Perbezaan Antara Pengenalpastian dan Penghitungan

Nitrifikasi

Nitrifikasi adalah transformasi biologi ammonium (NH₄⁺) kepada nitrat (NO₃^-) dengan pengoksidaan. Pengoksidaan ditakrifkan sebagai kehilangan elektron oleh atom atau sebatian, atau peningkatan dalam keadaan pengoksidaannya. Proses ini difasilitasi oleh dua jenis bakteria aerobik nitrifying yang memerlukan kehadiran molekul oksigen dibubarkan di persekitaran mereka, untuk terus hidup. [i]

Pertama, bakteria chemoautrophic (terutamanya genus Nitrosomonas) menukarkan ammonia (NH₃) dan ammonium kepada nitrit (NO₂^-). "Chemoautrophic" merujuk kepada keupayaan bakteria untuk mencipta nutrien 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 serentak dan agak cepat - biasanya dalam masa beberapa hari atau minggu. Adalah penting bahawa nitrit sepenuhnya ditukar kepada nitrat dalam tanah, kerana nitrit adalah toksik untuk kehidupan tumbuhan.

Nitrat yang terdapat di dalam tanah adalah sumber utama nitrogen yang digunakan oleh tumbuhan. [ii] Oleh itu peralihan nitrogen dari satu bentuk ke bentuk yang lain, yang dikenali sebagai kitaran nitrogen, merupakan 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 ammonifikasi. ⁱ Ammonia boleh didapati di urea dari sisa haiwan, kompos dan tanaman penutup sampah atau sisa tanaman. Ammonium terdapat dalam kebanyakan baja.

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

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

Bakteria Nitrifying melakukan yang terbaik di pH antara 6.5 dan 8.5 dan suhu antara 16 dan 35 darjah C. ⁱ Kadar Nitrifikasi lebih perlahan di dalam tanah yang sangat berasid, sementara alkali berkurangan Nitrobacter aktiviti, menyebabkan pembentukan nitrit tidak baik di dalam tanah.

PH tanah juga mungkin dipengaruhi oleh sumber ammonium nitrified tertentu. Contohnya, penyelesaian monoammonium fosfat (MAP) jauh lebih berasid daripada diammonium fosfat (DAP); dengan itu menggunakan keputusan DAP dalam kadar nitrifikasi yang lebih tinggi daripada MAP.

Kebanyakan bakteria ditemui di lapisan permukaan atas, oleh itu penurunan nitrifikasi apabila amalan pembiakan tidak diurus dengan betul.

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

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 pelepasan nitrat) dan melepaskan gas nitrogen (melalui denitrifikasi). Inhibitor Nitrifikasi yang digunakan secara komersil termasuk dicyandiamide dan nitrapyrin.

Denitrifikasi

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

TIDAK₃^- → NO₂^- → NO → N₂O → N₂[iv]

Proses ini difasilitasi oleh bakteria fakultatif; ini adalah bakteria yang tidak memerlukan kehadiran oksigen bebas untuk pernafasan. Bakteria yang merintangi adalah organisma heterotrophik kerana mereka memerlukan sumber makanan organik, dalam bentuk karbon, untuk bertahan hidup. Denitrifikasi mungkin bermula dengan pantas seminit selepas rangsangan proses.

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

Pelepasan atau pelepasan daripada tanaman kerana rawatan baja mungkin menyebabkan kuantiti nutrien yang berlebihan berakhir di dalam 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 eutrofikasi. Nitrat menyebabkan kerosakan hati, kanser dan methemoglobinemia (kekurangan oksigen dalam bayi), manakala nitril bertindak balas dengan sebatian organik yang dipanggil amina untuk membentuk nitrosamines karsinogenik. ⁱⁱ

Apabila tahap oksigen dalam tanah atau air habis (keadaan anoksik), bakteria denitrifying memecahkan nitrat untuk digunakan sebagai sumber oksigen. Ini biasanya berlaku di tanah berair yang mana paras oksigen rendah. Nitrat dikurangkan kepada nitrous oxide (N₂O) dan sekali lagi kepada gas nitrogen. Gelembung gas melarikan diri ke atmosfera. ⁱ

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

Bakteria yang merintangi kurang sensitif terhadap bahan kimia toksik daripada nitrifiers dan berfungsi dengan 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 tertinggi.

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

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

Tahap penghitungan merentasi seluruh bidang, disebabkan oleh banyak faktor seperti sifat tanah (termasuk pengagregatan, makrofora dan basah) dan variasi baja, bahan organik dan pengagihan sisa tanaman.

Jenis baja nitrogen, serta kaedah aplikasi, telah dilaporkan memberi kesan kepada denitrifikasi. Sebagai contoh, baja pelepasan terkawal bersalut, serta aplikasi fertigasi dan penyiaran, menyebabkan pelepasan nitrous oksida yang lebih rendah daripada urea granular kering dan aplikasi pekat. Penempatan nitrogen yang lebih mendalam juga mengurangkan pelepasan ini.

Tempoh kering diikuti oleh badai tiba-tiba sering menjadi pencetus denitrifikasi, yang boleh diuruskan dengan sistem saliran dan pengairan titisan bawah tanah. ^iv

Ringkasan

Nitrifikasi

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

Denitrifikasi

• Mengikut proses nitrifikasi
• Transformasi nitrat ke gas nitrogen, terutamanya nitrogen dan nitro oksida
• Tindak balas pengurangan
• Dibantu oleh bakteria fakultatif heterotropik
• Urutan langkah: penukaran nitrat ke nitrit, ke oksida nitrat, ke nitrous oksida dan akhirnya ke nitrogen
• Dekontaminasi sistem air kumbahan dan akuatik dengan menurunkan tahap nitrat
• Reaktan (nitrat) dibentuk oleh nitrifikasi, manakala sumber karbon untuk denitrifiers didapati dalam baja, meliputi tanaman dan sisa tanaman, atau disediakan oleh metanol atau asid asetik
• Denitrifiers kurang sensitif terhadap tekanan alam sekitar
• Dihalang oleh pengurangan nitrifikasi, 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 pekat yang terkandung dalam urea granular kering.