Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului [605631]

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

1
UNIVERSITATEA DIN CRAIOVA
FACULTATEA DE HORTICULTURĂ
SPECIALIZAREA: INGINERIA ȘI PROTECȚIA MEDIULUI ÎN AGRICULTURĂ

PROIECT DE DIPLOMĂ

COORDONATOR ȘTIINȚIFIC
Prof. univ. dr. DANIELA POPA

ABSOLVENT: [anonimizat]
2018

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

2

UNIVERSITATEA DIN CRAIOVA

FACULTATEA DE HORTICULTURĂ
SPECIALIZAREA: INGINERIA ȘI PROTECȚIA MEDIULUI ÎN
AGRICULTURĂ

Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea
solului

COORDONATOR ȘTIINȚIFIC
Prof. univ. dr. DANIELA POPA

ABSOLVENT: [anonimizat]
2018

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

3
Cuprins

INTRODUCERE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………… 5
Partea I. Stadiul actual al cunoașterii în domeniul strict al temei abordate 6
CAPITOLUL 1 – AZOTUL ÎN NATURĂ ………………………….. ………………………….. ………………. 7
1.1 AZOTUL – ELEMENTUL ESENȚIAL BIOGEN. IMPORTANȚA PENTRU
CALITATEA SOLULUI ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 7
1.2. BIOTEHNOLOGII RECOMANDATE PENTRU FIXAREA AZOTULUI ÎN SOL ……. 9
CAPITOLUL 2 – IMPLICAREA MICROORGANISMELOR ÎN CIRCUITUL
AZOTULUI 14 ÎN NATURĂ ………………………….. ………………………….. ………………. 14
2.1. SCURT ISTORIC AL DEZVOLTĂRII CERCETĂRILOR ASUPRA
MICROORGANISMELOR CE REALIZEAZĂ CIRCUITUL AZOTULUI ÎN NATURĂ .. 14
2.2. PRINCIPALELE ETAPE ALE CIRCUITULUI AZOTULUI ÎN NATURĂ …………….. 16
2.2.1. Fixarea azotului atmosferic ………………………….. ………………………….. ……………………….. 18
2.2.2. Amonificarea ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………. 20
2.2.3. Bacteriile nitrificatoare ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 22
2.2.4. Denitrificarea ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………. 24
Partea a II -a – Scopul lucrării. Material și metodă ………………………….. ……………………… 26
CAPITOLUL 3 – SCOPUL LUCRĂRII. MATERIAL ȘI METODĂ ………………………….. …. 27
3.1. SCOPUL LUCRĂRII ȘI OBIECTIVELE PROPUSE ………………………….. ………………… 27
3.2. MATERIAL ȘI METODĂ ………………………….. ………………………….. …………………………. 27
Partea a III -a. – Rezultate și discuții ………………………….. ………………………….. ……………….. 33
CAPITOLUL 4 – REZULTATE OBȚINUTE PRIVIND EVOLUȚIA PARAMETRILOR
MICROBIOLOGICI IMPLICAȚI ÎN PROCESUL DE NITRIFICARE ÎN SOLUL
VITICOL ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 34
4.1. REZULTATE ȘI DISCUȚII ………………………….. ………………………….. ……………………. 34
CONCLUZII ȘI RECOMANDĂRI ………………………….. ………………………….. ……………………… 52
BIBLIOGRAFIE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 54
ANEXA 1 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 55

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

4

PREAMBUL:

“Este îngrozitor s ă consta ți că din teritoriul na țional pleac ă anual în medie
peste 100 milioane tone sol fertil, o bog ăție natural ă pe care bunul Dumnezeu
ne-a dat -o și pe care noi niciodat ă nu vom putea s -o mai recuper ăm. Am
pierdut -o pentru c ă n-am știut s -o gestion ăm, pentru c ă am fost fie ne știutori,
fie lacomi, fie amândou ă deodat ă, oricum am fost foarte „R ĂI” cu p ământul
care ne -a iubit și ne-a hrănit milenii de -a rândul.” – Mihai BERCA

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

5

INTRODUCERE

Azotul reprezintă un element foarte important, responsabil pentru existența vieții în
biosferă și totodată apare în structura tuturor proteinelor și a acizilor nucleici. Acesta este prezent
în natur ă în cantită ți mari, însă prezintă o invariabil itate a formelor inaccesibile în mod direct ,
plantelor, dar și animalelor.
Am ales această temă d eoarece azotul, dar și microorganismele sunt foarte importante
pentru biosferă și pentru existența vieții așa cum o cunoaștem. De asemenea, este nevoie să avem
aceste cunoștințe privind aplicarea corectă a fertilizanților pentru că furnizarea hranei de car e
avem nevoie, în mare parte, din agricultură provine.
În contextul agricol actual, a apărut o limitare privind aplicarea nerațională a fertilizanților
pe bază de zot , în vederea reducerii posibilității de apariție a proceselor de levigare și de
îmbogățir e în nitrați a pânzei de apă freatică, depreciindu -se astfel sursele de apă potabilă. Mai
mult, din cauza crizei energetice și a apariției efectelor secundare în folosirea îngrășămintelor
chimice care conțin formule pe bază de azot, se acționează în prezen t în direcția aplicării
mecanismelor naturale de fixare a azotului, îmbunătățindu -se în același timp etapele care fac
parte din circuitul azotului.
Circuitul azotului în natură are de -a face cu o serie de procese și organisme care au rolul
de a transforma azotul într -o formă asimilabilă, putând fi pus în felul acesta la dispoziția
plantelor. În cadrul sistemelor agricole, în funcție de nivelul de azot prezent în sol este calculată
și productivitatea.
O serie de microorganisme au capacitatea de a utiliza ni trații ca acceptori de electroni și
să metabolizeze substanțele organice în lipsa oxigenului, iar în timpul acestui proces, nitrații sunt
reduși la nitriți, apoi la oxid de azot și în final la azot molecular, de aceea microorganismele sunt
esențiale în rea lizarea circuitului azotului în natură.

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

6

Partea I
Stadiul actual al cunoașterii în domeniul strict al temei abordate

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

7
CAPITOLUL 1 – AZOTUL ÎN NATURĂ

1.1 AZOTUL – ELEMENTUL ESENȚIAL BIOGEN. IMPORTANȚA
PENTRU CALITATEA SOLULUI

Azotul este un gaz incolor, inodor, insipid, diatomic și nemetalic care o cupă 78,08% din
atmosfera Pământului și este considerat elementul cel mai important în formarea ecosistemelor,
deoarece ajută la constituirea aminoacizilor, elemente care pun baza în formarea proteinelor. La
acest procent se adaugă și cantități semnificative de azot care există în structura plantelor, dar și a
animalelor terestre, în humus, în roci și în substanțele organice existente în organismele vii din
mări și oceane. În natură, a zotul se g ăsește în diferite forme: monoxid de azot (NO), dioxid de
azot (NO2), acid azotic (HNO3), acid azotos (N2O), amoniac (NH3) etc.
În circuitul azotului în natură întâlnim azotul mineral, care este folosit de către plante și
apoi inclus în structura acestora sub forma unor constituenți celulari. Pentru că au nevoie de o
sursă de azot, animalele au o dependență mare de plante. Țesuturile de origine vegetală și
animalele care mor ajung să fie mineralizate printr -un proces de proteoliză și amonificare și apoi
sunt transformate prin procesul de nitrificare, în niște forme care le conferă accesibilita te
plantelor. Chiar și așa, solul suferă pierderi mari de azot, atunci când au loc procesele de
denitrificare și levigație, iar plantele de cultură și cele adiționale sunt afectate. Se întâmplă de
multe ori ca să fie depășită cantitatea de azot disponibilă , iar atunci trebuie să se îmbunătățească
solul în azot combinat, ori în mod natural, prin fixare biologică a azotului atmosferic, ori
artificial, adăugându -se îngrășăminte azotate ( Stevenson, Cole , 1999) .
Se apreciază că prin activitatea microorganismelo r se recuperează 5 x 106 t/an
sub formă de compuși anorganici solubili , dar depunerile animale depășesc cantitatea
recuperată, ceea ce semnifică scoaterea lui din circuitul natural a acestei cantități de compuși cu
azot. Solul este o sursă principală de nu trienți minerali, dar și de apă, de care au nevoie plantele.
Plantele care sunt cultivate au nevoie de elementele principale din natură: apă, lumină, dioxid de
carbon, dar și de nutrienți minerali (azot, potasiu, calciu, fosfor, sulf, magneziu și alte
microelemente). Pentru ca solul să asigure nutrienții care sunt necesari pentru plante, trebuie să se
analizeze nivelul acestuia de fertilitate. Atunci când se încearcă o îndepărtare naturală a
nutrienților din sol, prin absorbția acestora în planta propriu -zisă, prin levigare sau prin oricare

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

8
alte procese de tipul acesta, conținuturile formelor mobile conținute de elementele nutritive scad,
iar capacitatea de producție a solurilor cunoaște, în mod treptat, un declin.
De aceea, este foarte important ca să se aplice îngrășăminte minerale și organice.
Mobilitatea nutrienților prin procese naturale scade și ea (absorbție, fixare etc), însă pentru
protejarea mediului, trebuie să se gestioneze și să se utilizeze în mod corect îngrășămintele în
orice tip de exploata ție, fie ea agricolă sau agrozootehnică (Borlan, 1994).
Atunci când se folosesc îngrășămintele, trebuie să se realizeaze și o previziune realistă de
către producătorul agricol, întrucât trebuie să se ia în seamă condițiile pedoclimatice de la nivel
local , de potențialul productiv pe care îl au culturile, dar și de nivelul tehnologic al unității
agricole. Îngrășămintele organice și minerale care conțin azot, datorită comportamentului
complex pe care îl are acest nutrient în sol și modul atât de ușor cu car e acesta se pierde sub
forma nitraților, prin atrenarea apelor de infiltrație și a scurgerilor de suprafață, are nevoie de o
atenție deosebită în zonele vulnerabile la poluarea apeloc cu nitrați agricoli (Cod de bune practice
Agricole, 2003).
În ceea ce privește fixarea biologică a azotului atmosferic, aceasta este realizată la o
temperatură și o presiune ambientală. La fixarea biologică este folosită energia solară care este
captată fotosintetic și care se desfășoară în câmp, consumurile energetice care sunt utilizate
pentru transport și pentru administrarea de îngrășăminte chimice fiind excluse. Pe pajiștile
naturale sau semănate, fluxul azotului este realizat cu ajutorul a trei componente din cadrul
relației pe care se bazează culturile, și anume: sol -plantă -animal. De asemenea, fixarea azotului
din atmosferă se poate realiza cu ajutorul a trei căi: Biologică; Tehnică;Atmosferică sau chimică.
Fixarea azotului , la modul general, semnifică procesul de transformare prin care trece
forma inertă a azotului chimic, fie el elementar sau molecular, prin reducere în forme
biodisponibile. Această fixare a azotului reprezintă o parte esențială din cadrul circuitului
azotului în natură . Prin procesul de fixare biologică sunt introduse în sol cantități foar te mari de
azot. Prin urmare fixarea azotului molecular are în natură și mai ales în practica agricolă, o
importanță foarte mare. Plantele iau azotul din soluția solului sub formă de ioni de NO 3¯,
NO 2¯, NH 4+. Azotul participă în plantă la compoziția substanțelor proteice, a acizilor nucleici, a
clorofilei, a unor vitamine și fermenți și a unor substanțe anorganice.
Fixarea nesimbiotică a azotului este realizată în sol sau în apă și este formată din procesul
de reduce a azotului până se for mează amoniacul. În ceea ce privește fixarea biologică a azotului,

