrat oksida, menjadi nitro oksida dan akhirnya menjadi nitrogen
• Mendekontaminasi sistem air limbah dan air dengan menurunkan kadar nitrat
• Reaktan (nitrat) yang dibentuk oleh nitrifikasi, sedangkan sumber karbon untuk denitrifier ditemukan di pupuk kandang, tanaman penutup dan residu tanaman, atau disediakan oleh metanol atau asam asetat
• Denitrifiers kurang sensitif terhadap tekanan lingkungan
• Dihambat oleh berkurangnya nitrifikasi, kadar nitrat yang lebih rendah, penempatan pupuk pelepasan terkontrol yang dilapisi dan drainase tanah yang dilapisi

Disukai oleh banjir, kondisi anoksik, pH antara 7.0 dan 8.5, suhu antara 26 dan 38 derajat C, pasokan nitrat yang cukup dan karbon yang larut dan aplikasi pita terkonsentrasi dari urea granular kering.