Différence entre la nitrification et la dénitrification Différence entre la nitrification

Nitrification

La nitrification est la transformation biologique de l'ammonium (NH ₄ ⁺ ) en nitrate (NO ₃ ^- ) 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 qui nécessitent la présence de molécules d'oxygène dissous dans leur environnement, pour survivre. [i]

Premièrement, les bactéries chimio-atrophiques (principalement celles du genre

Nitrosomonas) convertissent l'ammoniac (NH 3 _{) et l'ammonium en nitrite (NO} 2 < - _{). Le terme "chimio-atrophique" désigne la capacité de la bactérie à créer ses propres nutriments à partir d'une source inorganique, à savoir CO} ² . Le processus est représenté par l'équation chimique: _2NH 4

+ + 3O ₂ → 2NO ₂ - _{+ 2H} ^{2 < O + 4H} + _{+ énergie}

^{Les bactéries provenant principalement du groupe} Nitrobacter

convertissent le nitrite en nitrate dans la réaction suivante:

2NO 2 -

+ O > 2 _{→ 2NO} ³ - _{+ énergie} Ces réactions se produisent simultanément et assez rapidement - généralement en quelques jours ou quelques semaines. Il est important que le nitrite soit complètement transformé en nitrate dans les sols, car le nitrite est toxique pour la vie végétale.

^{Les nitrates présents dans le sol sont la principale source d'azote utilisée par les plantes. [ii] Ainsi, la transition de l'azote d'une forme à l'autre, connue sous le nom de cycle de l'azote, est une partie importante de l'industrie agricole. [iii]} Avant que ces étapes ne se déroulent, l'azote organique est dégradé par les bactéries hétérotrophes par hydrolyse pour former de l'ammonium et de l'ammoniac dans un processus connu sous le nom d'ammonification.

i

L'ammoniac peut se trouver dans l'urée à partir de déchets animaux, de composts et de cultures de couverture en décomposition ou de résidus de cultures. 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 de longues périodes, les pores du sol se remplissent d'eau, ce qui limite l'apport d'oxygène. Les bactéries nitrifiantes ont besoin de conditions aérobies pour fonctionner, ainsi l'inondation limite la nitrification.

Les sols secs ont tendance à avoir une forte concentration en sel et la salinité qui en résulte a un impact négatif sur l'activité nitrifiante de la bactérie. En effet, une augmentation de l'osmolarité augmente la quantité d'énergie requise par les micro-organismes pour déplacer l'eau à travers leurs membranes cellulaires. L'eau est également essentielle pour le mouvement des solutés, tels que les nitrates, à travers le sol. ⁱⁱ Les bactéries nitrifiantes donnent de meilleurs résultats à un pH compris entre 6,5 et 8,5 et à des températures comprises entre 16 et 35 ° C.

i

Les taux de nitrification sont plus lents dans les sols très acides, tandis que l'alcalinité élevée réduit l'activité ^Nitrobacter , entraînant une accumulation défavorable de nitrite dans le sol. ^{Le pH du sol peut également être affecté par la source particulière d'ammonium nitrifié. 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 plus élevés que MAP.} La majorité des bactéries se trouvent dans la couche superficielle supérieure, ce qui fait que la nitrification diminue lorsque les pratiques culturales ne sont pas bien gérées. Les sols à forte teneur en argile ont des particules plus grosses et plus d'espace microporeux pour la croissance bactérienne, ainsi qu'une plus grande rétention de l'ammonium grâce à une plus grande capacité d'échange de cations. ii

Les relations hydriques et les propriétés physiques du sol peuvent être améliorées par la culture en till.

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 garder l'azote dans le sol sous forme d'ammonium. Cela empêche la perte d'azote (par lessivage des nitrates) et l'échappement de l'azote gazeux (par dénitrification). Les inhibiteurs de nitrification utilisés dans le commerce comprennent le dicyandiamide et la nitrapyrine. ^{Dénitrification} La dénitrification est la transformation biologique du nitrate en gaz azotés par réduction. Il suit toujours la nitrification

i

et la séquence de réaction peut être représentée comme suit:

NO

3 ^- → NO

2 _- ^{→ NON → N} 2 _{O → N} ² [iv] _{Le processus est facilité par des bactéries facultatives; ce sont des bactéries qui ne nécessitent 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 de nitrate dans l'eau est réduite. _i La lixiviation ou le ruissellement provenant des récoltes dues aux traitements fertilisants peuvent entraîner l'accumulation de quantités excessives de ce nutriment dans les plans d'eau, où les composés azotés ont divers effets nocifs sur la vie humaine et aquatique.