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

9
aceasta are loc prin reducerea moleculei de azot în amoniacul, prin complexul de nitrogeneză,
care are și rolul de catalizator.
Pe de altă parte, procesul de denitrificare se realizează i nvers față de procesul de
nitrificare și acestra poate avea loc în sol sau în plante. Conform unor cercetători de la institutul
Max Planck din Germania, denitrificarea în sol are loc, în mod normal atunci când există condiții
de anaerobioză de către foarte multe bacterii, care se pot clona din o mulțime de populații diferite
și care se pot adapta procesului propriu -zis (Borlan, 1994).
Circuitul azotului este un proces echilibrat în cadrul ecosistemelor naturale datorită
proceselor de fixare, pe când în sis temele unde se practică agricultura intensivă, pierderile
suferite ajung să depășească ritmul de înlocuire. A fost estimat că aproximativ 35% din populația
din lumea întreagă are o dependență ridicată față de îngrășămintele azotate. Deși se înregistrează
scurgeri în cadrul circuitului prin denitrificare și depozitarea unor substanțe organice în
sedimente, per total, bilanțul de la nivelul global al circuitului biogeochimic al azotului este unul
pozitiv în raport cu biosfera. Pozivitatea bilanțului este dată de faptul că azotul este mai mult
fixat, decât se pierde și este un lucru extrem de important, întrucât biomasa biosferei înregistrează
creștere. Activitatea umană are și ea un rol esențial, iar oamenii sunt din ce în ce mai conștienți
de acest aspect, de oarece este nevoie de proteine în alimentație.

1.2. BIOTEHNOLOGII RECOMANDATE PENTRU FIXAREA AZOTULUI
ÎN SOL

Pentru intensificarea unur procese ale fenomenelor naturale s -a făcut cunoscută
importanța biotehnologiilor, care se implică în ciclurile biolo gice, dar și geochimice naturale,
acestea servind ca și instrumente pentru a repara anumite intervenții umane, sau pentru a obține
avantaje pentru oameni. Rolul biotehnologiilor este de a exploata anumite tipuri de
microorganisme necesare pentru a lupta îm potriva unor agenți patogeni pentru om, dar și pentru
mediu. Un lucru extrem de cunoscut este și faptul că bacteriile sunt creatorii ciclurilor de natură
biologică ale azotului, carbonului, sulfului și oxigenului. Atunci când aceste cicluri sunt
modificate , se pot vedea efecte care au acțiuni asupra metabolismelor naturale, iar apoi, dacă
luăm ca exemplu efectului de seră, acesta izolează și încălzește globul, topește ghețarii și

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

10
modifică clima. Rolul bacteriilor din ocean este de a fixa mai mult de 50% din acest ciclu. Dacă
procesul de mineralizare este întrerupt, acest lucru poate duce chiar la dispariția întregii planete.
Bacteriile sunt cele care ajută la degradarea materiei organice și produc gazul carbonic
care este fixat la lumina solară de către org anismele vegetale superioare, astfel se obțin proteinele
care sunt atât de importante în alimentația oamenilor și a animalelor. Apoi, bacteriile sunt cele
care descompun deșeurile organice care sunt produse de om și de animale.
Azotul inhalat odată cu aeru l este eliminat prin procesul de expirație, fiind apoi fixat și
utilizat sub formă de compuși ca NH3, nitrat de către bacterii, furnizând o mare parte din
proteinele necesare pentru creșterea bacteriilor. Și de această dată, 50% din azotul atmosferic, din
sol sau apă este adus la stadiul de compuși asimilabili pentru plante, proces realizat cu ajutorul
bacteriilor. Cu ajutorul ecologiei microbiene a solului, se poate observa că diversele
microorganisme din sol ajută la menținerea echilibrului, iar fiecare s pecie în parte are rolul său în
cadrul procesului de îndepărtare a paraziților și a altor insecte care dăunează solului. Ținerea sub
control a ciclului azotului este cel mai important rol pe care biologia îl are în natură, deoarece
fără acesta, nu am obțin e proteinele, acizii nucleici, clorofila și pigmenții respiratori etc.
Biotehnologiile sunt cele care au ajutat, până în prezent, la fixarea cea mai rapidă în mod
direct a azotului cu ajutorul anumitor bacterii, care produc enzima nitrogenază. Enzima aceasta
transformă azotul în NH3, putând fi asimilat cât mai ușor de plante. Aceste enzime care fixează
azotul au fost ajutate și de ingineria genetică.
Cercetări în domeniu au evidențiat că prin cultivarea drojdiilor pe parafinele din
bioreactoare, unde sunt introduce parafine, amoniac (o sursă de N, care ajută la menținerea pH –
ului din mediu) și drojdii (Candida sau Saccharomyces), drojdiile oxidând hidrocarburile în acizi
grași cu ajutorul hidroxilazelor. Ulterior, acizii grași urmează să fie degradați cu ajutorul acetil –
CoA, tranformându -se în proteine celulare. Microorganisme le fixatoare de azot pot fi împărțite în
două grupe: Simbiotice și Fixatoare libere.
Pe cale simbiotică, cele mai energice sunt bacteriile fixatoare de azot (simbiotice).
Pornesc din sol, pătrunzând în rădăcinile plantelor prin intermediul perilor radicula ri, unde găsesc
hrană din abundență și are loc o înmulțire rapidă. Prin infecție, este stimulate diviziunea celulelor
în țesutul meristematic și stimulează formarea nodozităților. Atât mărimea, cât și forma acestor
nodozități este diversificată. Nodozități le cele mai mari sunt formate pe rădăcinile de soia, fasole
și lupin și au forma rotunda, iar cele mai mici sunt întâlnite pe lucernă și trifoi.

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

11
Măsurarea cantității de azot care este fixate anual nu este exacta, această cantitate fiind
diferită în funcți e de speciile de plante, condițiile de mediu existente și de tipul bacteriilor.
Solurile favorizate de bacteriile simbiotice sunt cele fertile, care au reacții aproape neutre.
În legătură cu folosirea Nitraginului, această metodă este foarte important în tratarea
plantelor leguminoase cu aceste preparate care au în compoziție bacterii simbiotice, deoarece se
intensifică procesul prin care se fixează azotul. Se folosește nitraginul în cazul în care semănatul
se va face pe un sol în care nu au mai fost culti vate plante leguminoase anterior, dar și în cazul în
care se dorește introducerea tulpinilor de bacterii mai active decât cele care sunt rezistente
spontan în sol. Preparatul de N itragin1 se livrează în sticle, iar stratul bacterian din flacoane este
spălat înainte de semănare, se diluează cu apă și se tratează semințele, pentru a se realiza infecția
sau inocularea cu bacterii. Avantajele procedurii:
✓ Producerea rapidă a infecției , bacteriile fiind puse în contact direct prin
intermediul perilor radiculari;
✓ Este o procedură ușor de realizat;
✓ Costul nitroginului, care este unul mic.
Alte biotehnologii recomandate pentru fixarea azotului în sol sunt următoarele:
➢ Ridicarea nivelul de activitate fixatoare pe care le au tulpinile de Rhizobium
atunci când se transferă genele Hup2, cele care au rolul de a asigura o reciclare
eficientă a hidrogenului care se produce în nodozități
➢ Realizarea transferului genelor Nif la bacteriile nefixatoare de azot pentru a se
obține bacterii noi care să aibă aceeași proprietate. Pentru a se asigura o stabilitate
și un nivel de activitate în celulele noi, trebuie să se tranfere între 20 și 40 de gene.
Alte dificultăți mai apar și din c auză că trebuie să se facă aprovizionarea cu ATP3,
să se protejeze nitrogenaza de acțiunea oxigenului, care poate inhiba, și să se
regleze sinteza anumitor produși codificați în cantitățile necesare.

1 Un substrat nutritiv, solid, care are pe suprafața lui o cultură bacteriană de forma unui strat mucilaginos, culoarea
fiind una albicioasă.
2 Hidrogenaza de înglobare
3 Denumire prescurtată a acidului adenozintrifosforic, compus, cu rol de acumulator energetic, prezent în toate
celulele vii.

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

12
➢ Obținerea unor plante care să poată să realizeze fixare a azotului printr -un transfer
a genelor Nif4, în mod autonom
➢ Ridicarea numărului spectrului gazdelor aflate în simbioze associate, pentru a
putea fi incluse cele mai importante plante de cultură. Partea mai dificilă este
cunoașterea incomplete a bazelor g eneticii și biochimiei fixării azotului și a tuturor
asociaților de natură simbiotică. Riscul este acela ca bacteriile noi create sau
plantele care au suferit modificări să stârnească dezeechilibre, afectând circulația
altor elemente din natură (P, K, Mg e tc.), să se activeze niște microorganisme care
să intre în competiție cu acelea care au fost modificate din punct de vedere
genetic. În urma unor cercetări, s -a reușit transferarea complexului de gene care
controlează fixarea azotului de la Klebsiellapneum oniae5 la Escherichia coli.
Mai mult decât atât, în urma unor experimente, s -au introus bacterii fixatoare de azot la
pin, utilizându -se fungii ca și purtători de bacterii. În urma procedurii, plantele de pin au fixat
cantități mici de azot. După experime nt, ciuperca modificată de acțiunea bacterii a ajuns să
producă daune plantelor de pin și această variantă a fost eliminate. Nu toate experimentele
înregistrează success și de multe ori, intervențiile de genul pot face mai mult rău, decât să aibă
efecte po zitive. Riscurile care provin din urma acestor transferuri de gene sunt complexe,
deoarece nu este implicat doar transferul genelor care produc nitrogenaza, dar și transferul a
acelora care au rolul de a controla acele mecanisme prin care nitrogenaza este păzită de vreun
contact cu oxigenul. Deși transferul genelor care produc nitrogenază la Agrobacterium este unul
reușit, enzima produsă nu a fost active, întrucât bacteriile de tipul acesta sunt aerobe. De aceea, se
recomandă ca să se aplice acele tratament e optime pe cale biologică și acestea cuprind, cu
precădere, îngrășămintele azotate.
Savanții din întreaga lume caută procedee noi, mai ieftine și mai eficiente pentru fixarea
azotului. Cercetările se efectuează în două direcții: biologică și tehnică. În anii 1960 -1970 se
consider a că bacteriile fixatoare de azot liber au o contribuție minoră la economia globală a
acestui element în natură și la fertilitatea solului, pe baza următoarelor argumente:
– numărul celulelor de Azotobacter și Beijerin ckia, în foarte multe soluri, este relativ mic; s -a
demonstrat, în plus, că prezența în rizosferă a unui număr mare de bacterii fixatoare de azot, ca

