Круговорот азота.

Газообразный молекулярный азот (N2) атмосферы составляет 79 % воздуха по массе, а его запасы в атмосфере оцениваются величиной 4x1015 т. Однако молекулярный азот как таковой не усваивается высшими растениями и может переходить в доступную для них форму только благодаря деятельности микроорганизмов-азотфиксаторов. Для круговорота азота необходим элемент молибден, входящий в состав системы азотфиксирую- щих ферментов. В некоторых условиях молибден служит лимитирующим фактором. Схема круговорота азота представлена на рис. 4.3.

Только 0,5 - 2 % от общего запаса связанного азота в почве прямо доступно растениям. Так 1 га пахотного чернозема в среднем содержит не более 200 кг доступного растениям азота, а на подзолах его количество в 3 - 4 раза меньше. Этот азот представлен главным образом в форме NKT и NO3" - ионов. Незначительное количество азотных соединений попадает в почву при грозовых разрядах. Электрические разряды вызывают частич-

Круговорот азота

Круговорот азота

ную диссоциацию водяного пара на кислород и водород. Атомарный кислород диссоциированного водяного пара образует со свободным азотом атмосферы окись азота (N0), которая затем переходит в двуокись азота (NCb), а затем в азотную кислоту (HNOj). Азотная кислота попадает в почву и нейтрализуется там различными основаниями до NO3" Этот процесс дает в различных районах земного шара от 1 до 20 кг на га связанного азота в год.

Втором и главным источником азота для почвы являются белковые соединения, поступающие с растительными остатками, разложение которых происходит под влиянием различных микроорганизмов в почве. Этот процесс называется аммонификация. Он идет по схеме:

Iienaiea: image21и зависит от оптимального значения температуры, влажности, рН, аэрированности почвы и ряда других характеристик.

Биологическое окисление NH3{NH4+) до NO3, т.е. нитрификация - это двухступенчатый процесс, осуществляемый двумя специализированными группами автотрофных бактерий - хемосинтезирующих Nitroso- monas и Nitrobacter. Бактерии Nitrosomonas окисляют аммиак или NH4 до N02', a Nitrobacter - N02' до NO3. Этот процесс дает от 150 до 1000 кг/га связанного азота в год.

Третьим источником поступления азота в почву является ассимиляция атмосферного азота микроорганизмами.

Молекула азота чрезвычайно прочна и химически инертна. Для разрыва ковалентных связей требуется высокие температура и давление. Биологическая фиксация N2 микроорганизмами осуществляется при нормальной температуре и давлении, что свидетельствует об исключительно высокой эффективности участвующей в этом процессе фермента нитрогеназы, которая использует энергию АТФ. Первым стабильным продуктом этого процесса является аммиак NH3 (NH/). Свободноживущие аэробные бактерии рода Azotobacter и анаэробные виды рода Clostridium; симбиотические клубеньковые бактерии бобовых растений (Rhizobium); сине-зеленые водоросли Anabaena и Nostok, а также некоторые лишайники. Кроме того, сосудистые растения ольха, облепиха, лох и ряд других также фиксируют азот с помощью клубеньковых бактерий, актиномицетов рода Frankia (например, у ольхи это Alnus Frankid). Свободноживущие бактерии дают 5-15 кг/га связанного азота, а клубеньковые - 70 - 300 кг/га.

Четвертым источником поступления азота в почву являются азотные удобрения. Промышленность ежегодно производит колоссальное количество аммиака, который в основном используется для получения таких азотных удобрений, как нитрат аммония Nf^NOj и мочевины CO(NH;>)2. Почвенные микроорганизмы легко превращают мочевину в аммиак путем гидролиза - CO(NH2)2 + Н20 2NH3 + С02. Нитрат аммония нитрифицируется в ходе следующей реакции -Iienaiea: image22

В наши дни искусственным путем получают примерно столько же соединений азота, сколько их образуется в природе. Мы до сих пор как следует, не знаем, к чему может привести постепенное накопление соединении азота в биосфере, которое происходит на наших глазах. С некоторыми трудностями мы уже столкнулись: это, прежде всего, загрязнение озер и рек азотными удобрениями и вызванное им нарушение солевого баланса. Можно предположить, что жизнь в водоемах полностью прекратится.

Денитрификация, в процессе которой нитриты превращаются в азот, происходит в несколько этапов.

Iienaiea: image23

Причем на каждом из этих этапов выделяется кислород (бактерия Pseudomonas denitriticans добывает с помощью этого процесса необходимый для дыхания кислород при отсутствии в почве свободного кислорода. Закись азота N2O и молекулярный азот (N2) выделяются в атмосферу и тем самым исключаются из фондов активного азота. Денитрификация может происходить также чисто химическим путем, без участия микроорганизмов. Например, в кислых почвах происходит реакция между азотной кислотой (HNO3) и мочевинойIienaiea: image24



Похожие статьи:

Нашли неточность, аошибку в тексте?

Выделите текст и нажмите
Ctrl + Enter и напишите вашу версию текста.
Спасибо.

Мы бесплатно разместим статьи, тексты, книги, публикации

ekologiyastati.ru@gmail.com