В насыщенной водой почве или аноксической зоне очистного сооружения микроорганизмы могут использовать нитрат вместо кислорода в дыхательном обмене. При денитрификации окисленные формы азота последовательно восстанавливаются с образованием газообразных продуктов. Процесс связывает наземные и водные запасы реактивного азота с атмосферой.[1][2]
Последовательность превращений
Полную цепь обычно записывают как NO₃⁻ → NO₂⁻ → NO → N₂O → N₂. Отдельные этапы выполняются ферментами; не все организмы обладают полным набором. Поэтому исчезновение нитрата не гарантирует, что весь его азот уже превратился в молекулярный азот.[1]
Для реакции нужны подходящие условия и донор электронов. Часто им служит органическое вещество, но возможны неорганические доноры. На скорость и соотношение продуктов влияют доступность субстратов, кислород, температура и кислотность. В почве условия могут различаться даже между соседними порами.[1][3]
Роль в очистке и круговороте
При биологическом удалении азота нитрификация переводит аммоний в окисленные формы, после чего денитрификация может вернуть азот в газовую фазу. Условия для этих стадий различаются: нитрификация требует кислорода, денитрификацию обычно организуют в зоне с его недостатком.[1]
Ассимиляция включает азот в биомассу и сама по себе не означает его удаления из системы. Анаммокс использует другую реакцию — взаимодействие аммония и нитрита с образованием N₂. Эти пути нужно различать при объяснении баланса.[1][2]
Почему проверяют газовые продукты
Закись азота — парниковый газ, поэтому неполное восстановление может создавать нежелательные выбросы. Оценка процесса только по снижению нитрата пропускает эту сторону результата. Молекулярный азот N₂ и закись азота N₂O имеют разное экологическое значение.[3]
В условном опыте потеря 10 мг азота в форме нитрата ещё не равна образованию 10 мг азота в N₂: часть могла остаться в нитрите, биомассе или других продуктах. Проверяют единицы — «мг N» и «мг NO₃⁻» не взаимозаменяемы — и учитывают растворённые и газовые формы.