Quá trình phản nitrat hoá

Quá trình phản nitrat hoá: Quá trình phản nitrat hoá còn gọi là quá trình khử nitrat. Đây là quá trình ngược lại với quá trình nitrat hoá. Vi khuẩn tham gia thực hiện quá trình này được gọi là vi khuẩn phản nitrat hoá. Quá trình phản nitrat hoá là quá trình chuyển hoá NO3 - thành N2 nhờ vi sinh vật. Cũng có một số vi sinh vật sử dụng nitrat như một chất nhận hidro và tạo thành NH3. Quá trình này không phải là quá trình phản nitrat hoá mà gọi là quá trình amon hoá nitrat. Hai quá trình phản nitrat hoá và amon hoá nitrat được gọi chung là hô hấp nitrat. Có thể trình bày tóm tắt bằng sơ đồ sau: N2O N2 Phản nitrat hoá NO3 - NO2 - NOHô hấp nitrat NH2OH NH3 Amon hoá nitrat 60 Các vi khuẩn phản nitrat hoá điển hình là: Pseudomonas denitrficans, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas fluorescens, Micrococcus denitrificans, Bacillus licheniformis, Achromobacter severinii... Vi khuẩn phản nitrat hoá thuộc loại kỵ khí không bắt buộc. - Trong điều kiện có oxy không khí thì chúng oxy hoá triệt đẻ chất hữu cơ thành CO2 và H2O: C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + Q - Trong điều kiện không có oxy thì chúng dùng NO3- để oxy hoá chát hữu cơ: C6H12O6 + 4 NO3 - 6 CO2 + 6 H2O + 2 N2 + Q Vi khuẩn nitrat hoá là những vi khuẩn dị dưỡng hoá năng. Ngoài ra một số loài vi khuẩn tự dưỡng hoá năng cũng có khả năng thực hiện quá trình phản nitrat hoá như: Thiobacillus denitrificans, Hydrogenomonas agilis, Sporovibrio ferrooxydans. Thí dụ: Thiobacillus denitrificans oxy hoá S lấy năng lượng để tổng hợp chất hữu cơ của cơ thể: 5S + 6KNO3 + 2CaCO3 3 K2SO4 + 2 CaSO4 + 2 CO2 + 3 N2 + Q Khi phân giải nitrat, trong môi trường sẽ tích luỹ một số gốc kiểm (K, Ca, Na). các gốc kiềm này sẽ sinh ra KOH, Ca(OH)2, NaOH, do đó quá trình này bao giờ cũng làm kiềm hoá môi trường. Vi khuẩn phản nitrat hoá phân bố rộng rãi trong tự nhiên, chúng hoạt động mạnh ở pH trung tính đến hơi kiềm và có hệ thống enzim nitritreductaza, nitratreductaza, nhưng 2 enzim này chỉ được tổng hợp trong điều kiện kỵ khí. Dó đó, nếu bón đạm nitrat thì phải kết hợp làm thoáng đất để ngăn cản vi khuẩn phản nitrat hoá hoạt động làm mất đạm trong đất. Ngoài quá trình phản nitrat hoá sinh học, trong đất còn xảy ra quá trình này theo phương thức hoá học thuần tuý, tuy nhiên quá trình này thường chỉ xảy ra ở những chân ruộng chua có pH <5,5. Ở đây vi sinh vật không trực tiếp tham gia mà nó chỉ gián tiếp phân giải các hợp chất hữu cơ chứa nitơ thành các sản phẩm trung gian tạo điều kiện cho phản nitrat hoá hoá học xảy ra. Quá trình phản nitrat hoá là quá trình làm mất đạm trong đất, cho nên quá trình này không có lợi đối với sản xuất nông nghiệp. Quá trình này thường xảy ra khi đất bí chặt, ngập nước, hoặc bón phân nitrat với phân chuồng. Trong đất tích luỹ nhiều nitrit sẽ gây độc cho lúa. Vì vậy đối với lúa nước nên bón đạm amon, khi bón nên kết hợp làm cỏ sục bùn để đưa đạm xuống lớp đất sâu, tránh bị oxy hoá thành nitrat, cơ chất cho quá trình phản nitrat hoá. e. Quá trình cố định Nitơ phân tử: * Khái niệm: Quá trình cố định nitơ phân tử là quá trình khử N2 thành NH3 nhờ vai trò xúc tác của enzim nitrogenaza do vi sinh vật sản sinh ra. * Ý nghĩa: Quá trình cố dịnh nitơ phân tử là một trong những quá trình vi sinh vật có ý nghía lớn đối với nông nghiệp. Hàng năm sản phẩm nông nghiệp lấy 61 đi khỏi đất hàng trăm triệu tấn nitơ. Bằng cách bón phân con người mới chỉ trả lại cho đất khoảng 30%. Cây trồng không có khả năng sử dụng khí nitơ tự do mặc dù trữ lượng đó trong tự nhiên hết sức dồi dào (trong khoảng không khí trên mỗi ha đất có khoảng 80.000 tấn nitơ). Sở dĩ như vậy vì nitơ phân tử là một chất rất khó phản ứng với các nguyên tố khác để tạo thành hợp chất. Phân tử nitơ tồn tại ở trạng thái liên kết 2 nguyên tử nitơ với nhau bằng liên kết ba (N N) rất bền vững. Muốn liên kết nitơ với các nguyên tố khác thành các dạng hợp chất vô cơ, trong kỹ thuật người ta phải sử dụng một lượng lớn năng lượng để hoạt hoá chúng. Ví dụ: muốn sản xuất phân hoá học xianamitcanxi thì phải duy trì nhiệt độ rất cao (10000C) hoặc muốn tạo thành dạng nitrat từ N2 và O2 thì cần nhiệt độ 4.000oC, muốn sản xuất amoniawc từ N2 và H2 đòi hỏi nhiệt độ 600oC và áp suất 1000atm, ngoài ra còn đòi hỏi một số chất xúc tác đắt tiền như Os, Ru. Dĩ nhiên trong vi sinh vật không thể hoạt hoá nitơ với những điều kiện như trên. Thế nhưng rất nhiều vi sinh vật nhờ có hệ thống enzim có hoạt tính xúc mạnh là nitrogenaza, chúng có khả năng cố định nitơ ngay trong điều kiện nhiệt độ và áp suất bình thường