АГРОИНФормация

Агропортал - все для специалистов агропромышленного комплекса

Денитрификация

В почве совершается ряд процессов, в результате которых окисленные формы азота (нитраты, нитриты) восстанавливаются до окислов азота или молекулярного азота. Это приводит к существенным потерям из почвы ценных для растений соединений. Восстановление нитратов и нитритов до газообразных азотных соединений происходит в результате процессов прямой и косвенной денитрификации. Под прямой денитрификацией подразумевают биологическое восстановление нитратов, а под косвенной — химическое восстановление нитратов. Прямая, или биологическая, денитрификация, в свою очередь, расчленяется на ассимиляторную и диссимиляторную денитрификацию.

При ассимиляторной денитрификации нитраты восстанавливаются до NH3, который служит источником азота для построения клеточных веществ. К указанной денитрификации способны растения и многие микроорганизмы. В процессах диссимиляторной денитрификации нитраты используются в качестве окислителя органических веществ вместо молекулярного кислорода, что обеспечивает микроорганизмы необходимой энергией. Эти энергетические процессы называются нитратным дыханием.

Способностью диссимиляторной денитрификации обладают только специфические факультативно - анаэробные бактерии. В почве преобладают роды денитрификаторов Pseudomonas и Рагаcoccus (Pseudomonas aeruginosa, Ps. fluorescens, Ps. stutzeri, Paracoccus denitrificans).

Помимо отмеченных мезофильных микроорганизмов, денитрификацию могут вызывать и термофильные бактерии, развивающиеся при температуре 55—65°С. Это спорообразующие бактерии, относящиеся к роду Bacillus.

Денитрифицирующие бактерии используют нитраты в качестве акцептора водорода при отсутствии О2 для окисления органических веществ. При этом анаэробном дыхании органические вещества полностью окисляются до СО2 и Н2О. Таким образом, денитрификаторы растут аэробно без нитратов или анаэробно в их присутствии. Большинство органических субстратов, использующихся в аэробном окислении, может быть потреблено при отсутствии О2, но когда в среде имеются нитраты. Существование денитрификаторов в анаэробных условиях обеспечивают не только нитраты, но и нитриты.

В зависимости от вида микроорганизма, осуществляющего диссимиляторную денитрификацию нитратов или нитритов, конечными продуктами этих процессов могут быть N2, N2O и NO: N03—NО2- -N0 - N20 - N2.

Начальный этап восстановления нитратов при диссимиляторной денитрификации катализируется ферментом нитратредуктазой. Образование этого фермента в клетках микроорганизмов происходит под воздействием нитрата только в анаэробных условиях. В присутствии кислорода воздуха синтез нитратредуктазы не происходит.

Восстанавливать нитраты могут некоторые хемолитоавтотрофы. Например, Thiobacillus denitrificans — факультативно - анаэробный сероокисляющий организм — способен размножаться в анаэробных условиях, используя нитраты в качестве конечного акцептора водорода. Источником энергии для Thiobacillus denitrificans служит элементарная сера или тиосульфат, превращающиеся в сульфат. Нитрат восстанавливается до газообразного азота. Этот энергетически выгодный процесс протекает следующим образом:

5S + 6KNO3 + 2Н20 = ЗN2↑+ K2SO4 + 4KHS04

5K2S2O3+8KNO3+ Н2O→ 4N2↑+9K2SO4+H2SO4

Кроме указанных денитрификаторов, восстанавливают нитраты и многие другие организмы.

Микробиологическая денитрификация в почве вызывает потерю минерального азота. Это достаточно широко распространенный в природе процесс, в результате которого в атмосферу ежегодно поступает из почв и водоемов 270—330 млн. т азота. Особенно существенную роль может играть этот процесс в переувлажненных почвах, а также в случаях, когда минеральные азотные удобрения вносят в форме нитратов совместно с навозом или другими органическими удобрениями. Анализ условий протекания денитрификации в почве приводится в специальной части учебника.

Потери азота из почвы могут происходить и в результате различных химических реакций (косвенная денитрификация). Так, в кислых почвах при pH среды ниже 5,5 не исключается следующая химическая реакция с потерей N0:

3HN02 →2N0↑ +HNO3 + H 2O

Молекулярный азот образуется химическим путем при реакции между азотистой кислотой и аминокислотами или солями аммония, протекающей также при pH ниже 5,5:

R — NH2+НNO2→ N2↑ + R — ОН + H2О

You are here