Perbedaan Antara Nitrifikasi dan Denitrifikasi

Nitrifikasi

Nitrifikasi adalah transformasi biologis ammonium (NH₄⁺) menjadi nitrat (NO₃^-) dengan oksidasi. Oksidasi didefinisikan sebagai hilangnya elektron oleh suatu atom atau senyawa, atau peningkatan keadaan oksidasi. Proses ini difasilitasi oleh dua jenis bakteri aerob nitrifikasi yang membutuhkan keberadaan molekul oksigen yang dilarutkan di sekitarnya, untuk bertahan hidup. [saya]

Pertama, bakteri kemoautrofik (terutama yang berasal dari genus Nitrosomonas) mengonversi amonia (NH₃) dan amonium menjadi nitrit (NO₂^-). "Kemoautrofik" mengacu pada kemampuan bakteri untuk membuat nutrisi sendiri dari sumber anorganik, yaitu CO₂. Proses ini diwakili oleh persamaan kimia:

2NH₄+ + 3O₂ → 2NO₂^- + 2 jam₂O + 4H⁺ + energi

Kemudian bakteri utamanya berasal dari Nitrobacter kelompok mengubah nitrit menjadi nitrat dalam reaksi berikut:

 2NO₂^- + HAI₂ → 2NO₃^- + energi

Reaksi-reaksi ini terjadi secara bersamaan dan sangat cepat - biasanya dalam beberapa hari atau minggu. Adalah penting bahwa nitrit sepenuhnya dikonversi menjadi nitrat dalam 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. [iii]

Sebelum langkah-langkah ini terjadi, nitrogen organik dipecah oleh bakteri heterotrof oleh hidrolisis untuk membentuk amonium dan amonia dalam proses yang dikenal sebagai amonifikasi. ^saya Amonia dapat ditemukan di 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. Ketika tanah telah jenuh dengan kelembaban untuk waktu yang lama, pori-pori tanah terisi dengan air, sehingga membatasi pasokan oksigen. Bakteri nitrifikasi membutuhkan kondisi aerobik untuk berfungsi, sehingga banjir membatasi nitrifikasi.

Tanah kering cenderung memiliki konsentrasi garam tinggi dan salinitas yang dihasilkan berdampak negatif terhadap 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 bekerja paling baik 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, sementara alkalinitas tinggi berkurang Nitrobacter aktivitas, menyebabkan penumpukan nitrit yang tidak menguntungkan di tanah.

PH tanah juga dapat dipengaruhi oleh sumber amonium nitrifikasi. Sebagai contoh, larutan monoammonium phosphate (MAP) jauh lebih asam daripada diammonium phosphate (DAP); dengan demikian penggunaan DAP menghasilkan tingkat nitrifikasi yang lebih tinggi daripada MAP.

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

Tanah dengan kandungan tanah liat yang tinggi memiliki partikel yang lebih besar dan lebih banyak ruang mikropori 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 budidaya yang diperkecil.

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 (oleh pelindian nitrat) dan pelepasan 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 oksigen bebas untuk respirasi. Bakteri denitrifikasi adalah organisme heterotrof karena mereka membutuhkan sumber makanan organik, dalam bentuk karbon, untuk bertahan hidup. Denitrifikasi dapat dimulai secepat menit setelah stimulasi proses.

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

Pelepasan 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 perairan.. ^iv

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

Ketika kadar oksigen dalam tanah atau air habis (kondisi anoksik), bakteri denitrifikasi memecah nitrat untuk digunakan sebagai sumber oksigen. Ini biasanya terjadi di tanah yang tergenang air di mana kadar oksigennya rendah. Nitrat direduksi menjadi nitro oksida (N₂O) dan sekali lagi menjadi gas nitrogen. Gelembung gas ini lepas ke atmosfer. ^saya

Gas yang dibentuk oleh denitrifiers tergantung pada kondisi di tanah atau air dan komunitas mikroba seperti apa yang ada. Lebih sedikit oksigen cenderung menghasilkan lebih banyak gas nitrogen yang terbentuk, produk denitrifikasi yang paling umum. Gas nitrogen membentuk komponen utama udara. Produk kedua yang paling umum 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 terjadi sebagian besar di lapisan atas tanah, di mana aktivitas mikroba tertinggi.

Denitrifiers membutuhkan konsentrasi nitrat yang cukup dan sumber karbon terlarut; tingkat tertinggi terjadi ketika menggunakan metanol atau asam asetat. Karbon organik dapat ditemukan di kotoran ternak, kompos, menutupi tanaman dan sisa tanaman. ^saya

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

Tingkat denitrifikasi berkisar luas di satu bidang tunggal, karena banyak faktor seperti sifat tanah (termasuk agregasi, makropori dan basah) dan variasi dalam 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 penyuburan dan penyiaran, menyebabkan emisi nitro oksida lebih rendah daripada urea granular kering dan aplikasi pita pekat. Penempatan nitrogen yang lebih dalam juga mengurangi emisi ini.

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

Ringkasan

Nitrifikasi

• Mengikuti proses amonifikasi
• Transformasi amonium menjadi nitrat
• Reaksi oksidasi
• Difasilitasi oleh dua jenis utama bakteri aerobik kemoautrofik: Nitrosomonas dan Nitrobacter
• Proses dua langkah: konversi amonium menjadi nitrit, kemudian konversi nitrit menjadi nitrat
• Membuat bentuk nutrisi nitrogen yang tersedia untuk diserap oleh akar tanaman
• Reaktan (amonium) ditemukan di urea dari kotoran hewan dan pupuk, kompos dan tanaman penutup yang membusuk atau sisa tanaman
• Nitrifier lebih sensitif terhadap tekanan lingkungan
• Dihambat oleh banjir, salinitas tinggi, keasaman tinggi, alkalinitas tinggi, pengolahan berlebihan dan senyawa beracun
• Disukai oleh kondisi aerobik, pH antara 6,5 ​​dan 8,5, suhu antara 16 dan 35 derajat C dan kandungan tanah liat yang tinggi

Denitrifikasi

• Mengikuti proses nitrifikasi
• Transformasi nitrat menjadi gas nitrogen, terutama nitrogen dan dinitrogen oksida
• Reaksi reduksi
• Difasilitasi oleh bakteri fakultatif heterotrofik
• Urutan langkah: konversi nitrat menjadi nitrit, menjadi oksida nitrat, menjadi oksida nitrat dan akhirnya menjadi nitrogen
• Dekontaminasi air limbah dan sistem akuatik dengan menurunkan kadar nitrat
• Reaktan (nitrat) dibentuk oleh nitrifikasi, sedangkan sumber karbon untuk denitrifiers ditemukan di kotoran ternak, menutupi tanaman dan residu tanaman, atau disediakan oleh metanol atau asam asetat
• Denitrifiers kurang sensitif terhadap tekanan lingkungan
• Dihambat oleh berkurangnya nitrifikasi, penurunan kadar nitrat, penempatan pupuk yang terkontrol dan drainase tanah yang dalam

Disukai oleh banjir, kondisi anoksik, pH antara 7,0 dan 8,5, suhu antara 26 dan 38 derajat C, pasokan nitrat dan karbon larut yang cukup dan aplikasi pita pekat urea granular kering.