17 Unterschied zwischen Nitrifikation und Denitrifikation (mit Diagramm)

Was ist Nitrifikation?

Dabei wird Ammoniak durch Bakterien im Boden in Nitrat umgewandelt. Nitrite werden durch die Oxidation von Ammoniak mit Hilfe von Nitrosomonas-Bakterienarten gebildet. Später werden die produzierten Nitrite von Nitrobacter in Nitrate umgewandelt. Diese Umwandlung ist sehr wichtig, da Ammoniakgas für Pflanzen giftig ist.

Die am Prozess der Nitrifikation beteiligte Reaktion ist wie folgt:

2NH ₄ ⁺  + 3O ₂  → 2NO ₂ ^–  + 4H ⁺  + 2H ₂ O

2NO ₂ ^–  + O ₂  → 2NO ₃ ^–

Konventionelle Nitrifikation findet in Böden, Sedimenten und Gewässern statt. Es ist sehr wichtig in der Landwirtschaft, wo es die Verfügbarkeit von Stickstoffdünger bestimmt, und in Abwasserbehandlungssystemen, wo es an der Entfernung von überschüssigem Ammoniak beteiligt ist. In der Meeresumwelt bestimmt die Nitrifikation die Form des Stickstoffs, der für die Primärproduktion in der Oberflächenschicht zur Verfügung steht. In natürlichen Systemen werden die Nitrifikationsraten durch Umweltfaktoren wie Salzgehalt, Temperatur, Sauerstoff und pH-Wert bestimmt.  

Fakten zur Nitrifikation

1. Nitrifikation ist die biologische Oxidation von Ammoniak zu Nitrit, gefolgt von der Oxidation von Nitrit zu Nitrat.
2. Die Nitrifikation folgt dem Ammonifikationsprozess.
3. Die Nitrifikation wird durch zwei Haupttypen chemoautropher Bakterien erleichtert: Nitrobacter und Nitrosomonas.
4. Der Prozess findet im pH-Bereich zwischen 6,5 und 8,5 statt.
5. Die Nitrifikation ist eine Oxidationsreaktion.
6. Die Nitrifikation ist der zweite Schritt des Stickstoffkreislaufs.
7. Die Nitrifikation beinhaltet die Umwandlung von reduzierten Verbindungen in oxidierte Formen.
8. Die Nitrifikation ist ein zweistufiger Prozess – Umwandlung von Ammoniak in Nitrit, dann Umwandlung von Nitrit in Nitrat.
9. Das Substrat bzw. die Ausgangsverbindung des Nitrifikationsverfahrens ist Ammoniak.
10. Viele Mikroorganismen führen die Nitrifikation unter einer hohen Sauerstoffkonzentration durch.
11. Das Endprodukt der Nitrifikation ist Nitrat (NO ₃ ^– ).
12. Beispiele für Bakterien, die an diesem Prozess beteiligt sind, umfassen: Nitrosococcus, Nitrosopumilus maritimus und Nitrososphaera viennensis.
13. Der Prozess tritt effektiv in einem Temperaturbereich zwischen 16 ^o C und 35 ^o C.
14. Die Nitrifikation wird durch Überflutung, hohen Salzgehalt, hohen Säuregehalt, hohe Alkalität, übermäßige Bodenbearbeitung und giftige Verbindungen gehemmt.
15. Die Nitrifikation ist ein wichtiger Prozess, da sie dazu beiträgt, den Pflanzen Nitrate bereitzustellen, die als Stickstoffquelle fungieren.
16. Die Gesamtreaktion der Nitrifikation ist: NH ⁺ -> NO ₂ ^–  ->NO ₃ ^– 
17. Nitrifizierer reagieren empfindlicher auf Umweltbelastungen.

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Was ist Denitrifikation?

Denitrifikation ist der Prozess, bei dem die Stickstoffverbindungen durch Umwandlung von Nitrat (NO ₃ -) in gasförmigen Stickstoff (N) in die Atmosphäre zurück gelangen . Dieser Prozess des Stickstoffkreislaufs ist die letzte Stufe und findet in Abwesenheit von Sauerstoff statt. Die Denitrifikation wird von den denitrifizierenden Bakterienarten Clostridium und Pseudomonas durchgeführt, die Nitrat zu Sauerstoff verarbeiten und als Nebenprodukt freies Stickstoffgas abgeben.

