Информация

Азотен цикъл


Растенията изискват редица елементи, различни от тези, които получават директно от атмосферата (въглерод и кислород под формата на въглероден диоксид) и от подземни води (водород и кислород).

Всички, освен един от тези елементи, произлизат от разпадането на скалите и се улавят от растенията от земята. Изключение е азотът, който представлява 78% от земната атмосфера.

на земни повърхностни скали Те са и основният източник на азот, който прониква в почвата, индиректно през атмосферата и през почвата, прониква в растенията, растящи върху нея.

Повечето живи същества не са в състояние да използват атмосферен азот за синтезиране на протеини и други органични вещества. За разлика от въглерода и кислорода, азотът е много химически нереактивен и само определен бактерии и сини водорасли Те имат високо специализирана способност да асимилират азота от атмосферата и да го превръщат във форма, която може да се използва от клетки. Използваният дефицит на азот често е основният ограничаващ фактор за растежа на растенията.

Процесът, при който азотът циркулира през растенията и почвата чрез действието на живи организми, е известен като азотен цикъл.

Ammonification

Голяма част от азота, открит в почвата, идва от мъртви органични материали, които съществуват като сложни органични съединения като протеини, аминокиселини, нуклеинови киселини и нуклеотиди. Тези азотни съединения обаче обикновено се разлагат на по-прости вещества от почвено живите организми.

на сапрофитни бактерии и различни гъбични видове са отговорни предимно за разлагането на мъртви органични материали. Тези микроорганизми използват протеини и аминокиселини като източник за собствените си протеини и отделят излишния азот под формата на амоний (NH4)+), Този процес се нарича ammonification, Азотът може да се доставя като газ на амоняк (NH3), но този процес обикновено се случва само при разграждане на големи количества азотни богати материали, например в голяма част от тор или тор. По принцип произвежданият от амоняк амоняк се разтваря в почвена вода, където се комбинира с протони, за да образува амониевия йон.

Нитрификация

Няколко вида бактерии, които обикновено се срещат в почвите, са способни да окисляват амоняк или амоний. Окисляване на амоняк, известно като нитрификацияе процес, който произвежда енергия и освободената енергия се използва от тези бактерии за намаляване на въглеродния диоксид, точно както автотрофните растения използват светлинна енергия за намаляване на въглеродния двуокис. Такива организми са известни като хемосинтетични автотрофни средства (различен от фотосинтетичните автотрофи като растения и водорасли). на нитрифициращи бактерии хемосинтетични Nitrosomonas и Nitrosococcus окислява амоняка до нитрит (NO2-):

2 NH 3 + 302 --------> 2 НЕ2- + 2 H+ + 2 H2Най-

(амонячен газ) (нитрит)

Нитритът е токсичен за висшите растения, но рядко се натрупва в почвата. Nitrobacter, друг род бактерии окислява нитритите до образуване на нитрати (NO3-), отново с освобождаване на енергия:

2 НЕ2- + О2 ---------> 2 НЕ3-

(нитрит) (нитрат)

Нитратът е формата, при която почти целият азот се движи от почвата в корените.

Малко растителни видове са в състояние да използват животински протеин като източник на азот. Тези видове, които се състоят от месоядни растения, имат специални адаптации, използвани за привличане и улавяне на малки животни. Те усвояват чрез абсорбиране на азотни съединения и други органични и минерални съединения като калий и фосфат. Повечето месоядни растения се намират в блатата, които обикновено са силно кисели и поради това са неблагоприятни за растежа на нитрифициращите бактерии.

Азотна загуба

Както видяхме, азотните съединения на хлорофилатните растения се връщат в почвата след смъртта им (или животните, които се хранят с тях), като се преработват от почвените организми и микроорганизмите, абсорбирани от корените под формата на нитрат, разтворен в почвената вода. превърнат в органични съединения. По време на този цикъл винаги има "загуба" на определено количество азот, което го прави неизползваем за растението.

Една от основните причини за тази загуба на азот е растения за отстраняване на почвата, Култивираните почви често показват постоянен спад на съдържанието на азот. Азотът също може да бъде загубен, когато горната част на почвата е обезглавена ерозия или когато повърхността му е унищожена от пожар, Азотът също се отстранява от излужване; нитратите и нитритите, които са аниони, са особено податливи на изтичане на вода през почвата. В някои почви денитрифициращите бактерии разграждат нитратите и отделят азот във въздуха. Този процес, който доставя на бактериите кислорода, необходим за дишане, е скъп от гледна точка на енергийните нужди (т.е.2 може да се намали по-бързо от NO3-) и се среща широко само в почви с недостиг на кислород, тоест в почви, които са слабо дренирани и поради това са лошо вентилирани.

