Нитрификация

Нитрификация – процесс окисления аммиака до азотистой, а затем азотной кислоты. Процесс в природе происходит в две фазы, каждая из которых осуществляется специфическими группами бактерий.

Первая фаза нитрификации – окисление аммонийных солей до солей азотистой кислоты (нитритов) осуществляется нитритнымибактериями – представителями родов Nitrosomonas, Nitrosocystis, Nitrosospira, Nitrosovibrio, Nitrosolobus,:

2 NH₃ + 3 О₂ → 2 НNO₂ + H₂O + Эн. (148 ккал)

Вторая фаза нитрификации – окисление нитритов в нитраты осуществляется нитратными бактериями – представителями родов Nitrobacter, Nitrococcus, Nitrospira:

2 НNO₂ + О₂ → 2 НNO₃ + Эн. (48 ккал)

Нитрифицирующие бактерии открыл в 1889 г. С.Н. Виноградский. В настоящее время они объединены в семейство Nitrobacteriaceae. Это грамотрицательные микроорганизмы, облигатные аэробы или микроаэрофилы. Большинство их являются облигатными автотрофами, которые при наличии органических веществ не размножаются. Лишь некоторые из них включают в состав своих клеток углерод отдельных органических соединений (глюкозы, аминокислот). Основным источником углерода для нитрифицирующих бактерий является СО₂ воздуха, ассимиляция которого осуществляется в цикле Кельвина, а необходимая для этого энергия поступает в результате окисления аммиака. Процесс нитрификации локализован на цитоплазматической и внутрицитоплазматических мембранах. Ему предшествует поглощение аммиака и перенос его через ЦПМ с помощью медьсодержащей транслоказы.

Нитрификация происходит в почвах, озерах, морях, океанах. Она имеет как положительное значение, являясь важным этапом в круговороте азота в природе, так и отрицательное. Хотя нитраты хорошо усваиваются растениями и способствуют растворимости других необходимых растению элементов (например, фосфора и железа), они значительно легче и быстрее вымываются из почвы, чем аммонийные соли. Поступление азота с нитратами в воды морей и океанов составляет миллионы тонн в год. Поэтому интенсивная нитрификация может привести к обеднению почв азотом. С целью регуляции этого процесса вносят препараты, ингибирующие нитрификацию, например, нитропирин, пиридин и его производные. Эти препараты подавляют первую фазу автотрофной нитрификации, но не влияют на гетеротрофную нитрификацию.

Образовавшиеся при нитрификации нитраты подвергаются в почве дальнейшим превращениям: 1) они могут быть использованы высшими растениями; 2) могут вымываться в водоемы; 3) закрепляться в клетках микроорганизмов, которые используют нитраты в качестве источника азота; 4) восстанавливаться микроорганизмами до молекулярного азота и аммиака.