Нитрификация и другие процессы

Процесс микробной нитрификации быстро идет в почвах и водных экосистемах при доступе воздуха (оптимальный диапазон рН от 7 до 8). В результате образуются более доступные для всасывания растворимые соединения – нитриты и нитраты. Впоследствии в клетках растения или микроорганизма с затратами энергии нитраты восстанавливаются до нитритов, и затем нитриты – до иона аммония, который необходим для образования аминокислот (происходит ассимиляция нитрата).

Образования нитрита осуществляют нитрозные бактерии (рода Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosospira и др.). Это многостадийный процесс (в кислой среде он не идет, поскольку исходным веществом является аммиак, а не ион аммония):

NH₃ + 2О₂ + 2Н → NH₂OH + Н₂О;

NH₂OH + Н₂О → HNO₂ + 4H⁺ ;

4H⁺ + 2O₂ → 2Н₂О.

Следующую реакцию превращения нитрита в нитрат осуществляют нитратные бактерии (почвенные бактерии рода Nitrobacter и водные бактерии родов Nitrospira, Nitrococcus, Nitrospina):

4NО₂⁻ + 2О₂ → 4NО₃⁻ .

Следует отметить, что в сложившемся микробном сообществе накопление нитритов не происходит, т.к. скорость превращения нитрита в нитрат выше скорости превращения аммония в нитрит.

Существуют и гетеротрофные организмы (бактерии, грибы) способные к нитрификации. Интенсивность такого процесса невелика, но она объясняет тот факт, что и на кислых почвах (чайные плантации, хвойные леса) происходит образование нитрата. Деятельность нитрификации может быть опасна для строительных материалов на основе извести, т.к. азотная кислота реагирует с нею.

В отличие от иона аммония, задерживающегося в почве (особенно благодаря сорбции на отрицательно заряженных частицах – глинистых и гумусовых), нитраты и нитриты хорошо вымываются из нее и быстро переходят в грунтовые и подземные воды. В целом с континентальным стоком эти ионы поступают в моря и океаны, водная миграция ежегодно захватывает 25…80 Мт азота (20…30 кгN/га).

В условиях, когда по каким-то причинам после нитрификации не происходит вымывания или вовлечения нитратов в биологические процессы, происходит их накопление. Так образовались месторождения чилийской селитры (NaNO₃ с примесями хлоридов, сульфатов и йодатов) (предполагают, что это результат гетеротрофной

Нерациональное использование азотсодержащих удобрений приводит к накоплению нитратов в овощах и загрязнению источников питьевой воды до значений, превышающих ПДК (45 мгNO₃^–/л по СанПиН 2.1.4.1074-01, 10 мгNO₃^– /л по стандартам US EPA). Опасность нитратов для человека состоит в следующем. Микрофлора кишечника и ферменты печени восстанавливают нитраты до нитритов, которые в крови превращают гемоглобин в метгемоглобин, не способный переносить кислород. Из‑ за несформированности некоторых процессов детоксикации особенно опасна приобретенная метгемоглобинемия для младенцев. нитрификации). Месторождения селитры в Чили начали разрабатывать в 1830‑ х, основными потребителями в мире было сельское хозяйство (азотные удобрения) и военная промышленность (производство пороха). Годовой экспорт селитры в начале 20 века достигал миллионов тонн, запасы месторождения в Чили быстро истощались. Проблему решил немецкий химик Фриц Габер, который предложил в начале 20 века экономичный процесс синтеза аммиака.

В средние века для получения селитры (компонента пороха) в затененных местах устраивали селитряницы – кучи навоза и отбросов, где развивались процессы нитрификации. Нитраты (Ca(NO₃)₂, NaNO₃) извлекали при промывке грунта и обрабатывали поташем (K₂CO₃) для образования KNO₃.