4 Bacterii care au proprieta tea de a fixa azotul liber N2 din aer și îl reduce în amoniac (NH3); amoniacul și produșii
săi de transformare difuzează apoi în plantă și solul înconjurător .
5 KIeksiella pneunumiae constituie un germene multirezistent de la care pornesc epidemii le infecț ioase

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

13
Azotobacter, Beijerinckia, Derxia și Azospirillum , nu atestă rolul lor în economia azotului din
sistemul r espectiv;
– stimularea fixării azotului necesită consumul unor cantități mari de carbon organic;
– în prezența compușilor cu azot în mediu, îi utilizează preferențial pe aceștia, diminuându -și,
semnificativ, capacitatea fixatoare;
– în solurile fertile, activitatea lor este ușor inhibată de microorganismele nefixatoare care
consumă substraturile organice cu carbon.
În ansamblu, în special pe baza studiilor de laborator efectuate cu tehnici moderne, se
consideră că rolul acestei categorii de microorganis me în fixarea azotului și fertilitatea solului
este incert. Astfel se explică lipsa de interes pentru bacteriile Azotobacter, Beijerinckia,
Clostridium etc., at ât de mult studiate până în anii 1950. Leguminoasele cultivate și cele din flora
spontană intro duc în sol 90 x 106 tone N/an, respectiv aproximativ jum ătate din cantitatea totală
de azot fixat pe cale biologică. Capacitatea fixatoare a sistemului Rhizobium / lucernă sau
Rhizobium / lupin, poate reprezenta între 350 și 600 kg N/ha/an. Eficiența este de terminată de
caracterul integrat al simbiozei, în cursul căreia bacteriile beneficiază de glucidele sintetizate de
plante, în cursul fotosintezei, la rândul lor, cedând produșii rezultați din fixarea azotului, pe care
îi export ă direct din nodul în organismul plantei pe calea unui sistem specializat.
De semnal at un fapt deosebit, care, deși este raportat la perioada anilor 1970, își păstrează
întreaga semnificație. Câștigul total de azot fixat anual este de 92 milioane de tone, în timp ce
pierderile prin denitrificare sunt limitate la 83 tone N/an. Diferența de 9 milioane de tone/an
reprezintă, probabil, cantitatea de azot fixat care este introdus anual în biosferă, în structura
diferitelor molecule din sol, lacuri, râuri, oceane , precum și în rezervoarele subterane.
Putem întâlni o acțiune directă împotriva organismelor, alterând un proces fundamental
comun. Poate exista și o acțiune selectivă, fiind inhibate doar procesele vitale ale unui grup de
microorganisme. Unele erbicide pot favoriza, direct sau indirect, o serie de microorganisme care,
astfel, pot substitui alți compuși ai microbiotei, modificând echilibrul microbian al solului.
Microbiota solului alcătuiește un microsol dinamic și complex ale cărei populații se află într -un
echilibru foarte delicat, echilibru menținut printr -o complexitate de interacțiuni a căror natură, de
multe ori, ne este cunoscută. Există posibilitatea de tulburare a acestei interacțiuni prin aplicarea
erbicidelor – a pesticidelor, în general. Prin aceasta se poate tulbura fertilitatea optimă a solului.
Practica agricolă influențează în mod direct sau indirect asupra diversității biologice , această
acțiune relief ându -se la diferite niveluri .

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

14

CAPITOLUL 2 – IMPLICAREA MICROORGANISMELOR ÎN
CIRCUITUL AZ OTULUI
ÎN NATURĂ

2.1. S CURT ISTORIC AL DEZVOLTĂRII CERCETĂRILOR ASUPRA
MICROORGANISMELOR CE REALIZEAZĂ CIRCUITUL AZOTULUI
ÎN NATURĂ

Cercetătorul Delwiche ( 1981) a evidențiat ceva important, chiar dacă este raportat la acea
perioadă, are relevanță și în prezent și este vorba de faptul că deși câștigul total al azotului fixat
ajunge anual la 92 de miloane de tone, pierderile suferite prin procesul de denitrifi care se
limitează la 83 de tone N anual. Această diferență de 9 milioane de tone anul poate să reprezinte
cantitatea de azot fixat care este introdusă în fiecare an în biosferă, precum și în cadrul structurii
diverselor molecule prezente în sol, lacuri, râ uri, oceane, dar și în rezervoarele subterane.
Conform autorilor Ghinea și Gheorghiade (l970) se poate întâlni o acțiune directă
împotriva organismelor, alterându -se un proces esențial comun . Se poate întâlni și o acțiune de
tip selectiv, în acest caz pro cesele vitale ale unui grup de microorganisme fiind supuse inhibării.
Unele erbicide au capacitatea de a favoriza o serie de microorganisme care pot, în felul acesta să
substituiască anumiți compuși care fac parte din microbiotă, modificându -se totodată și echilibrul
microbian al solului.
Microbiota solului are în alcătuirea sa un microsol caracterizat prin dinamism și
complexitate, iar populația sa se află într -un echilibru firav, deoarece acest echilibru se
menține printr -o mulțime de interacțiuni comple xe, iar natura acestora nu este cunoscută
întotdeauna.
Aceste interacțiuni pot fi tulburate chiar de aplicarea erbicidelor sau a pesticidelor la
modul general. Prin aplicarea acestora, există posibilitatea de tulburare a fertilității adecvate pe
care o ar e solul. De aceea, un obiectiv important pe care îl are agricultura îl reprezintă este
asigurarea unor condiții optime pentru speciile care sunt importante din punct de vedere
comercial, folosindu -se erbicidele chiar dacă dăunează multor altor specii.

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

15
În general, practica agricolă poate influența atât în mod direct, cât și indirect diversitatea
biologică. Această acțiune este evidențiată pe mai multe nivele, iar cauzele cele mai cunoscute
pentru care biodiversitatea este deterioriată sunt următoarele:
➢ la nivelul ecosistemelor și habitatelor : a fost influențată în mod direct
scăderea habitatelor a multe specii de insecte, păsări, amfibii, plante
superioare și inferioare, mamifere.
➢ la nivelul speciilor : folosirea erbicidelor poate dăuna speciilor
comen sale, iar utilizarea insecticidelor dăunează microfaunei. Sunt
tulburate ciclurile d e dezvoltare în cazul multor organisme.
Cercetătorii au mai observat că atât mecanizarea, cât și fertilizarea dăunează echilibrului
realizate între specii, deoarece a cesta se modifică, la nivel genetic spre exemplu, apare o scădere
a numărului de specii, rase folosite etc.
Monocultura are rolul de a aduce elemente benefice în cadrul acestui proces, întrucât are
loc o eroziune genetică ireversibilă a speciilor animale și vegetale. În urma unui studiu, s -a
observat efectul toxic pe care îl au diverse grupe de erbicide. De astfel, s -a mai analizat și nivelul
diferit de sensibilitate la aminotriazine, în mod special la tulpina care face parte din aceeași
specie microbiană.
În ceea ce privesc diazinele, din punct de vedere microbiologic, a fost supusă studiului
hidrazida maleică. S -a constatat că aceasta, folosită în doze normale, poate provoca o stimulare
ușoară a microbiotei solului, iar dozele folosite în exces pot fi in hibatoare ( Atlas, Ronald M. și
colab., 1997). De asemenea, s -a apreciat faptul că acei derivați ai ureei reprezintă cele mai toxice
erbicide și dăunează microbiotei solului la un nivel foarte mare. Pe de altă parte, cei care au un
efect depresiv temporar s unt carbonații. Mai mult, în timp ce la nivel local (în special în cadrul
suprafețelor care sunt supuse agriculturii intensive) se ridică problema evitării unui deficit de
azot, la nivel global, bilanțul circuitului de azot are o valoare pozitivă. Acest lu cru se întâmplă
datorită faptului că, la nivelul biosferei, nivelul cantității de azot fixat este mai ridicat decât cel
pierdut prin intermediul recoltărilor, denitrificărilor și a depunerilor de sedimente. Prin creșterea
aportului de azot, la nivelul apel or de suprafață și subterane în mod special, apare riscul ca
această concentrație de azot foarte ridicată să ajungă să depășească nivelul care este acceptabil
pentru consumul oamenilor.

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

16
De al tfel, se pune problema riscului ca, la nivel global, denitrifica rea să ajungă să fie
esențială pentru a fi controlat nivelul de azot fixat în biosferă. În acest fel, efortul de îmbogățire a
solului în azot se va înblocui cu efortul de menținere, în limite normale, a ciclului de azot
(Tortora, 2012).

2.2. P RINCIP ALELE ETAPE ALE CIRCUITULUI AZOTULUI ÎN
NATURĂ

Circulația biologică a azotului este un proces care se desfășoară în mod lent și continuucu
ajutorul căruia , sub acțiunea a peste 100 de genuri de bacterii diferite, azotul gazos atmosferic se
va converti la forme fixe, care sunt utilizate de plante și apoi introduse în forme organice, în
constituenți structurali, utilizând u-se energia care este dobândită prin intermediul fotosintezei.
După ce mor plantele și animalele care au constituit compușii organici ai a zotului, aceștia trec
printr -un proces de mineralizare și restituire în cadrul marelui re zervor atmosferic.
În natură, circuitul azotului cuprinde o mulțime de procese și de organisme care se ocupă
de procesul transformării azotului într -o formă asimilabilă și apoi pus la dispoziția plantelor (fig.
1.). În cadrul sistemelor agricole, nivelul azotului care se afl ă în sol are o corelație puternică cu
nivelul productivității, iar acest lucru sporește importanța care este acordată microorganismelor
care pot converti azotul în forme care nu sunt accesibile pentru plante și care conduc în final la
pierderea unui sol f ertil (Delwiche, 1981). Circuitul azotului în natură implică etapa de fixare a
azotului, pe parcursul căreia bacteriile se ocupă de convertirea azotului atmosferic în amoniac,
etapa de descompunere în care microorganismele descompunătoare eliberează compuș ii de azot
din materia organică, etapa de amonificare unde bacteriile și fungii au rolul de a transforma
compușii organici de azot care provin de la plante și animale moarte și de a elibera excesul de
amoniac și ionii de amoniu, precum și o etapă în care i onii formați în etapa de amonificare sunt
convertiți în nitrați și nitriți.

