La denitrificazione , detta anche demolizione dell'azoto minerale , è un processo microbico di respirazione anaerobica che utilizza lo ione nitrato come accettori di elettroni . Questo fenomeno biologico è operato in ambiente ipossico o anossico , da batteri specifici che soddisfano il loro bisogno ossidandosi per deossigenazione dei nitrati.
Questo fenomeno si verifica nel suolo , ma non esclusivamente: è all'opera anche in determinati sedimenti , nelle falde acquifere (in una certa misura e in determinate condizioni), nella materia organica in decomposizione (es: legno morto ), o nell'apparato digerente .
Questo processo gioca un ruolo importante su scala planetaria nel ciclo dell'azoto e non è ancora completamente compreso. Si tratta in particolare di uno dei "pozzi di azoto" in quanto vi sono pozzi di carbonio . È stato oggetto di numerosi studi riguardanti i suoi aspetti ecologici , agronomici , microbiologici , fisiologici , biogeochimici , genetici o simbiotici . Probabilmente è apparso presto nell'evoluzione ed è stato trovato in particolare in alcuni archaea alofili o ipertermofili ma anche nei mitocondri di alcuni funghi .
Anche le piante e il loro apparato radicale , che liberano il terreno o i sedimenti (ad esempio per canneti , mangrovie o risaie nelle risaie ) e sono il supporto per intensi scambi (spesso simbionti con funghi micorrizici e/o batteri simbionti ), svolgono un ruolo ruolo nei principali processi di denitrificazione in atto nei suoli, soprattutto sotto prati , boschi , canneti , torbiere e altre zone umide . Un ruolo in qualche modo equivalente (pulizia del substrato e bioturbazione) è svolto nei sedimenti da diverse specie scavatrici.
Tranne che in terreni molto aerati, l'ossigeno O 2 si diffonde poco nel suolo (pochi millimetri). Questo fenomeno è ulteriormente accentuato nei terreni compattati e/o impregnati d'acqua (nel caso ad esempio di terreno idromorfo ). C'è il 21% di ossigeno nell'atmosfera terrestre, o circa 300 mg per litro d'aria e solo ( al massimo ) 8 mg per 1 kg (1 litro) di acqua. Di conseguenza, i batteri presenti in questi tipi di suoli mancano di ossigeno, necessario per la loro sopravvivenza, sviluppo e respirazione cellulare, soprattutto quando l'acqua ha riempito tutte le lacune del terreno precedentemente contenente aria.
È allora che i " batteri denitrificanti " operano la denitrificazione: riducono lo ione nitrato NO 3 - , facilmente solubile nella soluzione del terreno grazie ai legami idrogeno che stabilisce con le molecole d'acqua e facilmente assorbito dalle molecole d'acqua. , in ione nitrito NO 2 - , poi in monossido di azoto NO, poi in N 2 O (protossido di azoto) e infine in azoto N 2 , privo di ossigeno e naturalmente presente nella nostra atmosfera e che poi fuoriuscirà dal suolo per volatilizzazione, per unirsi a quest'ultimo. La denitrificazione segue tutte o parte di queste reazioni successive (l'enzima che catalizza la reazione mostrata tra parentesi):
NO 3 - + 2 H + + 2 e - → NO 2- + H 2 O ( nitrato reduttasi ) NO 2- + 2 H + + e - → NO + H 2 O ( nitrito reduttasi ) 2 NO + 2 H + + 2 e - → N 2 O+ H 2 O ( ossido nitrico reduttasi ) N 2 O+ 2 H + + 2 e - → N 2+ H 2 O ( protossido di azoto reduttasi )L'intero processo può essere espresso come una reazione redox bilanciata, per cui il nitrato (NO 3 - ) viene completamente ridotto come azoto N 2 :
2 NO 3 - + 10 e - + 12 H + → N 2 + 6 H 2 OA volte questi batteri non arrivano alla fase finale di questa reazione, se il livello di ossigeno è in parte sufficiente a soddisfare i loro bisogni. La denitrificazione viene poi in parte fermata agli stadi di NO o, più spesso, di N 2 O che è un gas serra .
Questa reazione è molto importante in ecologia , perché controlla parzialmente il ciclo dell'azoto e alcuni processi di eutrofizzazione e/o acidificazione dell'acqua dolce . Questi batteri svolgono un ruolo importante anche nel campo del trattamento delle acque reflue , in particolare nella lagunaggio naturale .
È di grande importanza anche in agricoltura per il controllo del fabbisogno di azoto delle piante e dei microrganismi del suolo, e come parte di una lotta naturale contro l'inquinamento da fertilizzanti azotati, che essendo molto solubili possono inquinare da nitrati, piogge e acque superficiali e sotterranee.
Le analisi isotopiche e gli studi basati sul monitoraggio degli isotopi stabili dell'azoto per comprendere meglio questo processo e più in generale nell'ambito del ciclo biogeochimico dell'azoto, passato o presente (nel paleoambientale e sotto paleoclima diverso).
Si sta inoltre cercando di realizzare (possibilmente mediante biomimetica ) sistemi seminaturali per il disinquinamento degli scarichi azotati mediante l'utilizzo di batteri denitrificanti, in particolare per il trattamento degli scarichi agricoli in situ .