A nitrificação é um processo principal dentro do ciclo de nitrogênio que converte nitrogênio em organismos de formas. O ciclo de nitrogênio é um processo biogeoquímico que aciona o nitrogênio entre a atmosfera, o solo e os organismos vivos. Este artigo explora a importância da nitrificação e o que impulsiona a nitrificação no ambiente.
Introdução
O nitrogênio é um elemento -chave para todos os organismos vivos. Todos os organismos vivos devem sintetize proteínas e replicar DNA E eles exigem que o nitrogênio understand os dois. Nas plantas especificamente, o nitrogênio é necessário para fotossíntese. Dentro do ciclo de nitrogênio, existem processos que convertem nitrogênio em formas que podem ser usadas por organismos vivos. Muitos desses processos são conduzidos por reações redox. A nitrificação é um dos processos importantes do ciclo de nitrogênio. É um processo essencial para saúde e fertilidade do solo, produção de alimentos, tratamento de água e ecossistemas aquáticos. Ao longo deste artigo, nos aprofundaremos nas reações químicas por trás da nitrificação e discutiremos os fatores que moldam a nitrificação. Para concluir, falaremos sobre as aplicações relevantes da nitrificação em nossas vidas diárias e as implicações que esse processo tem para o meio ambiente.
A bioquímica da nitrificação
A nitrificação pode ser dividida em duas etapas principais de oxidação. As duas etapas são de natureza aeróbica, o que significa que acontecem na presença de oxigênio. O primeiro passo é a oxidação de amônia. Oxidação de amônia é a conversão de amônia (NH3) para nitrito (não2–) por microorganismos capazes de oxidar amônia. Amônia (NH3) pode existir de forma ionizada e de forma sindicalizada. A forma ionizada é chamada de amônio (NH4+) enquanto a forma sindicalizada permanece NH3. O pka de amônia é de cerca de 9,25. Em qualquer pH abaixo do PKA (9.25), a maioria das amônia existirá em sua forma protonada, o amônio. Como o pH ambiental varia de 6 a 8, a amônia é mais comumente encontrada em sua forma protonada. A segunda etapa do processo de nitrificação é a oxidação de nitrito. Oxidação de nitrito é a conversão de nitrito (não2–) para nitrato (não3–) por microorganismos capazes de oxidar nitrito. Uma equação geral e simplificada para nitrificação a partir de amônio é dada abaixo:
Certas enzimas servem como catalisador para nitrificação, alguns exemplos são nitrato redutase, nitrito redutase, óxido nítrico redutase e óxido nitroso redutase. Eles são cruciais para facilitar a nitrificação e acelerar a reação. UM catalisador é uma substância que aumenta a taxa de uma reação química sem ser destruída ou consumida no processo.
Fatores ambientais que influenciam a nitrificação
O ambiente circundante afeta significativamente a nitrificação. Como a nitrificação é um processo aeróbico, a disponibilidade de oxigênio é um fator enorme nas taxas de nitrificação. É preciso haver oxigênio adequado para ambas as etapas de nitrificação. Ambas as etapas são divididas abaixo:
Etapa 1: Oxidação de amônia
Etapa 2: Oxidação de nitrato
O oxigênio serve como aceitador de elétrons em nitrificação e ganha elétrons dos doadores de elétrons (amônia ou nitrito). Sem ele, os microorganismos não conseguem obter a energia necessária para o processo de nitrificação.
Fatores ambientais adicionais também podem afetar bastante a nitrificação. A temperatura e o pH afetam a taxa na qual a nitrificação pode ocorrer. O pH splendid para nitrificação é de cerca de 7-8. Em condições altamente ácidas ou alcalinas, a nitrificação pode ser inibida. O pH do ambiente circundante pode afetar a nitrificação, pois influencia a protonação das enzimas e substratos envolvidos na reação. A um pH baixo, para a temperatura, os micróbios do solo preferem uma faixa de 20 a 30 graus Celsius (68-86 graus Fahrenheit). As temperaturas extremas afetam muito o desempenho dos catalisadores de enzimas porque podem se tornar desnaturados. A atividade microbiana e o crescimento podem desacelerar a temperaturas fora da faixa splendid. Outros fatores, como a disponibilidade de amônia ou a presença de substâncias inibitórias, também podem afetar a taxa de nitrificação. Se não houver amônia suficiente presente (formas ionizadas ou sindicalizadas), a nitrificação desacelerará. Além disso, se houver substâncias que afetam as comunidades microbianas, através da atividade de supressão ou do crescimento da desaceleração, a nitrificação também pode desacelerar. Algumas dessas substâncias inibitórias são metais pesados e pesticidas.
Nitrificação no meio ambiente e agricultura
No ambiente, as bactérias do solo são responsáveis pela nitrificação. Na primeira etapa da nitrificação (oxidação de amônia), o gênero mais comum de bactérias do solo é nitrosomonas. Na segunda etapa da nitrificação (oxidação de nitrito), o nitrobacter é o gênero mais comum de bactérias do solo. A nitrificação do solo é essencial para produzir formas disponíveis plantas. No entanto, a nitrificação pode levar à lixiviação de nitrato, dependendo da taxa de nitrificação e da quantidade de nitrogênio no sistema. A taxa de nitrificação é influenciada pela textura do solo, pela composição da comunidade microbiana do solo e pelo uso da terra circundante. Um exemplo de nitrificação em um cenário do mundo actual é apresentado no diagrama abaixo. Começa com a aplicação de fertilizantes nitrogenados. A conversão deste fertilizante em nitrato é dividida nas etapas de oxidação separadas.
A nitrificação no perfil do solo pode aumentar o crescimento das plantas. Isso é especialmente benéfico para as culturas em sistemas agrícolas. No entanto, as taxas de nitrificação aumentadas também podem levar à perda de nitrato por meio da lixiviação e desnitrificação se houver um excesso de nitrato no sistema. É importante observar que a nitrificação não acontece apenas no perfil do solo. Também ocorre em ecossistemas aquáticos nos sedimentos em toda a coluna de água.
Nitrificação em tratamento e indústria de águas residuais
A nitrificação desempenha um papel essential no tratamento de águas residuais. É alavancado para converter amônia tóxica em nitrato menos tóxico. Também é acoplado à desnitrificação para remoção completa de nitrogênio em águas residuais e lodo de esgoto. A nitrificação não é apenas usada em águas residuais e tratamento de água potável, mas também é usada na aquicultura. Na aquicultura, a nitrificação é usada para manter a qualidade da água e a saúde dos peixes. No entanto, deve ser gerenciado bem para evitar flores de algas, o que pode afetar negativamente a saúde do ecossistema da aquicultura.
Conclusão
A nitrificação é um processo elementary no ciclo de nitrogênio. Tem implicações em cascata para a saúde do solo, agricultura, tratamento de água e qualidade da água em geral. Essa conversão aeróbica de amônia em nitrato é facilitada por microorganismos e influenciada pelas condições do ambiente circundante. Condições ambientais como temperatura, pH, oxigênio e disponibilidade de amônia afetam a taxa de nitrificação. A nitrificação é essencial para a produção de formas biodisponíveis (disponíveis para captação de plantas) de nitrogênio, mas há impactos potenciais para a qualidade da água, dependendo da taxa de nitrificação. Compreender o processo de nitrificação é importante para gerenciar o nitrogênio no ambiente e mitigar quaisquer impactos negativos potenciais.