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

17

Figura 1. Circuitul azotului în natură (după https://draganceadaniela.wordpress.com/2011/04/14/azotul/)

În cadrul ecosistemelor agricole modificate pot apărea procese de d enitrificare, unde
bacteriile pot face conversia nitraților și a nitriților în azot atmosferic, conducând la o depreciere
a fertilității solului și la apariția carenței de azot.
Circuitul azotului în natură se desfășoară pe parcursul a mai multor etape, unde sunt
implicate mai multe activități biochimice, unele desfășurându -se în anaerobioză iar altele în
prezența oxigenului. Etapele acestuia sunt următoarele:
✓ Fixarea N2;
✓ Amonificarea;
✓ Nitrificarea;
✓ Denitrificarea.
1. Fixarea azotului molecular se poate realiza atât pe cale abiotică, cât și biotică.
Pe cale abiotică , fixarea este realizată prin intermediul iradieri lor, descărcări lor electrice
și cu ajutorul precipitațiilor.
Pe cale biotică , fixarea azotului molecular este un proces care se desfășoară lent și
continuu prin intermediul căruia acționează peste100 tipuri de bacterii diferite, iar azotul gazos
atmosferic se convertește la niște forme fixe (NH4 -, NO3 -, NO2 -), care sunt utilizate de către
plante ș i apoi introduse în forme organice , folosindu -se energia obținută prin intermediul
fotosintezei .
Bacteriile participante la această fixare sunt grupate astfel (Delwiche, 1981) :
➢ Bacterii fixatoare de N2 libere aerobe;
➢ Bacterii fixatoare de N2 libere anaerobe;
➢ Bacterii fixatoare de N2 care trăiesc în asociație cu plantele.

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

18
În cazul bacteriilor fixatoare de N2 care trăiesc în asociație cu plantele, în funcție de
relația stabilită între cei doi parteneri, se întâlnesc trei tipuri de simbioză:
▪ Simbioza Rhizobium – leguminoase;
▪ Simbioza Actinomicete – neleguminoase;
▪ Simbioza asociativă.
2.Amonificarea se referă la procesul de mineralizare a azotului proteic până la NH3.
3. Nitrificarea conține două trepte intermediare: nitritarea ș i nitratare a unde are loc oxidarea
NH3 până la nitriți și nitrați.
4. Denitrificarea reprezintă procesul prin care este redus azotului nitric până la azot molecular,
închei ându-se în felul acesta circuitul azotului.
Totalitatea proceselor care se desfășo ară pe parcursul acestor patru etape sunt
intermediate doar de bacterii, excepție făcând o etapă care precedă amonificarea, respectiv
proteoliza, în cadrul căreia pot acționa și microfungii. Pe când în cadrul ecosistemelor naturale,
circuitul azotului este un proces realizat în mod echilibrat, pierderile de azot din sol fiind
compensate prin procese de fixare, în cadrul sistemelor în care are loc activitatea agricolă,
pierderile ajung să depășească ritmul de înlocuire. Pe când rezervele de azot din sol sunt limitate,
ducând la apariția unor dezechilibre frecvente între nevoi a de azot și posibilitatea de satisfacere a
acesteia , rezerva de azot atmosferic, este inepuizabilă. Conform calculelor, s -a demonstrat că
rezerva de azot atmosferic ar putea ajunge pentr u cel puțin 800.000 ani. Dar, din păcate, această
cantitate imensă nu poate fi accesată în mod direct de organisemele vii și de plantele superioare.

2.2.1. Fixarea azotului atmosferic
Fixarea simbiotică a azotului în plante se face în nodozitățile radicu lare aflate în
leguminoase, dar și în nodozitățile care se dezvoltă pe rădăcinile altor plante. Bacteriile
formatoare de rizobi sunt studiate foarte intens, mai ales cu referire la fixarea azotului în mod
simbiotic , deoarece au o legătură directă managemen tul privind nivelul de fertilitate pe care îl au
solurile care sunt folosite pentru culturi agricole.
În momentul actual, taxonomia bacteriilor care au capacitatea de a forma rizobi este
cuprinsă din peste 90 de specii, care sunt grupate în 14 genuri, având un număr de specii capabile
de nodulare variat : Rhizobium, Mesorhizobium, Azorhizobium, Sinorhizobium, Ensifer,

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

19
Bradyrhizobium, Phyllobacterium, Microvirga, Methylbacterium, Burkholderia, Shinella,
Devosia, Ochrobactrum și Cupriavidus .
Fixarea nesimbiotică a azotului reprezintă proces complex, pe care îl întâlnim în fiecare
ecosistem terestru, desfășurându -se la suprafața plantelor și în frunze, pe substratul organic mort
de la suprafața solului și în sol, iar resursa atmosferică asigura tă acelor microorganisme implicate
în procesul acesta nu are limite .
De-a lungul timpului, fixarea nesimbiotică a azotului s -a transformat într -o sursă critică de
azot, mai ales în acele ecosisteme unde există un număr scăzut de plante care se pot asocia cu
microorganismele pentru a realiza fixarea simbiotică. Printre cele mai reprezentative bacterii
capabile să realizeze o fixare nesimbiotică a azotului este Azotobacter ul, în sol fiind întâlnite cel
mai des speciile A. chroococcum, A. agilis, A. paspali ș i A. vinelandii etc.
Aceste bacterii transformă azotul atmosferic în amoniac, care reprezintă o formă
accesibilă pentru plante ca și sursă de azot. Pe lângă azot, acestea mai pot produce și
polizaharide. Pe lângă Azotobacter, s -au identificat și o serie d e bacterii corespunzătoare
genurilor Beijerinckia, Derxia, Azomonas, Bacillus, Clostridium, Desulfovibrio, Chlorobium,
Rhodopseudomonas și Rhodospirillum .
Fixarea nesimbiotică a azotului din ecosisteme se poate întâlni și la cianobacterii6 care au
capaci tatea de a produce și oxigen prin intermediul procese lor de fotosinteză, iar cele mai
întâlnite genuri sunt: Nostoc, Anabaena, Aulosira, Cylindrospermum și Trichodesmium .
O caracteristică deosebită a cianobacteriilor o reprezintă sensibilitatea ridicată a nitrogenazei7
față de oxigen și din această cauză nu pot avea loc concomitent cele două procese în celulele
cianobacteriene. Anumite tulpini fil amentoase de cianobacterii au înregistrat o evoluție,
producând celule terminale diferențiate, distincte din p unct de vedere morfologic și care sunt
specializate în fixarea azot ului, acestea numinându -se heterociști. Tipul acesta de evoluție
îngăduie filamentelor care au în conținutul lor heterociști să poată beneficia de procesul de fixare
fotosintetică a dioxid ului de carbon în celulele vegetative, dar și de fixarea anaerobă a azotului
atmosferic în heter ociști.

6 Bacterii fototrofe
7 Enzima responsabilă de fixarea azotului

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

20
2.2.2. Amonificarea
Amonificarea este procesul prin care amoniacul este produs din compuși organici, iar în
cadrul acestui proces participă majoritat ea populațiilor bacteriene aflate în sol. În etapa aceasta în
care este transformat azotul, proteinele se descompun în amino acizi, care sunt supuși și aceștia
unui proces de de aminare pentru a se elibera moleculele de amoniac atunci când organismelor vii
mor.Pe lângă amoniacul, în timpul procesului de amonificare se mai prodoc și acizi nucleici, uree
sau acid uric. Amonificarea este reprezentativă pentru populațiile bacteriene de Bacillus,
Clostri dium, Proteus, Pseudomonas, și Streptomyces din sol.
Amonificarea se desfășoară în două faze succesiv e:
✓ Faza nespecifică
✓ Faza specifică .
Faza nespecifică se referă la hidroliza compușilor organici cu st ructură complexă până la
nivelul moleculelor, care pot să pătrundă în celulele microorganismelor sau care pot fi
biodegradate.
Proteinele complexe și polipeptidele sunt biodegradate de către microorganisme cu ajutorul
enzimelor proteolitice (exoproteolitice sau endoproteolitice). Proteaze le acționează, atât asupra
proteinelor, cât și asupra oligopeptidelor. Sunt prezente două categorii de enzime care pot acționa
asupra proteinelor:
➢ Proteinazele sunt endoproteinaze și acționează din interiorul structurii proteinelor,
realizând clivarea lor în peptide.
➢ Peptidazele sunt exopeptidaze care acționeaz ă în mod secvențial asupr a lanțului
polipeptidic. Unele pot acționa asupra capătului terminal al lanț ului cu N și se numesc
aminopeptidaze sau aminoacil – peptid hidrolaze, iar altele pot acționa asupra întregii
grupări – COOH și se numesc carboxipeptidaze ( acil – aminoacid hidrolaze).
Ambele tipuri de peptidaze elibereză tripeptide sau dipeptide, din care vor rezulta aminoacizi
sub acțiunea tripeptidazelor sau dipeptidazelor.
Desfășurarea fazei nespe cifice se realizează sub acțiunea proteolitică a unor microorganisme
heterotrofe: Arthrobacter sp., Pseudomonas sp., Proteus sp., Serratia macernas, Bacillus subtilis,
B. megaterium, B. cereus, B. mycoides, B thermoproteolyticus, Clostridium sp.,

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

21
Flavobact erium sp. sau a unor fungi ca: Alternaria, Mucor, Aspergillus, Penicillium,
Rhizopus . La acestea se adaugă numeroase exoproteinaze de origine vegetală sau animală.
Faza specifică de amonificare se referă la eliberarea 𝑁𝐻3 din compușii retulați în faza
nespecifică, sub acțiunea enzimel or microorganismelor specifice. Sunt mai multe metode
metabolice prin care se realizează dezaminarea și anume (Delwiche, 1981) :
I. Dezaminarea oxidativă produsă de Aspergillus niger , Escherichia coli, Proteus
sp., Pseudomonas aeruginosa, B. subtilis . Se poate realiza ori cu amin oacid (L și
D) oxidaze, ori cu aminoacid (L) dehidrogenaze.
II. Dezaminarea reductivă este caracteristică bacteriilor anaerobe ( Clostridium sp .)
III. Dezaminarea desaturată este rea lizată cu ajutorul enzime lor de tipul aspartazei,
melilaspartazei, histidazei de către: E. coli, Proteus sp., Clostridium sp.,
Pseudomonas sp., Neurospora sp.
IV. Dezaminarea prin deshidratare este caracteristică hidroxiaminoacizilor și este
produsă de E. coli și Neurospora crassa .
Astfel, amoniacul care s -a format este volatil și s e dagajă în atmosferă, unde se poate
combina cu oxizi i de sulf și se poate reîntoarce în sol sub forma sulfatului de amoniu, putând
astfel să scadă riscul apariției ploilor acide sau se poate pierde. O parte din amoniacul care s -a
format în sol poate să fie absorbit temporar de către complexele argi lo-humice sau poate fi
convertit în aerobioză în 𝑁𝐻4+, apoi oxidat în nitrați, iar la final în nitrați.
Amonificarea se va desfășur a în limite normale dacă respectă limitele pH-ului neutru, la
temperaturi cuprinse între 2 -40°C, în straturile superficiale, structurate corespunzător, aerate și cu
o umiditate optimă.
Asimilarea amoniacului
Este realizată de către microorganisme , atât cu ajutorul amoniacului rezultat prin fixarea
𝑁2, cât și din amonificare.
Încorporarea 𝑁𝐻3 în compuși organici de către microorganisme stă la baza biosintezei
aminoacizilor, a glucidelor aminate, a bazelor purinice și pirimidianice.
Încorporarea 𝑁𝐻3 în compuși organici este realizată prin patru căi (Delwiche, 1981) :
1. Aminarea reductivă a α – cetoglutaratului la glutamat, sub acțiunea glutamat
dehidrogenazei.