iv

L'ammoniac est toxique pour les poissons et stimule la croissance des algues, ce qui réduit les niveaux d'oxygène dans l'eau et entraîne une eutrophisation. Les nitrates causent des dommages au foie, des cancers et de la méthémoglobinémie (carence en oxygène chez les nourrissons), alors que les nitrites réagissent avec les composés organiques appelés amines pour former des nitrosamines cancérigènes. ⁱⁱ

Lorsque les niveaux d'oxygène dans le sol ou l'eau sont épuisés (conditions anoxiques), les bactéries dénitrifiantes décomposent les nitrates pour une utilisation comme source d'oxygène. Cela se produit généralement dans les sols gorgés d'eau où les niveaux d'oxygène sont faibles.Le nitrate est réduit en oxyde nitreux (N ²

O) et une fois de plus en gaz azoté. Ces bulles de gaz s'échappent dans l'atmosphère. ⁱ

Le gaz formé par les dénitrifiants dépend des conditions du sol ou de l'eau et du type de communauté microbienne présente. Moins d'oxygène tend à entraîner la formation de plus d'azote, le produit le plus commun de la dénitrification. L'azote gazeux constitue la principale composante de l'air. Le deuxième produit le plus commun 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 entre 7. 0 et 8. 5 et à des températures plus chaudes entre 26 et 38 degrés C. La dénitrification se produit surtout dans la couche arable. l'activité est la plus élevée. ^{Les dénitrifices exigent une concentration en nitrates suffisante et une source de carbone soluble; les taux les plus élevés se produisent lorsqu'on utilise du méthanol ou de l'acide acétique. Le carbone organique peut être présent dans le fumier, le compost, les cultures de couverture et les résidus de culture.}

i ^{La minimisation de la dénitrification dans les sols cultivés est obtenue en maintenant la concentration minimale de nitrate nécessaire à la croissance des plantes, comme l'utilisation d'engrais à libération contrôlée. Une autre méthode consiste à inhiber la nitrification, ce qui réduit les niveaux de nitrates disponibles pour la dénitrification.}

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

Il a été rapporté que les types d'engrais azotés, ainsi que les méthodes d'application, affectent la dénitrification. Par exemple, les engrais enrobés à libération contrôlée, ainsi que les applications de fertigation et de diffusion, provoquent des émissions d'oxyde nitreux plus faibles que les applications d'urée granulaire sèche et de bande concentrée. Un placement plus profond d'azote réduit également ces émissions. ^{Les périodes de sécheresse suivies d'une tempête de pluie soudaine sont souvent un déclencheur de la dénitrification, qui peut être gérée par des systèmes de drainage et d'irrigation au goutte-à-goutte sous la surface.}

iv

Résumé

Nitrification

Processus d'ammonification ^{Transformation de l'ammonium en nitrate}

Réaction d'oxydation

Facilité par deux types principaux de bactéries aérobies chimio-atrophiques:

• Nitrosomonas > et
• Nitrobacter
• Procédé en deux étapes: conversion de l'ammonium en nitrite, puis conversion du nitrite en nitrate
• Crée une forme nutritive azotée disponible pour l'absorption par les racines des plantes Réactant (ammonium) présent dans l'urée de déchets animaux et d'engrais, composts et cultures de couverture en décomposition ou résidus de cultures Nitrifiants plus sensibles aux stress environnementaux Inhibition par inondation, salinité élevée, acidité élevée, alcalinité élevée, labourage excessif et composés toxiques
• Favorisée par l'aérobie conditions, pH entre 6. 5 et 8. 5, températures entre 16 et 35 degrés C et teneur élevée en argile
• Dénitrification
• Suit le processus de nitrification
• Transformation du nitrate en gaz azotés, principalement azote et protoxyde d'azote > Réduction r eaction
• Facilitee par des bacteries heterotrophes facultatives
• Déroulement des étapes: conversion du nitrate en nitrite, oxyde nitrique, oxyde nitreux et azote

Décontamine les eaux usées et les systèmes aquatiques en abaissant les niveaux de nitrate

• Réactif (nitrate) formés par nitrification, tandis que les sources de carbone pour les dénitrifiants se retrouvent dans le fumier, les plantes de couverture et les résidus de culture, ou sont fournies par le méthanol ou l'acide acétique.
• Dénitrifiants moins sensibles aux stress environnementaux. Placement en profondeur de l'engrais enrobé à libération contrôlée et drainage du sol
• Favorisé par l'inondation, conditions anoxiques, pH entre 7.0 et 8. 5, des températures comprises entre 26 et 38 degrés C, un apport suffisant de nitrates et de carbone soluble et des applications de bandes concentrées d'urée granulaire sèche.