Différence entre la nitrification et la dénitrification

Nitrification

La nitrification est la transformation biologique de l'ammonium (NH₄⁺) à nitrate (NO₃^-) par oxydation. L'oxydation est définie comme la perte d'électrons par un atome ou un composé, ou une augmentation de son état d'oxydation. Le processus est facilité par deux types de bactéries aérobies nitrifiantes nécessitant la présence de molécules d’oxygène dissoutes dans leur environnement pour survivre. [je]

Premièrement, les bactéries chimioautrophes (principalement celles du genre Nitrosomonas) convertir l'ammoniac (NH₃) et d'ammonium en nitrite (NO₂^-). «Chimioautrophe» fait référence à la capacité de la bactérie à créer ses propres nutriments à partir d'une source inorganique, à savoir le CO₂. Le processus est représenté par l'équation chimique:

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

Ensuite, les bactéries principalement de la Nitrobacter groupe convertit le nitrite en nitrate dans la réaction suivante:

 2NO₂^- + O₂ → 2NO₃^- + énergie

Ces réactions se produisent simultanément et assez rapidement, généralement en quelques jours ou semaines. Il est important que les nitrites soient complètement convertis en nitrates dans les sols, car les nitrites sont toxiques pour les plantes..

Les nitrates présents dans le sol constituent la principale source d’azote utilisée par les plantes. Ainsi, la transition de l'azote d'une forme à une autre, appelée cycle de l'azote, constitue une partie importante de l'industrie agricole. [iii]

Avant que ces étapes aient lieu, les bactéries hétérotrophes décomposent l'azote organique par hydrolyse pour former de l'ammonium et de l'ammoniac, selon un processus appelé ammonification.. ^je L'ammoniac peut être trouvé dans l'urée provenant de déchets animaux, de composts et de cultures de couverture en décomposition ou de résidus de culture. L'ammonium se trouve dans la plupart des engrais.

Les bactéries nitrifiantes sont plus sensibles aux stress environnementaux que les autres types de bactéries du sol. Lorsque le sol est saturé d'humidité pendant une période prolongée, les pores du sol se remplissent d'eau, ce qui limite l'apport en oxygène. Les bactéries nitrifiantes ont besoin de conditions aérobies pour fonctionner, ainsi les inondations limitent la nitrification.

Les sols secs ont tendance à avoir une concentration en sel élevée et la salinité qui en résulte a un impact négatif sur l'activité nitrifiante de la bactérie. En effet, une osmolarité accrue augmente la quantité d'énergie requise par les micro-organismes pour déplacer l'eau à travers leurs membranes cellulaires. L'eau est également essentielle au mouvement des solutés, tels que les nitrates, dans le sol. ⁱⁱ

Les bactéries nitrifiantes fonctionnent mieux à un pH compris entre 6,5 et 8,5 et à des températures comprises entre 16 et 35 degrés C. ^je Les taux de nitrification sont plus lents dans les sols très acides, alors qu'une alcalinité élevée réduit Nitrobacter activité, provoquant une accumulation défavorable de nitrites dans le sol.

Le pH du sol peut également être affecté par la source particulière de nitrifiée à l'ammonium. Par exemple, la solution de phosphate de monoammonium (MAP) est beaucoup plus acide que le phosphate de diammonium (DAP); ainsi, l'utilisation de DAP entraîne des taux de nitrification supérieurs à ceux du MAP.

La majorité des bactéries se trouvant dans la couche supérieure de la surface, la nitrification décline lorsque les pratiques de travail du sol ne sont pas gérées correctement.

Les sols à forte teneur en argile contiennent de plus grosses particules et plus de micropores pour la croissance bactérienne, ainsi qu'une plus grande rétention d'ammonium en raison d'une plus grande capacité d'échange de cations. ⁱⁱ Les relations hydriques et les propriétés physiques du sol peuvent être améliorées par une culture en sol réduit.

La nitrification peut être inhibée par la présence de métaux lourds et de composés toxiques, ou par des concentrations excessivement élevées d'ammoniac.

Parfois, il peut être avantageux de conserver l'azote dans le sol sous forme d'ammonium. Cela évite les pertes d’azote (par lixiviation des nitrates) et les fuites d’azote (par la dénitrification). Les inhibiteurs de la nitrification utilisés dans le commerce incluent le dicyandiamide et la nitrapyrine.

Dénitrification

La dénitrification est la transformation biologique du nitrate en gaz azotés par réduction. Il s'ensuit toujours la nitrification ^je et la séquence de réaction peut être représentée comme suit:

NON₃^- → NON₂^- → NON → N₂O → N₂[iv]

Le processus est facilité par des bactéries facultatives; ce sont des bactéries qui n'exigent pas la présence d'oxygène libre pour la respiration. Les bactéries dénitrifiantes sont des organismes hétérotrophes, car elles ont besoin d'une source de nourriture organique, sous forme de carbone, pour survivre. La dénitrification peut commencer aussi rapidement que quelques minutes après la stimulation du processus.