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

22
α- Cetoglutarat + 𝑵𝑯𝟑 + NADPH + 𝑯+⇆𝑳 – glutamat + 𝑯𝟐O + 𝑵𝑨𝑫𝑷+
2. Combinarea 𝑁𝐻3 cu fumaratul cu ajutorul aspartazei (aspartatamoniu liaza) și
producerea de L – aspartat.
Fumarat + 𝑵𝑯𝟑⇆ L – aspartat
3. Încorporarea 𝑁𝐻3 în aminoacizi cu ajutorul alanin – dehidrogenazei
Piruvat + 𝑵𝑯𝟑 + 𝑯+ ⇆ L – α alanină
Aceasta este caracteristică actinomicetelor și genului Bacillus.
4. Producerea de glutamină din acid L – glutamic prin intermediul glutamin
sintetazei și a glutamat sintetazei.
Acid L – glutamic + ATP + 𝑵𝑯𝟑→𝒈𝒍𝒖𝒕𝒂𝒎𝒊𝒏 ă + ADP + Pi + 𝑯𝟐O
Glutamină + 𝑵𝑯𝟑→𝜶 cetoglutamat (α oxoglutarat)
Glutamina are o importanță deosebită pentru sinteza: purine lor, triptofan ului, histidin ei,
glucozamino – 6- fosfat ului și carbamilfosfat ului.
Prin aceste transformări vor rezulta o serie de aminoacizi esențiali :
L – glutamat + piruvat ⇄α cetoglutarat + alanină
L – glutamat + oxalilacetat ⇄𝛼 cetoglutarat + L aspartat
L – glutamat + glioxilat ⇄𝛼 cetoglutarat + glicocol
Transaminazele care acționează sunt de trei feluri:
➢ Transaminaza A : transferă gruparea 𝑁𝐻2 de la glutamat, aspartat,
tirozină, fenilanină, triptofan, metionină și leucină de α cetoacizii
corespunzători.
➢ Transminaza B : acționază pe glutamat, izoleucină, leucină și valină.
➢ Transminaza C : acționeză pe alanină și valină .

2.2.3. Bacteriile nitrificatoare
Nitrificarea reprezintă procesul prin care se oxidează NH3, dar și forme reduse ale N2
anorganic care se eliberează în sol în timpul procesului de amonificare în nitrati, care reprezintă o
formă asimilabilă pentru aproximativ toate plantele verzi.

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

23
Nitratii reprezintă în același timp și forma sub care N2 din sol este pierdut, deoarece sunt
solubili și sunt spălați de ploaie sau reduși la NH3, nitraț i sau chiar N2 molecular prin procesul de
denitrificare.
Natura biologică a procesului acesta s -a demonstrat prin sterilizarea solului prin înc ălzire
la 110 °C, sau prin tratarea cu ajutorul vapori lor de cloroform. Totodată, s-a demonstrat în
laborator că procesul se desfășoară în două faze:
1. Nitritarea – care constă în dispariția NH3, înlocuindu -l cu nitriț i.
2. Nitratarea , înlocuirea nitriț ilor cu nitrați (HNO2 -> HNO3).
Microorganismele nitrificatoare sunt autotrofe c himiosintetizante care își pot procura
energia necesară producerii substanțelor celulare proprii prin reacții chimice oxidative.
Aceste microorganisme sunt aerobe stricte – se răspândesc în toate tipurile de sol, și
folosesc ca sursă de carbon – C mineral din CO2 si carbonați, iar ca sursă de N amoniacul sau
nitriț ii.
Dintre bacteriile nitroa se se pot aminti următoarele : Nitrozomonas europaea,
Nitrosococcus oceanus, Nitrosospira briensis si Nitrosolobus multiformis, având rolul de a
transforma sărurile amoniacale în nitriț i.
Bacteriile nitrice (nitratbacteriile) cele mai cunoscute sunt: Nitrobacter Wino gradskii,
Nitrospira gracilis și Nitrococcus mobilis, care pot rea liza cea de -a doua etapă a nitrificarii:
nitratarea, care constă în oxidarea nitriților până la nitrați.
Nitrificarea reprezintă cea de -a 3-a etapă din cadrul circuitului azotului in natura și este un
proces extrem de important, întrucât transformă substa nțele azotate într -o formă cât mai
accesibilă pentur plante.
De asemenea, s -a constatat că, în general , numărul de microorganisme nitrificat oare se
află într -o relație de proporți onalitate cu fertilitatea solului, de aceea, în solurile fertile se poate
ajunge la până la un milion de bacterii pe gramul de sol. În comparație cu solurile înțelenite,
solurile fertile au un număr mare de nitrificatori deoarece sunt lucrate corespunzător și aerate
cum trebuie.

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

24
2.2.4. Denitrificarea
Nitrați i care se acumulează în sol, în urma procesului de nitrificare, sunt în mare parte
consumaț i de către plantele superioare, iar o altă cantitate (care este variabilă) este spălată de
apele de infiltrare și ș iroire.
Nitrații pot fi fol osiți și de microorganisme, fie prin asimilare în cadrul proceselor de
sinteză a protoplasmei acestora (asimilarea nitriților), fie că sunt reduși, pentru oxidarea unei
substanțe de natură organică sau minerală .
Denitrificarea reprezintă un proces prin car e circuitul este închis, prin î ntoarcerea
N2 molecular î napoi în natură . În procesul de denitrificare, reducerea nitraților se face fie până la
N2 sau NH 3, ori până la stadii intermediare ca nitriț i, acidul hiponitros etc.
Condiț iile optime de producere a denitrificării sunt atinse în cadrul solurile saturate cu apă
și în cadrul structurilor profunde în care pot reacționa anumite grupuri de microorganisme.
Bacteriile denitrificatoare propriu zise care se ocupă de reducerea NO 3- la
N2 sunt: Pseudomonas stutzeri si Pseudomonas denitrificans .
Se pot aminti următoarele microorganisme care se află în flora generală a solului și care
au capacitatea de a reduce NO 3- la NO 2: Bacillus megaterium, Escherichia coli, Pseudomonas
aeruginosa etc., precum și anumite bacterii sulfuroase ca și : Thiobacillus denitrificans .
Semnificaț ia acestui proces de denitrificare stârnește controverse și în prezent, fiind
considerat de anumiți cercetători drept un fenomen patologic, inconstant și care se produce foarte
rar în condițiile naturale avute de solurile de cultură. Este totuși cert că scăderea nitraților până la
N2 gazos reprezintă pentru solul în cauză o pierdere reală care poate să ajungă până la 120 kg
N2/ha/an, deși o parte din N 2 degajat poate fi preluat de fixatorii de N 2 anaerobi
precum : Clostridium pasteurianum . Totodată, o reducere incompletă, până la stadiile
intermediare, de nitri ți și NH 3, dăunează mai puțin fertilității respectivului sol , întrucât NH 3 poate
fi folosit de anumite microorgan isme heterotrofe, pe când nitriții sunt preluaț i de către
nitratbacterii și reoxidări în nitrați.
Pentru procesul de denitrificare este necesară existența (Vidican, 2007) :

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

25
▪ Condiții lor anoxice (mediu lipsit de oxigen cel mult 0,1 mg O2/l)
▪ Microorganisme lor heterotrofe anoxice .
Transformarea azotaților la azot gazos are loc cu ajutorul producerii alcalinității , ceea ce
va conduce la o creștere a pH-ului. Valorile optime ale pH-ului se găsesc în domeniu ( 7-8) cu
valorile optime diferind pentru difersele popul ații bacteriene. În caz că nu există destul substrat
organic pentru asigurarea procesul ui de denitrificare , se pot folosi diferiți compuși organici
precum: metanol, etanol, acidacetic, reziduuri materiale de natură organică. Printre s ursele cele
mai utilizate ca donori de electroni reprezintă materia organică din apa uzată și metanolul.
Această alegere se face ținând cont de partea economică și de disponibilitatea locală.
Factorii ce pot influența denitrificarea sunt:
▪ Temperatura
▪ pH-ul și alcalinitate a
▪ Inhibitorii.

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

26

Partea a II -a – Scopul lucrării. Material și metodă

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

27
CAPITOLUL 3 – SCOPUL LUCRĂRII. MATERIAL ȘI METODĂ

3.1. SCOPUL LUCRĂRII ȘI OBIECTIVELE PROPUSE
Considerând că menirea inginerului protecționist de mediu este să militeze pentru
ameliorarea și conservarea stării de fertilitate a solului – ca premiză a practicării unei agriculturi
ecologice – principala unealtă de lucru constă în recomandarea de noi ecotehnologii, prietenoase
cu mediul . Fertilitatea rămâne principala însușire a solului care determină longevitatea
plantațiilor și nivelul calitativ -cantitativ al producției. În contextul aplicării unei viticulturi
intensive, există riscul degradării solului, depășirii consumurilor energeti ce, inducerii unor efecte
secundare poluante și unor dezechilibre biocenotice; toate acestea converg spre diminuarea stării
de fertilitate și scăderea eficienței economice a exploatării viticole.
Pornind de la aceste considerente se constată că literatura de specialitate, deși oferă
numeroase informații privind aplicarea sistemelor de întreținere a solului în plantațiile viticole,
acestea sunt fragmentate, în majoritatea cazurilor unilaterale.
Astfel, în lucrarea de față tematica de cercetare abordată vi zează prezentarea
influenței diferitelor sisteme de întreținere a solului asupra parametrilor microbiologici
implicați în procesul de nitrificare în solul viticol , având drept obiective majore :
– dinamica grupelor fiziologice de microorganisme implicate în r ealizarea ciclului
biochimic al azotului și imlicit
– suprinderea modifi cărilor calitative ale microflorei totale din solul viticol sub influența
diferitelor sisteme de întreținere a solului.