In der Natur kann die Denitrifikation sowohl in terrestrischen als auch in marinen Ökosystemen stattfinden. Typischerweise erfolgt die Denitrifikation in anoxischen Umgebungen, in denen die Konzentration an gelöstem und frei verfügbarem Sauerstoff aufgebraucht ist. In diesen Bereichen kann anstelle des energetisch günstigeren Elektronenakzeptors Sauerstoff (O2) Nitrat (NO3-) oder Nitrit (NO2-) als Ersatz für den terminalen Elektronenakzeptor eingesetzt werden. Der terminale Elektronenakzeptor ist eine Verbindung, die bei der Reaktion durch Aufnahme von Elektronen reduziert wird. Beispiele für anoxische Umgebungen sind: Böden, Grundwasser, Feuchtgebiete, Öllagerstätten, schlecht belüftete Ecken des Ozeans und Sedimente am Meeresboden.

Fakten zur Denitrifikation

1. Denitrifikation ist ein biologischer Prozess der Reduktion von Nitrat zu Nitrit, gefolgt von der Reduktion von Nitrat zu Stickstoffgas.  
2. Der Denitrifikationsprozess folgt dem Nitrifikationsprozess.
3. Die Denitrifikation wird durch heterotrophe fakultative Bakterien erleichtert .
4. Der Prozess läuft effektiv im pH-Bereich zwischen 7,0 bis 9,0 ab.
5. Denitrifikation ist eine Reduktionsreaktion.
6. Denitrifikation ist der letzte Schritt des Stickstoffkreislaufs, bei dem Stickstoffgas an die Luft abgegeben wird.
7. Denitrifikation beinhaltet die Umwandlung von oxidierten Stickstoffverbindungen in reduzierte Formen.
8. Der Denitrifikationsprozess erfolgt durch eine Reihe von Halbreduktionen. Es findet eine Umwandlung von Nitrat in Nitrit, dann in Stickstoffmonoxid, dann in Lachgas und schließlich in Stickstoffgas statt. 
9. Die Ausgangsstoffe des Denitrifikationsprozesses sind Nitrate und Nitrite.
10. Viele Mikroorganismen führen eine Denitrifikation unter einer geringen Sauerstoffkonzentration durch.
11. Das Endprodukt des Denitrifikationsprozesses ist entweder Lachgas (NO ₂ ) oder Stickstoffgas (N ₂ ).
12. Beispiele für an diesem Prozess beteiligte Bakterien sind: Spirillum, Lactobacillus, Pseudomonas, Thiobacillus, Proteobakterien, Paracocus usw.
13. Das Verfahren erfolgt in einem Temperaturbereich zwischen 26 ^o C bis 38 ^o C.
14. Die Denitrifikation wird durch reduzierte Nitrifikation, niedrigere Nitratwerte, tiefe Platzierung von beschichtetem Dünger mit kontrollierter Freisetzung und Bodendrainage gehemmt.
15. Die Denitrifikation ist ein wesentlicher Prozess, da sie dafür sorgt, dass Stickstoff zyklisch aus der Atmosphäre in den Boden, in die Pflanzen und zurück in die Atmosphäre transportiert wird.
16. Die Gesamtreaktion des Denitrifikationsprozesses ist: 2NO ₃ ^– +10e ^– +12H ⁺ -> N ₂ + 6H ₂ O
17. Denitrifer sind weniger empfindlich gegenüber Umweltbelastungen.

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Unterschied zwischen Nitrifikation und Denitrifikation in Tabellenform

Bedeutung des Stickstoffkreislaufs

1. Hilft Pflanzen Chlorophyll aus den Stickstoffverbindungen zu synthetisieren.
2. Hilft bei der Umwandlung von inertem Stickstoffgas in eine für die Pflanzen nutzbare Form durch den biochemischen Prozess.
3. Bei der Ammonifikation helfen die Bakterien beim Abbau der tierischen und pflanzlichen Stoffe, was indirekt zur Säuberung der Umwelt beiträgt.
4. Nitrate und Nitrite werden in den Boden freigesetzt, was dazu beiträgt, den Boden mit den für die Kultivierung notwendigen Nährstoffen anzureichern.
5. Stickstoff ist ein integraler Bestandteil der Zelle und bildet viele wichtige Verbindungen und wichtige Biomoleküle.