Информация

Азотный цикл

Азотный цикл


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Растениям требуется ряд элементов, отличных от тех, которые они получают непосредственно из атмосферы (углерод и кислород в форме углекислого газа) и из подземных вод (водород и кислород).

Все, кроме одного из этих элементов, происходят от разрушения горных пород и захватываются растениями с земли. Исключением является азот, который представляет 78% земной атмосферы.

поверхность земли Они также являются основным источником азота, который проникает в почву, опосредованно через атмосферу и через почву, проникает в растения, которые на ней растут.

Большинство живых существ не могут использовать атмосферный азот для синтеза белков и других органических веществ. В отличие от углерода и кислорода, азот очень химически нереактивен, и только определенные бактерии и синие водоросли Они обладают высокоспециализированной способностью ассимилировать азот из атмосферы и преобразовать его в форму, которую могут использовать клетки. Дефицит полезного азота часто является основным ограничивающим фактором для роста растений.

Процесс, посредством которого азот циркулирует через растения и почву под действием живых организмов, называется азотным циклом.

Аммонификация

Большая часть азота, содержащегося в почве, поступает из мертвых органических веществ, которые существуют в форме сложных органических соединений, таких как белки, аминокислоты, нуклеиновые кислоты и нуклеотиды. Однако эти азотистые соединения обычно быстро разлагаются на более простые вещества почвенными организмами.

сапрофитные бактерии и различные виды грибов несут основную ответственность за разложение мертвых органических материалов. Эти микроорганизмы используют белки и аминокислоты в качестве источника для своих собственных белков и выделяют избыток азота в форме аммоний (NH4+), Этот процесс называется аммонификация, Азот может подаваться в виде газообразного аммиака (NH3), но этот процесс обычно происходит только при разложении большого количества богатых азотом материалов, таких как большая часть удобрения или удобрения. Как правило, аммиак, производимый аммиаком, растворяется в почвенной воде, где он соединяется с протонами, образуя ион аммония.

Нитрификация

Несколько видов бактерий, обычно встречающихся в почвах, способны окислять аммиак или аммоний. Окисление аммиака, известное как нитрификацияэто процесс, который производит энергию, а выделенная энергия используется этими бактериями для сокращения углекислого газа, так же как автотрофные растения используют световую энергию для сокращения углекислого газа. Такие организмы известны как хемосинтетические автотрофные агенты (отличается от фотосинтетических автотрофов, таких как растения и водоросли). нитрифицирующие бактерии хемосинтетическим Nitrosomonas и Nitrosococcus окислять аммиак до нитрита (НЕТ2-):

2 NH 3 + 302 --------> 2 НЕТ2- + 2 ч+ + 2 ч2

(газообразный аммиак) (нитрит)

Нитрит токсичен для высших растений, но редко накапливается в почве. Nitrobacter, другой род бактерий окисляет нитрит с образованием нитрата (NO3-), снова с выделением энергии:

2 НЕТ2- + O2 ---------> 2 НЕТ3-

(нитрит) (нитрат)

Нитрат - это форма, в которой почти весь азот перемещается из почвы в корни.

Немногие виды растений могут использовать животный белок в качестве источника азота. Эти виды, которые составляют плотоядные растения, имеют специальные приспособления, используемые для привлечения и поимки мелких животных. Они переваривают, поглощая азотистые соединения и другие органические и минеральные соединения, такие как калий и фосфат. Большинство плотоядных растений встречаются в болотах, которые, как правило, сильно кислые и поэтому неблагоприятны для роста нитрифицирующих бактерий.

Потеря азота

Как мы наблюдали, азотные соединения хлорофиллатных растений возвращаются в почву после их смерти (или животные, которые питались ими), будучи переработанными почвенными организмами и микроорганизмами, поглощенными корнями в форме нитрата, растворенного в почвенной воде. превращается в органические соединения. Во время этого цикла всегда происходит «потеря» определенного количества азота, что делает его непригодным для использования растением.

Одной из основных причин этой потери азота является очистные сооружения, В культивируемых почвах часто наблюдается постоянное снижение содержания азота. Азот также может быть потерян, когда верхний слой почвы обезглавлен эрозия или когда его поверхность разрушена огонь, Азот также удаляется выщелачивание; нитраты и нитриты, которые являются анионами, особенно чувствительны к выщелачиванию воды через почву. На некоторых почвах денитрифицирующие бактерии расщепляют нитраты и выделяют азот в воздух. Этот процесс, который снабжает бактерии кислородом, необходимым для дыхания, является дорогостоящим с точки зрения энергетических потребностей (т.е.2 можно уменьшить быстрее, чем НЕТ3-) и широко распространен только в почвах с дефицитом кислорода, то есть в почвах, которые плохо дренированы и, следовательно, плохо вентилируются.