3.2. MATERIAL ȘI METODĂ
Probele de sol au fost recoltate în perioada 2017 -2018 din plantația viticolă personală, din
localitatea Făurești, județul Vâlcea , plantație viticolă înființată acum 20 de ani cu soiuri hibride
de viță de vie , în care s -au aplicat sisteme diferite de înt reținere a solului, rezultând 3 variante de
studiu a microflorei solului viticol , respectiv :

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

28
-V1 manual care reprezintă varianta martor, întreținută permanent prin executarea manuală a
lucrărilor de mobilizare a solului – prin prașile manuale.
-V2 chimic varianta întreținută total prin dezerbare chimică, prin aplicarea erbicidului Pantera
40EC, care se aplică postemergent .
-V3 biologic varianta întreținută total prin înierbare naturală a solului cu floră spontană menținută
sub formă de gazon și aplicare de cosiri repetate.
Recoltarea probelor de sol pentru analize biologice
Conform literaturii de specialitate, s tudierea m icroorganismelor în ecosisteme le naturale
in situ întâmpină o serie de dificultăți tehnice insurmontabile, corelate cu lipsa de cunoștiințe
suficiente privind creștere a lor în natură, constrângerile și interacțiunile la care sunt expuse în
timp și în spați u. De aceea , recoltarea probelor este considerată ca fiind prima dificultate
majoră în studiul comunităților naturale de microorganisme , deoarece presupune
îndepărtarea acestora din mediul natural. De aceea, se apreciază că:
• Alegerea probelor reprezentative trebuie să țină seama de variabilitatea temporală
și spațială a distribuției microorganismelor în natură, să reflecte diversitatea lo r, și
pe cât posibil, densitatea lor în întregul ecosistem din care sunt preluate.
• Mărimea și numărul probelor recoltate reprezintă un alt factor important.
• Riscurile de eroare sunt minimalizate prin prelucrarea unor probe complexe
obținute prin amestecu l unor probe individuale.
Datorită heterogenității și particularităților microorganismelor (creștere sub formă de
agregate sau microcolonii niciodată uniform sau aleatoriu), obținerea unor probe reproductibile
este practic imposibilă, semnificația determin ării având doar valoare de „instantaneu fotografic"
al prezenței și densității microorganismelor în momentul examinării în spațiul analizat, foarte
diferit de zonele imediat adiacente.
In ceea ce privește aplicarea metodelor de cultivare prin însămânțarea suspensiilor diluate
de sol pe medii de cultură solidificate, valoarea ecologică a acestora este foarte limitată, mai ales
în studiile sinecologice cantitative, dând astfel dreptate anumitor autori (Karl, 1986), care

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

29
consideră că aceste tehnici duc la „ o totală pierdere de timp și acumulare de date inutile";
această afirmație este foarte motivată deoarece:
✓ solul reprezintă un mediu extrem de favorabil pentru dezvoltarea unei imense
heterogenități populaționale;
✓ este aproape imposibil de găsit un mediu de cultură atât de selectiv încât să
permită dezvoltarea unei singure specii ;
✓ mediile de cultură folosite în mod uzual satisfac exigențele de dezvoltare ale unui
număr limitat de microorganisme.
Ca urmare, numărul coloniilor crescute pe aceste medii este cu câteva ordine de mărime
mai mic decât cel real al bacteriilor active, deci t otal nerelevant.
Microorganismele „înfometate" sunt adesea mult mai apropiate de condiția natura lă decât
cele „supraalimentate", deci culturile de laborator (G.Zamea, 1994).
Rezultatele analizelor microbiologice de sol, de multe ori neconcludente au la origine,
în principal, neglijarea modului de recoltare a probelor de sol și a condițiilor de pregătire a lor.
In cadrul tematicii abordate s -a considerat că, datorită marii variabilități a condițiilor de
sol (umiditate, aera ție, tempera tură, intervenții antropice), o analiză biologică a solului, imediat
după recoltarea sa este nefolositoare. Este necesară o condiționare prealabilă a probelor de sol.
Astfel, probele au fost prelevate pe adâncimea de 0 -20 cm , formând o probă medie (pe vari anta
experimentală). Probele sunt trecute printr -o sită de 2 -2,5 mm și păstrate în pungi de plastic (care
permit schimbul de gaze, dar nu lasă vaporii de apă să iasă), la temperatura camerei, timp de 3 -4
săptămâni. In acest timp activitățile vitale (biotic e și enzimatice ) devin relativ constante, într -un
echilibru caracteristic umidității, aerației și materialului energetic și plastic al solului studiat.
Pentru determinarea activității microbiologice a solului în cadrul procesului de nitrificare
s-au utili zat următoarele metode :
– determinarea bacteriilor amonifi catoare – prin metoda diluțiilor zecimale însămâ nțate în
mediu salin (NaCl + peptonă + apă distilată), la care se adaugă asparagină și se evidențiază
amoniacul format cu ajutorul reactivului Nessler:

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

30
-soluție salină standard 50 ml
-asparagină 0,2 g
-soliție de oligoelemente 1 ml
-apă distilată 950 ml
Lecturarea rezultatelor s -a făcut la cinci zile de la însământarea probelor. Se prelev ează
steril, cu o pipetă câte I ml din fiecare tub, începând cu diluția cea mai mare și prelevatele se pun
în eprubeta de hemoliză. Se adaugă câte 2 picături de reactiv Nessler. Tuburile pozitive au o
tulbureală galben -oranj.Tuburile negative, la fel ca și tuburile martor, rămân incolore.
– determinarea bacteriilor nitrifi catoare – izolare și cultivarea nitritbacteriilor pe medii
selective (NaCl, MgSO 4, MgCO 4, (NM 4)2SO 4 , fosfat dipotasic); pentru nitratbecterii se folosesc
aceleași medii, numai că sulfatul de amoniu este înlociut cu nitrat potasiu. Evidențiarea prezenței
nitratilor se face cu difenil amină sulfurică.
Se repartizează fiecare mediu în tuburi de hemoliză c âte 1 ml /tub. După sterilizare se
însămânțează câte trei tuburi de diluție cu 0,5 ml suspensie de fiecare tub. Se incubeză 20 zile la
termostat la 28°C. Lecturarea rezultatelor:
– bacteriile nitroase – prezența nitraților sau nitriților se determină astfel : se golesc tuburile,
aproape complet, încât sa conțină doar 1 —2 picături de mediu, se adaugă în fiecare tub câte 10
picături de acid sulfuric și 10 picături de difenilamină sulfurică. Tuburile pozitive prezintă o tentă
albastră, mai intensă la concentrați i mari. Citirea se face față de un martor neînsămânțat.
– bacteriile nitrice – prezența nitraților se evidențiază ca și în cazul bacteriilor nitroase cu acid
sulfuric și difenilamină câte 10 picături după ce în prealabil s -au adăugat în fiecare tub câte 10
mg uree pentru eliminarea nitriților restanți. Prezența nitraților se tradu ce prin aceeași colorație
albastră.
– determinarea bacteriilor denitrificatoare – prin metoda diluțiilor însămânțate pe medii
selective (NaNO 3 , fosfat monopotasic , dipotasic ,CaCl2 , NaCl, MgSO 4 , FeCl 3), evidențiere cu
difenil amină sulfurică ;
– determ inarea bacteriilor fixatoare de azot aerobe – prin metode însămânțăr ii soluției pe
mediu selectiv. Determinarea numărului de microorgan isme aerobe fixatoare de azot at mosferic

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

31
s-a efectuat prin însâmânțarea cu diluții de sol a unui mediu lichid care nu conține azot combinat
având următoarea compoziție:
– soluție salină standard 50 ml
– manitol 10 g
– extract de sol 10 ml
– soluție de oligoelemente 1 ml
– carbonat de caliciu 0,5 g
– apă distilată 950 ml
Mediul este repartiza t în tuburi, însămânțarea s -a făcut cu suspensie -diluții de sol, 1 ml
pentru fiecare tub, câte trei tuburi pentru fiecare diluție. Termostatarea se face la 28°C. Se
apreciază cultura, în special de Azobacter, prin formarea unui voal brunificat la suprafața
mediului de cultură. Citi rile s -au făcut la 7 și 15 zile.
-determinarea bacteriilor fixatoare de azot atmosferic anaerobe prin metoda însămânțării în
mediu lichid fără azot, prevăzut cu tuburi la capete a gazului, de tip Durham.
Pentru microorganismele anaerobe fixatoare de azot s-a însămânțat cu suspensii -diluții de
sol un mediu cu următoarea compoziție:
-soluție s alină standard 50 ml
– H2KPO4 0,75 ml
-NaOHn/10 33 ml
-glucosă 10 g
– extract de sol 10 ml
– soluție de oligoelemente 1 ml
– apă distilată 950 ml
Pentru Clostridium mediul s -a repartizat în eprubete, câte 10 ml și s -a intro dus apoi în câte
un tub Durham; însămânțarea s -a făcut din aceleași suspensii – diluții de sol, câte 1 ml pentru
fiecare tub câte trei t uburi pentru fiecare diluție. Termostatarea la 28°C se face timp de 7 și 15

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

32
zile. Aprecierea culturii se face printr -o degajare gazoasă, prezența gazului fiind evidentă în
micile tuburi DURHAM.
-determinarea microflorei totale – pentru numărarea bacteriilo r din sol s -a folosit un mediu larg
utilizat – extractul de sol fertil – un mediu nutritiv sărac, dar care, pentru câteva zile, timp necesar
pentru apariția coloniilor bacteriene, oferă condițiile necesare majorității speciilor bacteriene, fără
discriminar e.

