Кръговрат на АЗОТА в природата [Архив]

RiseGirl

11-12-2008, 11:14

Заповядай:

Кръговрат на азота в природата

http://www.prikachi.com/files/447168X.jpg
Азотът в природата е относително инертен.Под действие на електрични изправания (мълнии) само нищожна част част от него реагира с кислорода и в краина сметка дава азотна киселина,падаща от повърхноста с валежите.Съществува и сложна директна фиксация на атмосферния азот от бактерии и водорасли,превръщащи го в нитрати .Малка част азотни съединения (NH3 и NO) идват с вулканични газове. опадналият в почвата и водите азот се усвоява лесно от растенията и е важен градивен елемент на азотосъдържащите органични съединения. зотът е елемент, оито определя развтието на растителните органимзи. еговата концентрация във водите и океаните е силно ограничена, както друг биоелемент-фосфора
Растителните и животинки остатъци и екскрементите им отиват в почвата или в дънния бентос. ук тези органични вещества стават храна на гъби, микроводорасли и бактерии, като при наличието на кислород се получават различни продукти – амоняк азотен оксид, нитрити или нитрати.Те се поемат от коренните системи на растенията и така продължава синтезан нови градивни частици.
Антропогенната намеса в кръговрата на азота е една целенасочена дейност, датираща отпреди повече от 200 години.Изразява се в специално внасяне в почвата на азот и азотни съединения, гавно нитрати или амониеви соли.За да се осигури необходимото количество свързан азот, развита е мощна промищленост, зползваща различни химични процеси за свързване на атмосферния азот. насяне на азотни съединения в почвата довежда до значително повишаване на плодородието й.
Кръговрат на азота – Организмите се нуждаят от азот, за да произвеждат аминокиселини. Атмосферата се състои от 75% азот, но повечето организми не могат да използват тази форма на азот, а се нуждаят от свързан азот. Кръговратът на азота произвежда свързания азот, от който се нуждаят тези организми. Бактериите, осъществяващи свързването на азота, поемат азота от атмосферата и произвеждат амоняк (NH3).
Източник: Сдружение за европейски екологични проучвания (PEER)
Други бактерии използват амоняка за произвеждане на нитрати и нитрити.
Нитратите се използват от растенията за изграждане на аминокиселини, които
след това се използват за създаване на растителни протеини. Други организми
се хранят с растенията като използват растителните аминокиселини за
създаването на свои аминокиселини. Разлагащите организми превръщат
срещания в другите организми азот в амоняк и го връщат в почвата. Някои от
тези видове бактерии също връщат азота в атмосферата.
(Диаграма: по часовниковата стрелка: 1) емисии от изгаряне на изкопаеми
горива, 2) загуба на газове N2 и N2O, 3) валежи; 4) съхраняване на атмосферен
азот под формата на газ; 5) свързване на атмосферния водород при мълнии; 5)
бактериално свързване на атмосферния водород; 7) торове; 8 ) оттичане; 9)
филтриране, 10) еутрофикация; 11) амоняк (NH4); 12) филтриране; 13)
нитрификация; 14) нитрити (NO2); 15) нитрификация; 16) нитрати (NO3); 17)
консумация от растенията; 18 ) денитрификация; 19) органична материя (R-NH2),20) минерализация.)
Ролята на бактериите в кръговрата на азота
В почвата около 99% от азота се среща в органична форма (протеини, нуклеопротеиди, аминозахари, аминокиселини и карбамиди) и само около 1% под формата на минерали (NH3, NO3 и NO2). В атмосфератаазота се намира или в елементарна форма или във формата на азотни окиси (N2, N2O, NO). Микробиологичното преобразуване на азота преминава през няколко фази, те обаче са части от азотния цикъл, при които постоянно и едновременно протичат процесите на минерализация и имобилизация. Минерализирането на органичните вещества (амонификацията) се извършва с помощта на амониевите йони -NH4+ и чрез тяхната оксидация се образуват нитрати (нитрификация). И двата процеса са много важни от гледна точка храненето на растенията и на аминоаутотрофните микроорганизми, които усвояват азота от амоняка и нитратите за да го вградят отново в органични азотни вещества. Една част от нитратите, при анаеробни условия се превръщат в газ и се отделят от почвата в атмосферата под формата на елементарен азот (денитрификация). В процеса на метаболизима микроорганизмите редуцират този елементарен азот и го вграждат в своите и на растенията протеините (фиксиране на азота), с което азотния цикъл се затваря.
Амонификация
Делът на азотните съединения съставляват около 5 –15% от всички органични вещества в почвата. Най-голямо е тяхното участие в простите и сложните протеини.Протеините са съставен елемент на всеки жив организъм. Особено голяма е концентрацията им в протоплазмата на микроорганизмите, но се срещат и в растителните и животинските клетки като при заораването импротеините попадат в почвения слой. В клетките с помощта на междуклетъчните протеази разлагат аминокиселините на амоняк, органична киселина и CO2.При анаеробни условияосвен тези продукти се образоват още амини, и H2S . Включването на амоняка в азотния цикъл може да бъде в различна форма, нотова зависи най-вече от съотношението на въглерода и азота в почвата (C : N). Ако това съотношение е по-голямо от 25 : 1, микроорганизмите усвояват амоняка и го включват в биосинтезирането на протеин, като по този начин той не може да се отдели от клетките им.Това се получава при заораването на растителните отпадъци,с които в почвата се внасят значителни количества целулоза. При отсъствието на стартерна култура (BactoFil) съотношението между C : N се повишава до 80 : 1 и азота се губи за растенията.Ако съотношението въглерод- азот е в по-тесни граници (от 15-25:1), амоняка се отделя от клетките на микроорганизмите и става усвоим за растенията. Нуклеиновите киселини също участвуват в състава на нуклеопротеидите и за много микроорганизми представляват благоприятен източник на азот. Нуклеопротеидите са сложни протеини, с голямо молекулно тегло, а съставните им частиса прости белтъчини с алкална реакция. В почвата попадат срастителните, животинските и микробиологични остатъци.
Разлагане на карбамидите (урея)
Карбамида или уреята е просто по състав органично азотно вещество (NH2)2CO, което се въвежда в почвата най-често под формата на изкуствен тор или под формата на оборска тор, а същои под формата на растителни отпадъци смесени с животински екскременти. Преобразуването на уреята протича по два начина. Най-напредчрез хидролиза се образува амониев карбонат: (NH2)2CO + 2H2O – (NH4)2CO3, който в последствие се разпада на амоняк, въгледвуокис и вода. Разлагането на уреятадо амониев карбонатстава под влиянието на ензимите уреаза, като по-нататъшните процеси протичат и без участието на микроорганизми.Намиращите се в състава на BactoFil бактерии синтезират някои гъби и и актиномицети.
Нитрификация

