Diferencia entre nitrificación y desnitrificación.

Nitrificación

La nitrificación es la transformación biológica del amonio (NH4+) en nitrato (NO3–) a través de la oxidación. La oxidación se define como la pérdida de un electrón por un átomo o compuesto, o un aumento en su estado de oxidación. El proceso es facilitado por dos tipos de bacterias nitrificantes aeróbicas que requieren la presencia de moléculas de oxígeno disueltas en su entorno para poder sobrevivir. [i]

En primer lugar, las bacterias quimioautotróficas (principalmente las del género Nitrosomonas) convierten el amoníaco (NH3) y el amonio en nitrito (NO2–). «Quimioautotrófico» se refiere a la capacidad de las bacterias para crear sus propios nutrientes a partir de una fuente inorgánica, a saber, CO2. El proceso está representado por la ecuación química:

2NH4+ + 3O2 → 2NO2– + 2H2O + 4H+ + energía

Luego, el nitrito se convierte en nitrato por bacterias principalmente del grupo Nitrobacter en la siguiente reacción:

2NO2– + O2 → 2NO3– + energía

Estas reacciones ocurren simultáneamente y con relativa rapidez, generalmente en días o semanas. Es importante que el nitrito se convierta completamente en nitrato en los suelos, ya que el nitrito es tóxico para las plantas.

Los nitratos en el suelo son la principal fuente de nitrógeno utilizada por las plantas. [ii] Por lo tanto, la transferencia de nitrógeno de una forma a otra, conocida como ciclo del nitrógeno, es una parte importante de la industria agrícola.[iii]

Antes de que ocurran estos pasos, las bacterias heterótrofas descomponen el nitrógeno orgánico a través de la hidrólisis para formar amonio y amoníaco en un proceso conocido como amonificación. i El amoníaco se puede obtener en la urea a partir de desechos animales, compost y cultivos de cobertura descompuestos o residuos de cultivos. El amonio se encuentra en la mayoría de los fertilizantes.

Las bacterias nitrificantes son más sensibles al estrés ambiental que otros tipos de bacterias del suelo. Cuando el suelo está saturado de humedad durante períodos prolongados, los poros del suelo se llenan de agua, lo que restringe el suministro de oxígeno. Las bacterias nitrificantes necesitan condiciones aeróbicas para funcionar, por lo que las inundaciones limitan la nitrificación.

Los suelos secos tienden a tener una alta concentración de sal y la salinidad resultante tiene un efecto negativo sobre la actividad nitrificante de las bacterias. Esto se debe a que el aumento de la osmolaridad aumenta la cantidad de energía requerida por los microorganismos para mover el agua a través de sus membranas celulares. El agua también es esencial para el movimiento de solutos, como los nitratos, a través del suelo. yo

Las bacterias nitrificantes funcionan mejor con un pH entre 6,5 y 8,5 y temperaturas entre 16 y 35 grados C. i Las tasas de nitrificación son más lentas en suelos muy ácidos y la alta alcalinidad reduce la actividad de Nitrobacter, lo que resulta en una acumulación desfavorable de nitrito en el suelo.

La fuente específica de nitrito de amonio también puede afectar el pH del suelo. Por ejemplo, la solución de fosfato monoamónico (MAP) es mucho más ácida que el fosfato diamónico (DAP); por lo tanto, el uso de DAP da como resultado tasas de nitrificación más altas que MAP.

La mayoría de las bacterias se encuentran en la capa superficial superior, por lo que la nitrificación se reduce cuando las prácticas de labranza no se manejan adecuadamente.

Los suelos con un alto contenido de arcilla tienen partículas más grandes y más espacio de microporos para el crecimiento bacteriano, además de retener más amonio debido a una mayor capacidad de intercambio catiónico. ii Las relaciones hídricas y las propiedades físicas del suelo pueden mejorarse mediante una labranza reducida.

Los metales pesados ​​y los compuestos tóxicos, o las concentraciones excesivamente altas de amoníaco, pueden inhibir la nitrificación.

A veces puede ser beneficioso retener nitrógeno en el suelo en forma de amonio. Esto evita la pérdida de nitrógeno (a través de la lixiviación de nitratos) y el escape de gas nitrógeno (a través de la desnitrificación). Los inhibidores de la nitrificación usados ​​comercialmente incluyen diciandiamida y nitrapirina.

desnitrificación

La desnitrificación es la transformación biológica del nitrato en gases nitrogenados por reducción. La nitración siempre sigue y la secuencia de reacción se puede representar de la siguiente manera:

NO3– → NO2– → NO → N2O → N2[iv]

El proceso es facilitado por bacterias facultativas; estas son bacterias que no requieren oxígeno libre para respirar. Las bacterias desnitrificantes son organismos heterótrofos porque necesitan una fuente de alimento orgánico, en forma de carbono, para sobrevivir. La desnitrificación puede comenzar tan pronto como unos minutos después de activar el proceso.