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

33

Partea a III -a. – Rezultate și discuții

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

34

CAPITOLUL 4 – REZULTATE OBȚINUTE PRIVIND EVOLUȚIA
PARAMETRILOR MICROBIOLOGICI IMPLICAȚI ÎN PROCESUL DE
NITRIFICARE ÎN SOLUL VITICOL

4.1. REZULTATE ȘI DISCUȚII
Microorganismele solului și implicit procesele vitale și enzimatice care se desfășoară în
sol, precum și interacțiunile dintre diferite grupe ecofiziologice, dar mai ales implicarea cestora în
realizarea procesului de nitrificare au costituit mult timp probleme neesențiale pentru domeniul
viticol. Insuficienta cunoaștere a acestor procese și legi a condus la numeroase intervenții
antropice, soldate cu degradarea solului (Gh. Ștefanic, I.D. Săndoiu, 1994). Drept urmare, în
ultimele decenii am asista t la un ritm accelerat de mineralizare a materie i organice din solurile
viticole în condițiile luării în cultură a unor soluri sărace în humus, a unei fertilizări unilaterale,
fără încorporarea îngrășamintelor organice sau a resturilor vegetale, cu efectua rea unor lucrări ale
solului la adâncimi prea mari.
Pentru înțelegerea ecologiei asociațiilor de microorganisme ale solului s-a demonstrat,
fără echivoc, necesitatea luării în considerare a două aspecte fundamentale, respectiv :
1. Aprecierea cantitativă a biomasei care formează baza lanțurilor trofice ;
2. Activitatea metabolică și potențialul de creștere și multiplicare, care, pe plan global,
reprezintă forța motrice a ciclurilor biochimice , inclusic ciclul biogeochimic al azotului .
Studiul comunităților de microorganisme în mediul lor natural este destul de complicat, datorită :
• dimensiu nilor micrometrice sau milimetrice ale microorganismelor grupate în
microhabitate, în condiții fizico -chimice foarte diferite de macrohabitatul
înconjurător;
• heterogenității populațiilor microbiene frecvent atașate de diferite substanțe sub
formă de agregate s au microcolonii greu de dispersat;
• existenț ei unor forme stresate, cu capacitate de multiplicare adesea blocată;

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

35
• vitezei activităților fiziologice mai mică decât potențialul fiziologic demonstrat în
laborator.
Luând în considerare cele amintite, rezultat ele mai puțin satisfăcătoare, uneori
descurajante, obținute prin metodele de investigare microbiologică a solului au la origine:
– neglijarea modului de recoltare a probelor de sol, a condiționării lor, superficialitate în alegerea
metodelor și a variante lor experimentale;
– greșeli legate de necunoașterea profundă a vieții solului, proceselor vitale și enzimatice, a
condițiilor ecologice de desfășurare a metabolismului microbian;
– prezentarea unor rezultate din cercetări întâmplătoare, neaprofundate, nec orelate cu alte
fenomene paralele.
Considerând drept un preambul aceste aprecieri pertinente asupra oportunității sau
inoportunității efectuării analizelor microbiologice ale solului, în continuare este prezentată
influența sistemelor de întreținere clasic e asupra principalilor parametrii microbiologici ai unui
sol viticol dintr -o plantatie personal ă. S-a pus accent pe surprinderea modificărilor cantitative
ale microorganismelor implicate în realizarea ciclului biogeochimic al azotului și ale microflorei
totale . Analizele microbiologice efectuate în cadrul experimentului au vizat în special activitatea
microorganismelor implicate în derularea principalului circuit biogeochimic, respectiv circuitul
azotului în sol , procesul de nitrificare fiind esențial pentru asigurarea stării de calitate a solului .
Dacă plantele superioare ar fi capabile să -și extragă azotul necesar direct din atmosferă,
atunci, conform cu calculele lui D.Feher citat de G.Miiller (1965), la o necesitate de 100 Kg/ha,
ele ar put ea trăi aproximativ 800.000 de ani , folosind stratul de aer existent deasupra acestei
suprafețe. Cea mai mare parte a azotului care participă în circuitul biologic se află, însă, în
compuși organici cu azot, de origine vegetală sau animală din sol (protein e , aminoacizi etc), care
sunt transformați de către microorganisme în cursul mineralizării în compuși organici (NH 3, NO 2
NO 3), preluați din nou de plantele autotrofe.
Ca și în cazul carbonului, bacteriile și ciupercile sunt cele care determină menți nerea
circuitului biologic al elementului, făcând posibilă pe această cale viața pe Pământ.

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

36
Prima fază în derularea acestui circuit este amonificare a, ca proces de degradare a
substanțelor proteice vegetale și animale de către următoarele microorganisme proteolitice:
-specii bacteriene aerobe : Bacillus subtilis, B.cereus, B.mesentericus, B.magaterium ,
B.anthracis, Pseudomonas fluorescens, Sarcina lutea ;
-specii bacteriene anaerobe : Clostridium putrificum, CI. Sporogenes , CI. Tetani, CI.
Perfrigens ;
-specii bacteriene facultativ anaerobe : Thricoderma, O idium, Monilia, Aspergillu s, Penicillium,
Mucor, Botrytis.
Amonifîcatori deosebit de activi sunt speciile: Proteus vulgaris, Bacillus mycoides,
Pseudomonas fluorescens, Pse udomonas putida și Clostridium putrificum ..
Descompunerea însăși este realizată de ectoenzime (proteaze, în cazul proteinelor,
proteinaze, în cazul peptidelor, peptida ze) prin decarboxilarea aminoacizilor sau prin
dezaminarea reducătoare sau oxidativă și s cindarea grupelor amino, azotul aminic trecând în azot
amoniacal.
Prin aplicarea sistemelor diferite de întreținere a solului viticol (variante clasice), se
constată că procesul de amonificare s -a dovedit mai intens la variantele înierbate natural, în
special în perioada cu temperaturi optime pentru metabolismul bacteriilor amonificatoare, de 25 –
30°C, respectiv luna august, (tabelul 4 .1., figura 4.1.), perioadă când și încorporările repetate de
material organic în sol par să favorizeze efectul de activare a bacteriilor – priming effect.

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

37

Numarul de microorganisme amonificatoare/g sol
Tabel ul 4.1.

Varianta Numar germeni/g sol uscat Log 2
Mai 2017
V1 – manual 37×106 25,14102193
V2 – chimic 57×106 25,76445858
V3 – biologic 2300×106 31,09898672
August 2017
V1 – manual 700×106 29,38277968
V2 – chimic 41×106 25,28912057
V3 – biologic 5200×106 32,27586448
Noiembrie 2017
V1 – manual 105×106 26,64581409
V2 – chimic 19×106 24,17949608
V3 – biologic 3800×106 25,17949608
Martie 2018
V1 – manual 27×106 24,68645607
V2 – chimic 25×106 24,57542476
V3 – biologic 2000×106 30,89735285

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

38

Figura 4.1. Dinamica microflorei amonificatoare
Amoniacul produs prin procesul de amonificare se acumulează doar în solurile acide sau
slab aerate. In general, amoniacul suferă în continuare procesele de oxidare la azot nitric, prin
procesul de nitrificare , sub incidența bacteriilor nitrificatoare stric aerobe, reunite în familia
Nitrobacteraceae. L.Pasteur este cel care menționa pentru prima dată în anul 1864 că azotații se
formează prin acțiunea bacteriilor din sol. Procesul nitrificării se desfășoară et apizat, de către
două grupe de bacterii ce acționează metabolic, grupa nitrit -bacteriilor (genurile Nitrosomona ,
Nitrosocysti s, Nitrosococcus, Nitrosospira , autrofe și aerobe) și grupa nitrat -bacteriilor (genul
Nitrobacter ), cu precădere în straturile superficiale de sol, bine aerisire, până la 20 cm adâncime.

05101520253035
mai.17 aug.17 nov 2017 mar.18
V1 manual V2 chimic V3

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

39
Se constată că intensitatea nitrificării este maximă, cu forme de azotați accesibili viței
de vie în cazul întreținerii biologice și mecanice a solului. La întreținerea prin erbicidare,
microorganismele nitrificatoare sunt mai reduse ca număr, având în vedere și gradul de
compactare a solului, reducer ea apovizionării cu oxigen și deci, inhibarea parțială a
nitrificării (tabelele 4.2., 4.3. și Figurile 4 .2 și 4.3 ):
Oxidarea microbiologică a amoniacului este strâns dependentă, de asemenea, de reacția
solului (pH optim = 6,7-7,8, la pH<5 se oprește), de umiditate (optim de 40 -70%) și de Variatia numarului de microorganisme nitrificatoare
Bacterii nitroase / g sol
Tabel 4.2.

Varianta Numar germeni/g sol uscat Log 2
Mai 20 17
V1 – manual 100 6,64385619
V2 – chimic 70 6,129283017
V3 – biologic 750 9,550746785
August 2017
V1 – manual 150 7,22881869
V2 – chimic 53 5,727920455
V3 – biologic 930 9,861086906
Noiembrie 2017
V1 – manual 95 6,569855608
V2 – chimic 60 5,906890596
V3 – biologic 620 9,276124405
Martie 2018
V1 – manual 95 6,569855608
V2 – chimic 61 5,930737338
V3 – biologic 580 9,17990909

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

40
temperatură (25 -35° C). Se observă astfel, că la două momente din perioada de vegetație,
nitrificarea este mai intensă în luna august. Temperatura optimă pentru activitatea bacteriilor
nitrificatoare este cuprinsă între 25 și 35°C.
Nitrificarea încetează aproape complet când temperatura dep ășește pragul termic de 45° C.
Scăderea temperaturii sub 5 -10°C determină, de asemenea, blocarea procesului de transformare a
amoniacului în nitrați.

Figura 4. 2. Dinamica bacteriilor nitroase

024681012
mai.17 aug.17 nov 2017 mar.18
V1 manual V2 chimic V3 biologic

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

41

Variatia numarului de microorganisme nitrificatoare
Bacterii nitrice/ g sol
Tabel 4.3.

Varianta Numar germeni/g sol uscat Log 2
Mai 20 17
V1 – manual 200 7,64385619
V2 – chimic 110 6,781359714
V3 – biologic 970 9,921840937
August 20 17
V1 – manual 360 8,491853096
V2 – chimic 1 0
V3 – biologic 1500 10,55074679
Noiembrie 20 17
V1 – manual 205 7,6794801
V2 – chimic 65 6,022367813
V3 – biologic 810 9,661778098
Martie 20 18
V1 – manual 260 8,022367813
V2 – chimic 90 6,491853096
V3 – biologic 680 9,409390936

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

42

Figura 4.3 . Dinamica bacteriilor nitrice
Denitrificarea , ca proces de respirație realizat pe calea unei reduceri dezasimilatorii, prin
care speciile bacteriene facultative (Aerobacter aerogenes) și obligate (Micrococcus
denitrificans , Vibrio denitrificans etc.) utilizează nitrații sau alți complecși oxigenați ai azotului
mineral ca acceptori finali de hidrogen, este slab reprezentată la toate variantele d e întreținere a
solului (tabel 4.4, Figura 4 .4).
Aceasta demonstrează că la momentul efectuării determinărilor avea loc un metabolism
microbian preponderent d e acumulare de azot nitric.
Activitatea denitrificatoare este redusă datorită umidității scăzute a solului din perioada de
vegetație. Este știut că acest proces este favorizat de umiditate, prin efectul antagonist al apei față
de aer, dar chiar la un conținut egal de oxigen denitrifîcarea crește când solul este umed prin
împiedicarea liberei circulații a aerului în sol. 024681012
mai.17 aug.17 nov 2017 mar.18
V1 manual V2 chimic V3 biologic

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

43

Variatia microorganismelor denitrificatoare / g sol
Tabel 4.4.

