Diferença entre nitrificação e desnitrificação

Nitrificação

A nitrificação é a transformação biológica do amônio (NH₄⁺) em nitrato (NO₃^-) por oxidação. A oxidação é definida como a perda de elétrons por um átomo ou composto, ou um aumento no seu estado de oxidação. O processo é facilitado por dois tipos de bactérias aeróbicas nitrificantes que requerem a presença de moléculas de oxigênio dissolvidas em seus arredores, para sobreviver. [Eu]

Primeiro, bactérias quimioautróficas (principalmente as do gênero Nitrosomonas) converter amônia (NH₃) e amônio em nitrito (NO₂^-) "Quimioutrófico" refere-se à capacidade da bactéria de criar seus próprios nutrientes a partir de uma fonte inorgânica, a saber CO₂. O processo é representado pela equação química:

2NH₄+ + 3O₂ → 2NO₂^- + 2H₂O + 4H⁺ + energia

Então bactérias principalmente do Nitrobacter grupo converte nitrito em nitrato na seguinte reação:

2NO₂^- + O₂ → 2NO₃^- + energia

Essas reações ocorrem simultaneamente e rapidamente - geralmente em dias ou semanas. É importante que o nitrito seja completamente convertido em nitrato nos solos, uma vez que o nitrito é tóxico para a vida vegetal.

Os nitratos presentes no solo são a principal fonte de nitrogênio usada pelas plantas. [ii] Assim, a transição do nitrogênio de uma forma para outra, conhecida como ciclo do nitrogênio, é uma parte importante da indústria agrícola.

Antes que essas etapas ocorram, o nitrogênio orgânico é decomposto por bactérias heterotróficas por hidrólise para formar amônio e amônia em um processo conhecido como amonificação. ^Eu A amônia pode ser encontrada na uréia a partir de resíduos de animais, compostos e culturas de cobertura em decomposição ou resíduos de culturas. O amônio é encontrado na maioria dos fertilizantes.

As bactérias nitrificantes são mais sensíveis ao estresse ambiental do que outros tipos de bactérias do solo. Quando o solo é saturado com umidade por períodos prolongados, os poros do solo se enchem de água, limitando o suprimento de oxigênio. As bactérias nitrificadoras requerem condições aeróbicas para funcionar, assim, as inundações restringem a nitrificação.

Solos secos tendem a ter alta concentração de sal e a salinidade resultante afeta negativamente a atividade nitrificante da bactéria. Isso ocorre porque a osmolaridade aumentada aumenta a quantidade de energia requerida pelos microorganismos para mover a água através de suas membranas celulares. A água também é essencial para o movimento de solutos, como nitratos, através do solo. ⁱⁱ

As bactérias nitrificantes apresentam melhor desempenho em um pH entre 6,5 e 8,5 e temperaturas entre 16 e 35 graus C. ^Eu As taxas de nitrificação são mais lentas em solos muito ácidos, enquanto a alta alcalinidade reduz Nitrobacter atividade, causando um acúmulo desfavorável de nitrito no solo.

O pH do solo também pode ser afetado pela fonte específica de nitrificação de amônio. Por exemplo, a solução de fosfato monoamônio (MAP) é muito mais ácida do que o fosfato diamônio (DAP); portanto, o uso de DAP resulta em taxas de nitrificação mais altas que o MAP.

A maioria das bactérias é encontrada na camada superficial superior, e a nitrificação diminui quando as práticas de lavoura não são gerenciadas adequadamente..

Solos com alto teor de argila têm partículas maiores e mais espaço microporoso para o crescimento bacteriano, além de maior retenção de amônio devido à maior capacidade de troca catiônica. ⁱⁱ As relações hídricas e as propriedades físicas do solo podem ser melhoradas pelo cultivo de plantio direto.

A nitrificação pode ser inibida pela presença de metais pesados e compostos tóxicos ou por concentrações excessivamente altas de amônia.

Às vezes, pode ser benéfico manter o nitrogênio no solo na forma de amônio. Isso evita a perda de nitrogênio (por lixiviação de nitratos) e a fuga de gás nitrogênio (por desnitrificação). Os inibidores de nitrificação usados comercialmente incluem dicyandiamida e nitrapirina.

Desnitrificação

A desnitrificação é a transformação biológica de nitrato em gases nitrogenados por redução. Sempre segue nitrificação ^Eu e a sequência de reação pode ser representada da seguinte forma:

NÃO₃^- → NÃO₂^- → NÃO → N₂O → N₂[iv]

O processo é facilitado por bactérias facultativas; estas são bactérias que não requerem a presença de oxigênio livre para a respiração. As bactérias desnitrificantes são organismos heterotróficos, pois precisam de uma fonte de alimento orgânico, na forma de carbono, para sobreviver. A desnitrificação pode começar tão rapidamente quanto minutos após a estimulação do processo.