Нитрификацията е част от азотния цикъл, при който по микробиологичен път протича преобразуването на амониевия азот в нитратна и нитритна форма.Ролята на микроорганизмите в този процес е била открита още от Пастьор през 1870 година. Процесът на нитрификация протича в две фази, които са свързани помежду си и протичат едновременно. През първата фаза амонякът се окислява до нитрити,което се нарича нитриция. Втората фаза обхваща окислителната реакция на нитрите, която се нарича нитрация.Енергията, която се освобождава при тези процесимикроорганизмите използуват за синтезирането от наличните CO2 и вода на органични вещества за своите собствени клетки, а азота от амоняка използуват за биосинтезирането на протеин. Такъв биосинтез се нарича хемосинтеза.
Нитрификацията има сезонен характер и нейната интензивност зависи отвъздействието на външните екологични фактори и типа на почвата. Нитрификацията зависи най-вече от рН на почвата, съдържанието на органични вещества в нея, наличието на кислород, влагата и температурата. Реакцията на средата оказва значително върху образуването на нитратите. Нитрификацията протича най-бързо при неутрални почви, чието рН е 6,6 – 7. Ако почвите са алкални, амониевите йони (NH4+) се натрупват като пречат запреобразуването на NO2 в NO3 .

Денитрификация (отделяне на нитратите от почвата)
След образуването на нитратите биологичният кръговрат на азота продължава с процесите на метаболизма на растенията и микроорганизмите. Този процес се нарича денитрификация. Обикновено под денитрификацията се разбирапроцеса на редукция на нитратите, който се извършва по различен начин. Асимилационна денитрификация извършват растенията, алгите, бактериите, и гъбите, които използуват нитратите като асимилати и ги преобразуват в амонячна форма, а след това ги включват в биосинтеза на аминокиселините. Дисимилационнатаденитрифи кация се извършва от бактериите, коитоизползуват нитратите като приемници на водорода. При отсъствие на кислород, азотътпреминава в нитритна или амонячна форма. При тези процеси азотът неизлиза от системата, но се включвапо-нататъшниябиоситнез.Тъй като при процесите на дисималационната денитрификация микроорганизмите сами си осигуряват необходимата енергия, тези процеси се наричат още “нитратно дишане”. Такива способности имат само бактериите от семейство Pseudomonas. Истинската денитрификация е един ензимен процес, при който се извършва редукция на нитрата, който преминавайки през нитритната форма стига до газообразния азот, отделящ се от почвата (NO3--NO2--NO--N2O--N2).

Фиксиране на азота
Газообразните форми на азота (NO, N2O, N2), които се съдържат в атмосферния въздух от гледна точка на земеделието са загубени за почвата. По-голямата част от тези газове са елементарен азот, чиято маса е няколко десетки хиляди тона над декар площ. Фиксирането на азота може да бъде симбиотично, свободно и асоциативно.
Симбиотичното фиксиране на азота означава симбиоза между някои бактерии от семейство Rhizobium и бобовите култури. Този тип бактерии връщат големи количества азот в почвата.
Асоциативното фиксиране на азота е преход между симбиотичното и свободното фиксиране на азота. Микроорганизмите образуват един тънък слизест слой по корените или листята като по този начин установяват тясна връзка с растенията. Основните асоциативниазот-фиксатори са: Azospirillum, Azotobacter, Pseudomonas.
Свободното фиксиране на азота се извършва в почвата, в корените на растенията, при което микроорганизмите са в състояние да фиксират елементарния азот без непосредственото участие на растенията. В зависимост от източника на енергия, който микроорганизмите използуват за фиксирането на азота, те се делят нахетеротрофни и фототрофни. Свободно фиксиране на азота могат да извършват бактериитеот семействатаPseudomonas, Bacillus и Azospirillum.
Аеробните свободни азот-фиксатори при анаеробни условия в почвата изискват по-малко кислород В тези условия започва гниене при което се образуват патогенни бактерии, вируси, гъби и денитрификатори. Имайки предвид това, трябва да се подържа добра почвена аерация чрез нейнатаредовна обработка.