Круговорот азота

Азот входит в состав большинства биологически важных органи­ческих веществ всех живых организмов: белков, нуклеиновых кислот, мукопротеидов, ферментов, хлорофилла и т. д. Атмосфера на 79% со­стоит из азота, и все же его часто не хватает для живых организмов. Газообразная форма азота в биосфере химически малоактивна и не мо­жет непосредственно использоваться высшими растениями и живот­ным миром. Растения усваивают азот из почвы в виде ионов аммония или нитратных ионов, используя так называемый фиксированный азот.

Возникновение соединений азота в доступной для растений фор­ме осуществляется в результате небиологической фиксации азота (об­разования окислов азота и аммиака) как в процессе ионизации атмос­феры космическими лучами, так и при сильных электрических разря­дах во время гроз.

В почву и водные бассейны аммонийный и нитратный азот попа­дает с атмосферными осадками, причем содержание нитратов в после­дних зависит от интенсивности и частоты гроз. Например, на экваторе, где достаточно часто происходят грозы, атмосферные осадки содержат около 2 — 3 мл/л азотной кислоты, в умеренных широтах — примерно в десять раз меньше. В атмосферных осадках могут содержаться и нит-ратная и аммиачная формы азота. В среднем 1 км² поверхности Земли по­лучает с атмосферными осадками за год около 1 т фиксированного азота.

И все же биологическая фиксация атмосферного азота значитель­но преобладает над небиологической природной фиксацией. Это связано прежде всего с деятельностью почвенных микроорганизмов и организмов, живущих в симбиозе с высшими растениями.

- Свободно живущие в почве азотфиксирующне аэробные бактерии способны осуществлять фиксацию молекулярного азота атмосферы за счет энергии, получаемой при окислении органических веществ почвы в процес­се дыхания, в конечном итоге связывая его с водородом и вводя в виде ами­ногруппы (-NH₂) в состав аминокислот своего тела. То же способны делать и анаэробные бактерии. Отмирая, и те и другие обогащают почву органиче­ским азотом. Точных количественных данных нет, но принято считать, что в течение года на 1 км² вносится от 0,2 до 2,5 т фиксированного азота.

Наиболее эффективно фиксируют азот клубеньковые бактерии, обитающие на корнях бобовых растений. Именно они снабжают расте­ние-хозяина доступным азотом. А семейство бобовых, как известно, насчитывает 13 тыс. видов, поэтому роль их в поддержании круговоро­та азота очень велика. Так, в посевах клевера и люцерны содержание связанного азота достигает 150—400 кг/га в год (15—40 т/км²).

Помимо бобовых, это свойство присуще и другим растениям (оль­ха, облепиха и др.). Биологическая фиксация характерна и для некото­рых фотосинтезирующих организмов (сине-зеленых водорослей и фо-тосинтезирующих бактерий). Сине-зеленые водоросли играют особую роль в обогащении азотом рисовых полей. Характерно, что, в отличие от углерода, фосфора, серы и других элементов-органогенов, соедине­ния азота не образуют в природе аккумуляций. Исключением являются пустыни, где азот накапливается в виде нитратных и аммонийных со­лей, которые в условиях влажного климата используются растениями или вымываются водой. Вероятно, поэтому наибольшие отложения се­литры (нитратов калия или натрия) находятся на побережьях Перу и Чи ли, по соседству с пустыней Атакама, одним из самых засушливых мест на Земле.

Важная роль в азотном балансе почв принадлежит промышлен­ной фиксации атмосферного азота человеком.

Усваивая азот, растения используют его для построения своего тела. Через растения обогащаются азотом весь животный мир и человече­ство. После завершения этого цикла cвязанный азот используется в тро­фических цепях биопродуцентов. Конечным звеном этих цепей являет­ся деятельность аммонийфиксирующих микроорганизмов, которые раз­лагают содержащие азот органические вещества (аминокислоты, мочевину) с образованием аммиака.

Часть органического азота превращается в гумусные вещества, битумы и компоненты осадочных пород.

Аммиак (в виде аммонийного иона) снова поступает в корневую систему растений или может быть использован в процессах нитрофиксации. Микроорганизмы используют энергию окисления аммиака. До нитратов и нитритов до нитратов для обеспечения всех процессов жиз­недеятельности. Это окисление может быть представлено следующим образом:

2NH₃ + 30₂ = 2HN0₂ + 2H₂O + 600 кДж (148 ккал):

2HNO₂ + О₂ = 2HNO₃ + 1 98 кДж (48 ккал).

Нитраты, образовавшиеся в процессах нитрофиксации, вновь по­ступают в биологический круговорот, поглощаются из почвы или, если процесс происходит в воде, — фитопланктоном и фитобентосом.

В засушливых районах может накапливаться много нитрата на­трия, в результате чего образуются солончаковые почвы. Значительное количество нитратов имеется в птичьем помете, который, разлагаясь в условиях соответствующего климата (Южная Америка, Карибское море), образует гуано.

Существуют организмы, способные восстанавливать нитраты и нитриты до молекулярного азота, — денитри фиксаторы. При недостатке кислорода (в почве или воде) они используют кислород нитратов для окисления питательных веществ:

5С₆Н₁₂О₆ + 24КNО₃= 24КНСО₃ + 6СО₂ + 12N₂ + 18Н₂О + энергия .

(глюкоза)

Но денитрификсация имеет подчиненное значение в круговороте азота, так как происходит только в почвах, где содержится большое ко­личество органического вещества и резко ограничено поступление кис­лорода.

Таким образом, живое вещество играет исключительную роль и в круговороте азота. Жаль, что наши знания об этом далеко не полны. А ведь сегодня человек оказывает все большее влияние на круговорот этого вещества. Наряду с увеличением сельскохозяйственной продук­ции человечество должно принимать меры к сохранению равновесия азота в природе.

Дата добавления: 2014-10-28; просмотров: 849; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!