La dénitrification peut être préjudiciable à la production agricole, car l’azote, un nutriment essentiel à la croissance des plantes, est perdu dans l’atmosphère au cours du processus. Cependant, il est bénéfique pour les habitats aquatiques et pour le traitement des eaux usées industrielles ou des eaux usées, car la concentration en nitrates dans l'eau est réduite.. ^je

Le lessivage ou le ruissellement des cultures dû aux traitements avec des engrais peut provoquer la formation de quantités excessives de cet élément nutritif dans les eaux, où les composés azotés ont divers effets néfastes sur la vie humaine et aquatique.. ^iv

L'ammoniac est toxique pour les espèces de poisson et stimule la croissance des algues, réduisant les niveaux d'oxygène dans l'eau et entraînant une eutrophisation. Les nitrates provoquent des lésions hépatiques, des cancers et une méthémoglobinémie (déficit en oxygène chez les nourrissons), tandis que les nitrites réagissent avec des composés organiques appelés amines pour former des nitrosamines cancérogènes.. ⁱⁱ

Lorsque les niveaux d'oxygène dans les sols ou dans l'eau sont épuisés (conditions anoxiques), les bactéries dénitrifiantes décomposent les nitrates pour les utiliser comme source d'oxygène. Cela se produit généralement dans des sols gorgés d'eau où les niveaux d'oxygène sont faibles. Le nitrate est réduit en oxyde nitreux (N₂O) et encore une fois au gaz azoté. Ces bulles de gaz s'échappent dans l'atmosphère. ^je

Le gaz formé par les dénitrifiants dépend des conditions du sol ou de l’eau et du type de communauté microbienne présent. Moins d'oxygène a tendance à produire plus d'azote gazeux, le produit le plus commun de la dénitrification. Le gaz azote constitue le composant principal de l'air. Le deuxième produit le plus couramment formé est l'oxyde nitreux, un gaz à effet de serre qui érode également la couche d'ozone de la Terre.. ^iv

Les bactéries dénitrifiantes sont moins sensibles aux produits chimiques toxiques que les nitrifiants et fonctionnent de manière optimale à un pH compris entre 7,0 et 8,5 et à des températures plus chaudes entre 26 et 38 degrés C. La dénitrification se produit principalement dans la couche arable, où l'activité microbienne est la plus élevée..

Les denitrifiants ont besoin d’une concentration suffisante en nitrates et d’une source de carbone soluble; les taux les plus élevés surviennent lors de l'utilisation de méthanol ou d'acide acétique. Du carbone organique peut être trouvé dans le fumier, le compost, les cultures de couverture et les résidus de récolte. ^je

La dénitrification dans les sols des cultures est minimisée en maintenant la concentration minimale de nitrates nécessaire à la croissance des plantes, telle que l'utilisation d'engrais à libération contrôlée. Une autre méthode consiste à inhiber la nitrification, ce qui réduit les niveaux de nitrate disponibles pour la dénitrification..

Les niveaux de dénitrification varient largement dans un même champ, en raison de nombreux facteurs tels que les propriétés du sol (notamment l'agrégation, les macropores et l'humidité) et les variations de la distribution des engrais, de la matière organique et des résidus de récolte..

Les types d'engrais azotés, ainsi que les méthodes d'application, auraient des effets sur la dénitrification. Par exemple, les engrais enrobés à libération contrôlée, ainsi que les applications de fertigation et de diffusion, entraînent moins d'émissions d'oxyde nitreux que les applications d'urée granulaire sèche et de bandes concentrées. Un dépôt d'azote plus profond diminue également ces émissions.

Les périodes sèches suivies d'une tempête de pluie soudaine déclenchent souvent la dénitrification, qui peut être gérée avec des systèmes de drainage et une irrigation goutte à goutte sous la surface.. ^iv

Résumé

Nitrification

• Suit le processus d'ammonification
• Transformation de l'ammonium en nitrate
• Réaction d'oxydation
• Facilité par deux types principaux de bactéries aérobies chimioautrophes: Nitrosomonas et Nitrobacter
• Procédé en deux étapes: conversion d'ammonium en nitrite, puis conversion de nitrite en nitrate
• Crée une forme nutritive azotée pouvant être absorbée par les racines des plantes
• Réactif (ammonium) présent dans l'urée provenant de déchets animaux et d'engrais, de composts et de cultures de couverture en décomposition ou de résidus de culture
• Les nitrifiants sont plus sensibles aux stress environnementaux
• Inhibé par les inondations, la salinité élevée, l'acidité élevée, l'alcalinité élevée, le labourage excessif et les composés toxiques
• Favorisé par les conditions aérobies, pH compris entre 6,5 et 8,5, températures comprises entre 16 et 35 degrés C et teneur élevée en argile

Dénitrification

• Suit le processus de nitrification
• Transformation du nitrate en gaz azotés, principalement de l'azote et de l'oxyde nitreux
• Réaction de réduction
• Facilité par les bactéries facultatives hétérotrophes
• Séquence d'étapes: conversion du nitrate en nitrite, en oxyde nitrique, en oxyde nitreux et enfin en azote
• Décontamine les eaux usées et les systèmes aquatiques en réduisant les niveaux de nitrates
• Réactif (nitrate) formé par nitrification, tandis que les sources de carbone pour les dénitrifiants se trouvent dans le fumier, les cultures de couverture et les résidus de récolte, ou fournies par le méthanol ou l'acide acétique
• Les denitrifiants moins sensibles aux stress environnementaux
• Inhibé par la réduction de la nitrification, la réduction des niveaux de nitrates, la mise en place en profondeur d'engrais enrobés à libération contrôlée et le drainage du sol

Favorisé par les inondations, les conditions anoxiques, un pH compris entre 7,0 et 8,5, des températures comprises entre 26 et 38 ° C, un apport suffisant de nitrates et de carbone soluble et des applications en bande concentrée d'urée granulaire sèche.