反硝化作用

反硝化作用反硝化作用（denitrification）也称脱氮作用。反硝化细菌在缺氧条件下，还原硝酸盐，释放出分子态氮（N2）或一氧化二氮（N2O）的过程。微生物和植物吸收利用硝酸盐有两种完全不同的用途，一是利用其中的氮作为氮源，称为同化性硝酸还原作用：NO3-→NH4+→有机态氮。许多细菌、放线菌和霉菌能利用硝酸盐做为氮素营养。另一用途是利用NO2-和NO3-为呼吸作用的最终电子受体，把硝酸还原成氮（N2），称为反硝化作用或脱氮作用：NO3-→NO2-→N2↑。能进行反硝化作用的只有少数细菌，这个生理群称为反硝化菌。大部分反硝化细菌是异养菌，例如脱氮小球菌、反硝化假单胞菌等，它们以有机物为氮源和能源，进行无氧呼吸，其生化过程可用下式表示：C6H12O6+12NO3-→6H2O+6CO2+12NO2-+能量CH3COOH+8NO3-→6H2O+10CO2+4N2+8OH-+能量少数反硝化细菌为自养菌，如脱氮硫杆菌，它们氧化硫或硝酸盐获得能量，同化二氧化碳，以硝酸盐为呼吸作用的最终电子受体。可进行以下反应：5S+6KNO3+2H2O→3N2+K2SO4+4KHSO4反硝化作用使硝酸盐还原成氮气，从而降低了土壤中氮素营养的含量，对农业生产不利。农业上常进行中耕松土，以防止反硝化作用。反硝化作用是氮素循环中不可缺少的环节，可使土壤中因淋溶而流入河流、海洋中的NO3-减少，消除因硝酸积累对生物的毒害作用。反硝化作用，狭义的指将硝酸盐还原为分子态氮的过程，称为脱氮作用；广义的指将硝酸盐还原为较简单的氮化合物的过程，除了脱氮作用外，还包括硝酸盐还原作用（指脱氮作用以外的还原作用，例如硝酸盐还原为亚硝酸盐的作用）。多种细菌和真菌斗具有硝酸盐还原酶，可以将硝酸盐还原为亚硝酸盐。方程式如下：NHO3+2H------------HNO2+H2O(需要硝酸还原酶的作用)而脱氮作用，则常常与无氮有机物的氧化反应伴随发生，例如：C6H12O6+6H2O----------6CO2+24H24H+4NO3￣--------------12H2O+2N2总的反应方程式为：C6H12O6+4NO3￣------------6CO2+6H2O+2N2+420cal也就是说，在１摩尔的葡萄糖被氧化的同时，有４摩尔的硝酸根被还原为２摩尔分子氮。很多细菌可以引起脱氮作用，主要是一些革兰氏阴性的无芽胞杆菌，如荧光杆菌，斯图采尔杆菌。它们一般是兼性需氧的细菌，脱氮作用常常是在厌氧条件下发生。而且，有些化学能自养型细菌也可以在厌氧的条件下引起脱氮作用，比如，反硝化硫化细菌可以用硝酸盐来氧化硫，从而将硝酸盐还原，方程式如下：5S+2CaCO3+6KNO3------------3K2SO4+2CaSO4+2CO2+3N2+660cal在pH为7.0~8.2，厌氧条件下，如果有可溶性无氮有机物存在，则脱氮作用旺盛。反硝化作用的意义在于：１，硝酸盐还原作用使水中的低毒硝酸盐浓度降低，而使具有较高毒性的亚硝酸盐浓度增加，所以是不利的。２，脱氮作用使水中的低毒硝酸盐浓度降低，变为无毒的氮气排除，是有利的。３，在草缸中，脱氮作用会使对草有营养意义的硝酸盐减少，对草是不利的，特别是在氮循环保持良好状态的生态群落中。４，如果要增加脱氮作用的强度，可以创造适合反应的条件，其中保持适合的酸碱度和一定可溶性无氮有机物浓度是关键。无氮有机物水中的存在有限，可以考虑额外添加补充，例如向水中补充葡萄糖溶液。５，脱氮作用对没有排除硝酸盐途径的裸缸具有重要意义，和良好的硝化作用一起，维持水中的低氮状态，保持水质稳定，延长换水时间。