Терміном «денітрифікація» звичайно позначають суму процесів, що ведуть до втрат азоту нітратів і нітритів у результаті їхнього відновлення до газоподібних форм біологічним шляхом. При прямій денітрифікації всі процеси цілком і безпосередньо проводяться мікроорганізмами, при непрямій денітрифікації деякі реакції йдуть поза клітинами в результаті хімічної взаємодії нітритів із продуктами мікробного метаболізму – амінокислотами. HNO2+RCONH2>RCOOH+H2O+N2.

Мікроорганізми можуть відновлювати нітрати різними шляхами в різних метаболічних процесах – конструктивних і енергетичних.

Денітрифікація протікає в анаеробних умовах і пригнічується киснем. Нітрати в анаеробних умовах виконують функцію акцепторів електронів, які надходять від субстрату, що окислюється. Ним може бути як органічна, так і неорганічна речовина. Ферменти дисиміляційної нітратредукації – це нітратредуктози, що містять MoFeS – білки. Вони локалізовані на клітинних мембранах у вигляді NO, NO2 або N2 у залежності від виду мікроорганізму і від умов середовища. Нітрати відновлюються в наступній послідовності: NO3–> NO2–> NO> N2O> N2. Число родів бактерій, представники яких здатні до нітратного дихання, досить велике. При цьому перший етап – перехід нітратів у нітрити – здатні здійснювати різноманітні мікроорганізми, у тому числі і еукаріоти – водорості, гриби і дріжджі. Повну денітрифікацію, до газоподібних продуктів, проводять тільки прокаріоти. Більшість з них – факультативно анаеробні хемоорганотрофи родів Pse undomonasi Bacikkus, що використовують нітрати як окислювачі органічних субстратів. Останні окислюються при цьому до СО2 і Н2О, як і в акті кисневого дихання, а азот втрачається в газоподібній формі:

Органічна речовина +RNO3>CO2+H2O+N2

Нітрати виступають як окислювачі неорганічних речовин, наприклад сірки, відновлюючись при цьому або до N2, або до нітритів.

У процесі дисиміляційної нітратредукції крім молекулярного азоту можуть утворюватися інші газоподібні продукти – NO, N2O, i NH3.

Особливо часто стоїть проблема утворення в стоку закису азоту, тому що з ним зв’язують деякі природні і кліматичні явища – руйнування озонового шару в стратосфері, деякі фотохімічні реакції. Одне із самих могутніх джерел N2O – мікробна денітрифікація.

Отже, денітрифікація в сучасному розумінні – це один зі шляхів біологічного відновлення нітратів. Процес характеризується тим, що він має енергетичне значення для мікроорганізмів, протікає в анаеробних умовах і приводить до утворення газоподібних форм азоту у вигляді N2O, NO, i N2. У результаті денітрифікації в атмосферу щорічно надходить 270-300 млн. т. N2, тобто цей процес можна порівняти з азотфіксацією. Більша частина цього азоту – втрати з ґрунту. Особливо великі вони в перезволожених ґрунтах, при внесенні нітратів разом із гноєм і іншими органічними добривами. Активно протікає денітрифікація в ризосфері рослин за рахунок постійного надходження органічних речовин у формі кореневих виділень. На інтенсивність денітрифікації сильно впливає аерація ґрунту і рН. Посилення аерації і кисле середовище знижують швидкість денітрифікації. В сухих безструктурних ґрунтах при зволоженні протікає денітрифікація, при висушуванні – нітрифікація. Чергування цих процесів веде до швидкої втрати азоту ґрунтом. У структурних ґрунтах обидва процеси йдуть одночасно, але в просторово розділених мікрозонах з різним окислювально-відновним потенціалом. Так само відбуваються процеси в зоні кореневих систем, де наявні градієнт кисню й органічні речовини, що стимулює денітрифікацію.

Денітрифікація – одна з основних причин неповного використання рослинами внесених у ґрунт азотних добрив. Зменшення втрат азоту можна домогтися шляхом застосування гранульованих добрив, слаборозчинних азотних туків і дробовим внесенням добрив. Регулювати цей процес можна також шляхом створення визначеного водного режиму ґрунтів, змінюючи в такий спосіб аерацію. Для природи в цілому – це оздоровчий процес, тому, що саме в результаті денітрифікації відбувається відновлення балансу азоту в атмосфері і захист водойм від надмірного нагромадження в них нітратів, що вимиваються з ґрунтів.

Азотні добрива

Азотні добрива поділяються на: аміачні, нітратні, амідні, амонійні, амонійно-нітратні і аміака.

До нітратних добрив відносять натрієву і кальцеву селітру, яка містить азот у нітратній формі NO3–. Натрієва селітра (NaNO3) містить 15-16% азоту і 26% натрію. Являє собою біле або буровато-жовтуватого кольору, має кристалічну будову, гігроскопічна і при зберіганні злежується, добре розчинна у воді. При взаємодії натрієвої селітри з ґрунтовим натрієм поглинається ґрунтом в обмін на кальцій, а в розчині залишається нітрат кальцію.

[TK] Ca+2NaNO3=[TK]2Na+Ca(NO3)2.

Нітратний іон (NO3–) не поглинається ґрунтом, а знаходиться у рухомому вільному стані і може використовуватися рослиною. Натрієва селітра фізіологічно-лужне добриво. Аніон NО3– надходить в рослини у обміні на аніони вугільної кислоти (HCO3) який об’єднується з катіонами натрію дає соду (NaHCO3), яка має лужну реакцію. Тому натрієву селітру вносять у ґрунт з підвищеною кислотністю.

Кальцева селітра (Са(NO3)2). Містить 13-15% азоту. Ця сіль дуже гігроскопічна, сильно зволожується, злежується, розчинна у воді. При взаємодії з ґрунтом катіони натрію частково поглинаються. Кальцева селітра являється фізіологічно лужним добривом (аніони НСО–3 виділені корінними рослинами об’єднуються з кальцевою селітрою і дає бікарбонат кальцію). Кальцеву селітру найбільше використовують для кислих ґрунтів. Недолік селітри є низький вміст азоту.

До амоній добрив відносять добрива, які