Иногда высокая доля азота в почве недоступна для растений. Эта иммобилизация происходит, когда есть избыток углерода. Когда богатые углеродом, но мало азотные органические вещества, солома является хорошим примером, если они находятся в изобилии в почве, микроорганизмам, которые атакуют эти вещества, потребуется больше азота, чем они содержат, чтобы полностью использовать присутствующий углерод. В результате они будут использовать не только азот, присутствующий в соломе или подобном материале, но также и все доступные соли азота в почве. Следовательно, этот дисбаланс имеет тенденцию нормализоваться, так как углерод поступает в виде диоксида углерода в результате микробного дыхания и когда отношение азота к углероду в почве увеличивается.

Продолжается после рекламы

Азотфиксация

Как мы видим, если бы весь азот, который удаляется из земли, не пополнялся постоянно, практически животворные на этой планете в конце концов исчезли бы. Азот пополняется в почве азотфиксация. Фиксация азота - это процесс, посредством которого газообразный азот в воздухе включается в азотистые органические соединения и таким образом вводится в азотный цикл. Фиксация этого газа, которая может быть осуществлена ​​в значительной степени только несколькими бактериями и голубыми водорослями, является процессом, от которого зависят все живые организмы сегодня, так же как все они в конечном счете зависят от фотосинтеза для получение энергии.

Биологические системы ежегодно добавляют к поверхности земли от одного до двухсот миллионов метрических тонн азота. Человек производит 28 миллионов метрических тонн, большинство из которых используются в качестве удобрений; Однако этот процесс осуществляется с высокими энергетическими затратами с точки зрения ископаемого топлива. Общее количество энергии, необходимое для производства аммонийных удобрений, в настоящее время оценивается в 2 миллиона баррелей нефти в день. Действительно, считается, что затраты на азотное удобрение достигают точки снижения прибыли. Традиционные зерновые культуры в таких районах, как Индия, не достигают значительного увеличения урожайности при использовании азотных удобрений, но имеют низкую потребность в азоте, но в настоящее время их заменяют «чудесными злаками» и другими культурами, которые больше не производят с азотными удобрениями. - именно в то время, когда такое лечение становится чрезмерно дорогим.

Из различных классов азотфиксирующих организмов симбиотические бактерии являются наиболее важными с точки зрения общего количества фиксированного азота. Наиболее распространенные азотфиксирующие бактерии Rhizobium, который является типом бактерий, которые вторгаются в корни бобовых (покрытосеменных семейства Fabaceae или Leguminosae) такие как клевер, горох, фасоль, вики и люцерна.

Благотворное влияние бобовых на почву настолько очевидно, что они были признаны сотни лет назад. Феофраст, который жил в третьем веке до нашей эры, писал, что греки использовали бобовые культуры для обогащения почвы. Там, где бобовые растут, определенное количество «дополнительного» азота может высвобождаться в почву, где оно становится доступным для других растений. В современном сельском хозяйстве обычной практикой является чередование не бобовых культур, таких как кукуруза, с бобовыми, такими как люцерна. Затем бобовые собирают на сено, оставляя богатые азотом корни или, что еще лучше, вспахивают в поле. Хороший урожай люцерны, который перемещается на землю, может обеспечить 450 кг азота на гектар. Применение микроэлементов кобальта и молибдена, необходимых для симбиотических бактерий, значительно увеличивает выработку азота, если эти элементы присутствуют в ограниченных количествах, как в большей части Австралии.

Свободноживущие азотфиксирующие микроорганизмы

Не симбиотические бактерии родов Azotobacter и Clostridium способны фиксировать азот. Azotobacter аэробика, тогда как Clostridium является анаэробным; Обе распространенные сапрофитные бактерии, найденные в почве. По оценкам, они, вероятно, обеспечивают около 7 кг азота на гектар почвы в год. Еще одна важная группа включает много фотосинтезирующих бактерий. Свободноживущие синие водоросли также играют важную роль в фиксации азота. Они имеют решающее значение для выращивания риса, который является основным рационом питания более половины населения мира. Синие водоросли могут также играть важную экологическую роль в фиксации азота в океанах.

Различие между фиксацией азота свободноживущими и симбиотическими организмами может быть не таким строгим, как принято считать. Некоторые микроорганизмы регулярно встречаются в почве вокруг корней некоторых растений, истощающих углеводы, потребляя эти соединения и в то же время косвенно поставляя растениям азот. Симбиотические ассоциации между нормально живущими бактериями, такими как Azotobacterи клетки высших растений в тканевых культурах индуцировали их рост в искусственной среде, лишенной азота.

Следующее содержание: Прогноз погоды


Видео: Азотный цикл. #Аквариумныйвопрос 1 (June 2022).