La desnitrificación puede ser perjudicial para la producción de cultivos, ya que el nitrógeno, un nutriente esencial para el crecimiento de las plantas, se pierde en la atmósfera durante el proceso. Sin embargo, es beneficioso para los hábitats acuáticos y en el tratamiento de aguas residuales industriales o aguas residuales, ya que reduce las concentraciones de nitratos en el agua. i

La lixiviación o la escorrentía de los cultivos debido a los tratamientos con fertilizantes pueden generar cantidades excesivas de este nutriente en los cuerpos de agua, donde los compuestos nitrogenados tienen varios efectos adversos en la vida humana y acuática. IV

El amoníaco es tóxico para las especies de peces y fomenta el crecimiento de algas, lo que reduce los niveles de oxígeno en el agua y provoca la eutrofización. Los nitratos causan daño hepático, cáncer y metahemoglobinemia (deficiencia de oxígeno en los bebés), y los nitritos reaccionan con compuestos orgánicos llamados aminas para formar nitroaminas cancerígenas. yo

Cuando los niveles de oxígeno en los suelos o el agua se agotan (condiciones anóxicas), las bacterias dinitrogénicas descomponen los nitratos para usarlos como fuente de oxígeno. Esto ocurre comúnmente en suelos anegados donde los niveles de oxígeno son bajos. El nitrato se reduce a óxido nitroso (N2O) y nuevamente a gas nitrógeno. Estas burbujas de gas escapan a la atmósfera. i

El gas formado por los desnitrificantes depende de las condiciones del suelo o del agua y del tipo de comunidad microbiana presente. Menos oxígeno, el producto más común de la desnitrificación, tiende a producir más gas nitrógeno. El gas nitrógeno es el principal componente del aire. El segundo producto más común que se forma es el óxido nitroso, un gas de efecto invernadero que también erosiona la capa de ozono de la Tierra. IV

Las bacterias desnitrificantes son menos sensibles a los productos químicos tóxicos que las nitrogenasas y funcionan de manera óptima a un pH entre 7,0 y 8,5 y temperaturas más cálidas entre 26 y 38 grados C. La desnitrificación se produce principalmente en la capa superior del suelo, donde hay mayor actividad microbiana.

Los desnitrificantes requieren una concentración adecuada de nitrato y una fuente de carbono soluble; las tasas más altas ocurren cuando se usa metanol o ácido acético. El carbono orgánico se puede encontrar en estiércol, compost, cultivos de cobertura y residuos de cultivos. i

La desnitrificación en los suelos de cultivo se minimiza manteniendo la concentración mínima de nitrato necesaria para el crecimiento de las plantas, como el uso de fertilizantes de liberación controlada. Otro método es inhibir la nitrificación, lo que reduce los niveles de nitrato disponibles para la desnitrificación.

Existe una amplia gama de niveles de desnitrificación en un solo campo, debido a muchos factores, como las propiedades del suelo (incluida la agregación, los macroporos y la humedad) y las variaciones en la distribución de fertilizantes, materia orgánica y residuos de cultivos.

Se ha informado que los tipos de fertilizantes nitrogenados, así como los métodos de aplicación, afectan la desnitrificación. Por ejemplo, los fertilizantes recubiertos de liberación controlada, así como las aplicaciones de fertilización y voleo, generan emisiones de óxido nitroso más bajas que las aplicaciones de urea granular seca y banda concentrada. Un sitio de nitrógeno más profundo también reduce estas emisiones.

Los períodos secos seguidos de tormentas de lluvia repentinas a menudo causan desnitrificación, que se puede manejar con sistemas de drenaje y riego por goteo subterráneo. IV

Resumen

Nitrificación

• El proceso de amonificación continúa.
• Conversión de amonio a nitrato
• reacción de oxidación
• Facilitado por dos tipos principales de bacterias quimioautróficas aeróbicas: Nitrosomonas y Nitrobacter
• Proceso de dos pasos: conversión de amonio a nitrito, luego conversión de nitrito a nitrato
• Crea una forma nutritiva de nitrógeno que está disponible para ser absorbida por las raíces de las plantas.
• Un reactivo (amonio) que se encuentra en la urea de los desechos animales y fertilizantes, compost y cultivos de cobertura descompuestos o residuos de cultivos.
• Nitrificadores más sensibles al estrés ambiental
• Evitar inundaciones, alta salinidad, alta acidez, alta alcalinidad, labranza excesiva y compuestos tóxicos
• Las condiciones aeróbicas son las mejores, pH entre 6,5 y 8,5, temperatura entre 16 y 35 grados C y un alto contenido de arcilla.

desnitrificación

• Un proceso de nitrificación continúa.
• Conversión de nitrato a gases nitrogenados, principalmente nitrógeno y óxido nitroso
• Reacción reducida
• Facilitado por bacterias heterótrofas facultativas
• Secuencia de pasos: conversión de nitrato a nitrito, a óxido nítrico, a óxido nitroso y finalmente a nitrógeno
• Reduce la demanda de aguas residuales y sistemas acuáticos al reducir los niveles de nitrato.
• El reactivo (nitrato) formado por la nitrificación y las fuentes de carbono para los desnitrificantes se encuentran en el estiércol, los cultivos de cobertura y los residuos de cultivos, o los proporciona el metanol o el ácido acético.
• Desnitrificantes menos sensibles al estrés ambiental
• Prevención de nitrificación reducida, niveles de nitrato reducidos, colocación profunda de recubrimiento fertilizante de liberación controlada y drenaje del suelo

Se prefieren inundaciones, condiciones anóxicas, pH entre 7.0 y 8.5, temperatura entre 26 y 38 grados C, suministro adecuado de nitratos y carbón soluble y aplicaciones de banda concentrada de urea granular seca.