Varianta Numar germeni/g sol uscat Log 2
Mai 2017
V1 – manual 3×105 18,19460298
V2 – chimic 2×105 17,60964047
V3 – biologic 6×105 19,19460298
August 2017
V1 – manual 28×105 21,4169954
V2 – chimic 21×105 21,0019579
V3 – biologic 90×105 23,10149357
Noiembrie 2017
V1 – manual 12×105 20,19460298
V2 – chimic 19×105 20,85756799
V3 – biologic 51×105 22,28206582
Martie 2018
V1 – manual 7×105 19,4169954
V2 – chimic 9×105 19,77956548
V3 – biologic 19×105 20,85756799

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

44

Figura 4 .4. Dinamica bacteriilor denitrificatoare
Fixarea aerobă a azotului molecular atmosferic este atribuită în principal, speciei
bacteriene Azobacter chroococcum , precum și altor genuri, cum ar fi: Azomonas, Beijerinckia,
Derxia , datorită nitrogenazei conținute de acestea, ca enzimă ce catalizează reducerea N 2 la NH 3.
Bacteriile aerobe fixatoare de azot molecular atmosferic s unt puternic reprezentate
numeric în cazul întreținerii biologice totale a solului viticol, în luna august (tabelul 4.5,
Figura 4.5), în de pendență de temperatură , umiditate , pH.
Fixarea anaerobă a azotului molecular atmosferic de către cea mai importantă bacterie
heterotrofa, nesimbiontă, anaerobă, Clostridium pasteurianum profită de prezența unei cantități
suplimentare de materie organică în varianta întreținută biologic, ca resurse nutritive, realizând
un fel de simbioze asociative în spațiul rizosferic. De altfel, randamentul fixării azotului de către
Clostridium pasteur ianum este maxim în cazul sistemelor ce include înierbarea naturală și
datorită coexistenței cu bacteriile celulozolitice anaerobe, care își găsesc aici substratul necesar
declanșării unui metabolism intens (tabelul 4.5, Figura 4.6) . 0510152025
mai.17 aug.17 nov 2017 mar.18
V1 manual V2 chimic V3 biologic

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

45

Variatia bacteriilor fixatoare de azot (germeni/g sol)
Tabel 4.5.

Varianta Bacterii fixatoare de azot

Aerobe Anaerobe

Mai 2017

V1 – manual 220 105

V2 – chimic 109 65

V3 – biologic 1200 380

August 2017

V1 – manual 55 320

V2 – chimic 0 21

V3 – biologic 11 750

Noiembrie 2017

V1 – manual 61 230

V2 – chimic 25 36

V3 – biologic 83 610

Martie 2018

V1 – manual 105 180

V2 – chimic 78 52

V3 – biologic 125 430

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

46

Figura 4.5. Dinamica bacteriilor aerobe fixatoare de azot molecular

Figura 4.6. Dinamica bacteriilor anaerobe fixatoare de azot molecular

0100200300400500600700800
mai.17 aug.17 nov 2017 mar.18
V1 manual V2 chimic V3 biologic0200400600800100012001400
mai.17 aug.17 nov 2017 mar.18
V1 manual V2 chimic V3 biologic

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

47
Rezultatele prezentate privind evaluarea cantitativă a microflorei solului (numărul de
microorganisme ) nu sunt suficiente pentru a permite o caracterizare biologică a acestui tip de sol.
Se impune completarea acestor informații, prin corelarea cu determinările calitative, care
ar viza respirația solului și activitatea enzimatică, ca un corolar al potențialului biologic al
oricărui tip de sol (Popa D., 2007).
Compoziția calitativă și abundența microflorei solului determină specificul activității
biologice din sol, acesta depinzând de o multitudine de factori , cum ar fi : tipul de sol, vegetația,
umiditatea, temperatura, pH -ul, anotimpul, zona geografică, caract eristicile de lucrare a solului.
Microflora solului, alături de enzimele acumulate vor desăvârși mineralizarea și în același
timp și spațiu vor înfăptui procesul de organizare autohton și înnoitor, din sol.
Rezultatele obținute confirmă faptul că microflora solului se află în corelație cu condițiile
pedoclimatice, prezentând oscilații sezoniere: primăvara și toamna predomină programele solului
(ca sistem deschis ) de mineralizare parțială a humusului nou format .
Intreținerea solului antrenează sch imbări în gradul de înburuienare și ap rovizionare cu apă
a solului, aceste schimbări având o influență considerabilă asupra microflorei telurice. In strânsă
dependență de activitatea factorilor de mediu (temperatură, precipitații pH) se observă că
activitatea microflorei solului, indiferent de sistemul de întreținere aplicat este mai intensă la
începutul perioadei de vegetație a viței de vie, primăvara și toamna.
Pe parcursul derulării prezent ului experiment , s-au înregistrat următoarele date climat ice
(temperaturi minime/maxime, precipitații, direcția vântului) pentru lunile mai 2017, august 2017,
noiembrie 2017 și martie 2018, la nivelul localității Făurești, județul Vâlcea , furnizate de
www.meteoblue.com .

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

48

(https://www.meteoblue.com/ro/vreme/prognoza/archive/f%C4%83ure%C5%9Fti_rom%C3%A2nia_678385
?fcstlength=1m&year=2017&month =5)
Figura 4.7. Date climatice localitatea Făurești – Vâlcea – mai 2017

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

49

(https://www.meteoblue.com/ro/vreme/prognoza/archive/f%C4%83ure%C5%9Fti_rom%C3%A2nia_678385
?fcstlength=1m&year=2017&month=8 )
Figura 4.8. Date climatice localitatea Făurești – Vâlcea – august 2017

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

50

(https://www.meteoblue.com/ro/vreme/prognoza/archive/f%C4%83ure%C5%9Fti_rom%C3%A2nia_678385
?fcstlength=1m&year=2017&month=11 )
Figura 4.9. Date climatice localitatea Făurești – Vâlcea –noiembrie 2017

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

51

(https://www.meteoblue.com/ro/vreme/prognoza/archive/f%C4%83ure%C5%9Fti_rom%C3%A2nia_678385
?fcstlength=1m&year=2018&mont h=3)
Figura 4.10. Date climatice localitatea Făurești – Vâlcea – martie 2018

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

52
Concluzii și recomandări

1. Sub incidența sistemelor de întreținere aplicate solului viticol, microflora implicată în
procesul de nitrificare prezintă variații sezoniere, fiind influențată pozitiv de sistemele
biologic și manual, diminuîndu -se în cazul utilizării monoculturii prin dezerbare chimică.
2. Grupele de bacterii răspunzătoar e de procesul de nitrificare sunt influențate diferit de
sistemele de întreț inere:
• bacteriile amonificatoare sunt s timulate de înierbarea naturală;
• bacteriile nitrificatoare acționează cel mai intens în producerea de azotați accesibili
vitei de vie în caz ul întreținer ii biologice și manuale a solului;
• bacteriile denitrificatoare prezintă activitate redusă în toate variantele studiate de
întreținere a solului;
• fixarea aerobă bacteriană a azotului molecular atmosferic este puternic reprezentată
numeric în varianta înierbată natural ;
• fixarea anaerobă bacteriană a azotului molecular atmosferic profită de prezența unei
cantități suplimentare de materie organică în varianta înierbată natural, unde realizează
simbioze asociative î n spațiul rizosferic.
3. Procesul de amonificare s-a dovedit mai intens la variantele înierbate natural, în special în
perioada cu temperaturi optime pentru metabolismul bacteriilor amonificatoare, de 25 -30°C,
respectiv luna august, când și încorporările repe tate de material organic în sol par să
favorizeze efectul de activare a bacteriilor – priming effect.
4. Intensitatea nitrificării este maximă, cu forme de azotați accesibili viței de vie în cazul
întreținerii biologice și mecanice a solului. La întreținerea prin erbicidare, microorganismele
nitrificatoare sunt mai reduse ca număr, având în vedere și gradul de compactare a solului,
reducerea apovizionării cu oxigen și deci, inhibarea parțială a nitrificării .
5. Denitrificarea , ca proces de respirație realizat pe calea unei reduceri dezasimilatorii, prin
care speciile bacteriene facultative (Aerobacter aerogenes) și obligate (Micrococcus

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

53
denitrificans , Vibrio denitrificans etc.) utilizează nitrații sau alți complecși oxigenați ai
azotului mineral ca acceptori finali de hidrogen, este slab reprezentată la toate variantele d e
întreținere a solului .
6. Randamentul fixării azotului de către Clostridium pasteurianum este maxim în cazul
sistemelor ce include înierbarea naturală și datorită coexistenței cu bacteriile celulozolitice
anaerobe, care își găsesc aici substratul necesar declanșării unui metabolism intens.
7. Prezentarea singulară a rezultatelor numerice privind microflora telurica este suficientă doar
pentru o caracterizare biologică a unui tip de sol, doar la un moment dat; aceasta constatare
trebuie imbinata, insa, cu parametrii calitativi pedologici si agrochimici, pentru evaluarea
starii de fertilita te a unui sol.
8. Determinarile propuse se bazeaza pe reducerea input -urilor mecanice si chimice, pe
reevaluarea rolului florei microbiene din exploatatiile viticole, intr -o optica ce vizeaza o
productie de calitate și o diminuare a costurilor – ceea ce perm ite și recomandarea de
tehnologii prietenoase cu mediul.

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

54

BIBLIOGRAFIE

Jordan J. 2002 – „Denitrifation as a Model Chemical Process”, Journal of chem Education,
February, Vol.79, nr.2, 179 -186;
Muller G. – „Biologia solului", Ed. Agosilvică , București 1965.
Papacostea P. – „Biologia solului", Ed. Științifică și Enciclopedică, București 1967.
Popa Daniela , Coyne Mark (SUA), – Soil Microbiology. The life beneath your feet, Instant
Publisher.com, U.S.A., 2007
Ștefanic Gh.-„Microbiologia solului" , Universitatea de Științe agricole , București 1990.
Ștefanic Gh. -„Metode de analiză enzimatică și chimică a solului, București 1993 , Reprografia
USAMV -București.
Stefanic Gh., Sandoiu D.I, Gheorghita Niculina – ’’Biologia Soluril or Agricole, Ed.Elisavaros
Bucuresti, 2006.
Tortora Gerard J ; Berdell R. Funke; Christine L. Case – Microbiologia , ISBN:
978853632606 , 10ă ed , 2012 .
Zarnea G. -„Tratat de microbiologie generală" , voi. 5 , Ed. Academiei Române , București
1994.
https://www.meteoblue.com/ro/
www.agropost.ro/importanta -azotului
https://draga nceadaniela.wordpress.com/2011/04/14/azotul/

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

55

Anexa 1

Foto 1. Sol lucrat manual

Foto 2. Sol erbicidat

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

56
Foto 3. Sol înierbat

Anca Mihaela Bunea, Nitrificarea ca proces biologic și productivitatea solului

57