A desnitrificação pode ser prejudicial à produção agrícola, uma vez que o nitrogênio, um nutriente essencial para o crescimento das plantas, é perdido na atmosfera durante o processo. No entanto, é benéfico para habitats aquáticos e no tratamento de águas residuais industriais ou de esgoto, pois a concentração de nitrato na água é reduzida. ^Eu

A lixiviação ou escoamento de culturas devido a tratamentos com fertilizantes pode fazer com que quantidades excessivas desse nutriente acabem nos corpos d'água, onde compostos nitrogenados têm vários efeitos nocivos à vida humana e aquática. ^iv

A amônia é tóxica para as espécies de peixes e estimula o crescimento de algas, reduzindo os níveis de oxigênio na água e resultando em eutrofização. Os nitratos causam danos no fígado, câncer e metemoglobinemia (deficiência de oxigênio em bebês), enquanto os nitritos reagem com compostos orgânicos chamados aminas para formar nitrosaminas cancerígenas. ⁱⁱ

Quando os níveis de oxigênio nos solos ou na água são esgotados (condições anóxicas), as bactérias desnitrificantes decompõem os nitratos para uso como fonte de oxigênio. Isso geralmente ocorre em solos alagados onde os níveis de oxigênio são baixos. O nitrato é reduzido a óxido nitroso (N₂O) e mais uma vez ao gás nitrogenado. Essas bolhas de gás escapam para a atmosfera. ^Eu

O gás formado pelos desnitrificadores depende das condições do solo ou da água e de que tipo de comunidade microbiana está presente. Menos oxigênio tende a resultar na formação de mais gás nitrogênio, o produto mais comum da desnitrificação. O gás nitrogênio forma o principal componente do ar. O segundo produto mais comum formado é o óxido nitroso, um gás de efeito estufa que também corrói a camada de ozônio da Terra.^iv

As bactérias desnitrificantes são menos sensíveis a produtos químicos tóxicos que os nitrificantes e funcionam de maneira ideal a um pH entre 7,0 e 8,5 e temperaturas mais quentes entre 26 e 38 graus C. A desnitrificação ocorre principalmente no solo superficial, onde a atividade microbiana é mais alta.

Os desnitrificadores requerem concentração suficiente de nitrato e uma fonte de carbono solúvel; as taxas mais altas ocorrem quando se usa metanol ou ácido acético. O carbono orgânico pode ser encontrado em esterco, composto, plantas de cobertura e resíduos de culturas. ^Eu

A minimização da desnitrificação nos solos das culturas é alcançada mantendo a concentração mínima de nitrato necessária para o crescimento das plantas, como o uso de fertilizantes de liberação controlada. Outro método é inibir a nitrificação, que reduz os níveis de nitrato disponíveis para desnitrificação..

Os níveis de desnitrificação variam amplamente em um único campo, devido a muitos fatores, como propriedades do solo (incluindo agregação, macroporos e umidade) e variações na distribuição de fertilizantes, matéria orgânica e resíduos de culturas.

Foi relatado que os tipos de fertilizantes nitrogenados, bem como os métodos de aplicação, afetam a desnitrificação. Por exemplo, fertilizantes revestidos de liberação controlada, bem como aplicações de fertirrigação e difusão, causam menores emissões de óxido nitroso do que as aplicações de uréia granular seca e banda concentrada. A colocação mais profunda de nitrogênio também diminui essas emissões.

Períodos secos seguidos por uma tempestade repentina são frequentemente um gatilho para a desnitrificação, que pode ser gerenciada com sistemas de drenagem e irrigação por gotejamento subterrâneo. ^iv

Sumário

Nitrificação

Segue o processo de amonificação
Transformação de amônio em nitrato
Reação de oxidação
Facilitado por dois tipos principais de bactérias aeróbias quimioutróficas: Nitrosomonas e Nitrobacter
Processo em duas etapas: conversão de amônio em nitrito e conversão de nitrito em nitrato
Cria uma forma nutritiva de nitrogênio disponível para absorção pelas raízes das plantas
Reagente (amônio) encontrado na uréia a partir de resíduos e fertilizantes animais, compostagem e decomposição de culturas de cobertura ou resíduos de culturas
Nitrificadores mais sensíveis a tensões ambientais
Inibido por inundações, alta salinidade, alta acidez, alta alcalinidade, cultivo excessivo e compostos tóxicos
Favorecido por condições aeróbicas, pH entre 6,5 e 8,5, temperaturas entre 16 e 35 graus C e alto teor de argila

Desnitrificação

Segue o processo de nitrificação
Transformação de nitrato em gases nitrogenados, principalmente nitrogênio e óxido nitroso
Reação de redução
Facilitado por bactérias facultativas heterotróficas
Sequência de etapas: conversão de nitrato em nitrito, em óxido nítrico, em óxido nitroso e finalmente em nitrogênio
Descontamina águas residuais e sistemas aquáticos, diminuindo os níveis de nitrato
Reagente (nitrato) formado por nitrificação, enquanto fontes de carbono para desnitrificadores são encontradas no esterco, cobrem as culturas e os resíduos das culturas, ou são fornecidos por metanol ou ácido acético
Denitrificadores menos sensíveis a tensões ambientais
Inibido por nitrificação reduzida, níveis baixos de nitrato, colocação profunda de fertilizante revestido de liberação controlada e drenagem do solo

Favorecido por inundações, condições anóxicas, pH entre 7,0 e 8,5, temperaturas entre 26 e 38 graus C, suprimento suficiente de nitratos e carbono solúvel e aplicações de banda concentrada de uréia granular seca.

Biologia