Понякога висок дял на азот в почвата не е достъпен за растенията. Това обездвижване се случва, когато има излишък от въглерод. Когато богатите на въглерод, но бедни на азот органични вещества, сламата е добър пример, ако те са в изобилие в почвата, микроорганизмите, които атакуват тези вещества, ще се нуждаят от повече азот, отколкото съдържат, за да оползотворят изцяло наличния въглерод. В резултат на това те не само ще използват азота, присъстващ в сламата или подобен материал, но и всички налични азотни соли в почвата. Следователно този дисбаланс има тенденция да се нормализира, тъй като въглеродът се доставя като въглероден диоксид чрез микробно дишане и тъй като съотношението азот към въглерод в почвата се увеличава.

Продължава след реклама

Азотна фиксация

Както можем да видим, ако целият азот, който се отстранява от земята, не беше постоянно попълващ, практически животворният живот на тази планета най-накрая би изчезнал. Азотът се попълва в почвата чрез азотна фиксация. Фиксирането на азот е процесът, при който газообразният азот се включва в азотни органични съединения и по този начин се въвежда в азотния цикъл. Фиксирането на този газ, което може да се извърши в значителна степен само с няколко бактерии и сини водорасли, е процес, от който днес зависят всички живи организми, точно както всички те в крайна сметка зависят от фотосинтезата за получаване на енергия.

Всяка година от биологичните системи към земната повърхност се добавят от една до двеста милиона метрични тона азот. Човекът произвежда 28 милиона метрични тона, повечето от които се използват като торове; Този процес обаче се осъществява с високи разходи за енергия по отношение на изкопаемите горива. Понастоящем общото количество енергия, необходимо за производството на амониеви торове, се равнява на 2 милиона барела масло на ден. Всъщност се изчислява, че разходите за торене на азот достигат до намаляващата печалба. Традиционните култури в райони като Индия не постигат значително повишени добиви, използвайки азотни торове, но имат ниски нужди от азот, но сега се заменят с „чудо-зърнени култури“ и други култури, които вече не се произвеждат с азотно торене. - точно в момент, когато подобно лечение става изключително скъпо.

От различните класове азотфиксиращи организми, симбиотичните бактерии са най-важни по отношение на общото количество фиксиран азот. Най-често срещаните бактерии за фиксиране на азот са Rhizobium, който е вид бактерия, която нахлува в корените на бобовите растения (покритосеменни растения на семейството) Fabaceae или Leguminosae) като детелина, грах, фасул, люспи и люцерна.

Благоприятното въздействие на бобовите растения върху почвата е толкова очевидно, че са били разпознати преди стотици години. Теофраст, живял през третия век пр.н.е., пише, че гърците са използвали бобови култури за обогатяване на почвата. Там, където растат бобовите растения, определено количество „допълнителен“ азот може да се отдели в почвата, където то стане достъпно за други растения. В съвременното селско стопанство е обичайна практика да се редуват култури без бобови култури като царевица с бобови растения, като люцерна. След това бобовите култури се събират за сено, оставяйки богатите на азот корени, или още по-добре, оран обратно в полето. Добрата реколта от люцерна, която е преместена в земята, може да осигури 450 килограма азот на хектар. Прилагането на микроелементите кобалт и молибден, изисквани от симбиотични бактерии, значително увеличава производството на азот, ако тези елементи присъстват в ограничени количества, както в голяма част от Австралия.

Свободно живеещи азотфиксиращи микроорганизми

Несимбиотични бактерии от родове Azotobacter и Clostridium са в състояние да фиксират азот. Azotobacter е аеробно, докато Clostridium е анаеробно; И двете са обичайни сапрофитни бактерии, намиращи се в почвата. Смята се, че вероятно доставят около 7 килограма азот на хектар почва годишно. Друга важна група включва много фотосинтетични бактерии. Свободно живеещите сини водорасли също играят важна роля за фиксирането на азот. Те са от решаващо значение за отглеждането на ориз, който е основната диета на повече от половината от населението на света. Сините водорасли също могат да играят важна екологична роля за фиксирането на азот в океаните.

Разграничението между фиксирането на азот от свободно живеещи и симбиотични организми може да не е толкова строго, както традиционно се смята. Някои микроби се срещат редовно в почвата около корените на някои растения, изчерпващи въглехидратите, като консумират тези съединения и в същото време индиректно доставят азот на растенията. Симбиотични асоциации между нормално свободно живеещи бактерии като Azotobacterи по-високите растителни клетки в тъканните култури индуцират растежа си в изкуствена среда, лишена от азот.

Следващо съдържание: Прогноза за времето


Видео: Азотен цикъл в аквариум с декоративни рибки (Август 2021).