Глобальный цикл азота кратко

Обновлено: 02.07.2024

Азотный цикл (круговорот азота) — геобиохимичний цикл, описывает процесс замкнутых взаимосвязанных путей, которыми азот циркулирует через экосистемы и в земной биосфере.

Биохимический цикл

В общем, круговорот азота состоит из химических реакций в воздухе (окисление является доминирующим) с химических реакций в биосфере: в растениях и микроорганизмах в почве (окисление или восстановление). Для роста растениям необходимы соединения азота. В природе азот может быть в формах, усвояемых растениями (таких как нитраты или соединения аммония) или такими, которые не усваиваются (таких как молекулярный азот или оксид азота _(N 2 O)). В течение фиксации азота или его денитрификации происходит обмен между обеими формами.

Фиксация азота

Фиксация азота — процесс усвоения растениями соединений азота из воздуха (главным образом из молекулярного азота, _N 2). Фиксация азота возможна многими бактериями и цианобактериями. Они живут или в почве, или в симбиозе с растениями, или с несколькими разновидностями животных. Например, семья бобовых растений (Fabaceae) содержит такие бактерии на своих корнях. Продукты фиксации азота — аммиак (NH _3), нитриты или нитраты. Фиксация азота является процессом, противоположным денитрификации.

Нитрификация

Нитрификация является вторым шагом фиксации азота. Если аммиак — первичный продукт фиксации азота, то переход аммиака в нитриты и нитраты (нитрифицирующих бактериями) — нитрификация.

Денитрификация

Денитрификация является процессом разложения нитрата с получением азота. Это звено преобразований азота в биоценозе выполняется денитрофицирующими микроорганизмами (палочковидная бактерия (Pasterellaceae), псевдомонас (Pseudomonas) и другие), которые при усвоении переходят от кислорода до нитрата, особенно в недостаточно проветриваемых почвах. Процесс денитрификации может привести к нескольким промежуточных продуктов. Важнейший — закись азота _(N 2 O), долгоживущий парниковый газ. Газы возвращают азот в атмосферу.

Ассимиляция

Усваиваемые соединения азота могут накапливаться в почве в неорганической форме (нитрат) или могут быть включены в живой организм как органический азот. Ассимиляция и минерализация определяет поглощение соединений азота из почвы, объединение их в биомолекулы растений и конверсию в неорганический азот после отмирания растений, соответственно. Ассимиляция — переход неорганического азота (типа нитрата) в органическую форму азота как, например, аминокислоты. Нитрат переходит с помощью ферментов сначала в нитрит (редуктаза нитрата), затем в аммиак (редуктаза нитрита). Аммиак входит в состав аминокислот.

Минерализация

Минерализация (аммонификации) это процесс, в течение которого редуценты, такие как земляные черви, термиты, слизняки, улитки, бактерии и грибы превращают органический азот отмерших растений в неорганические формы. Первый шаг это формирование аммиака (NH 4 +) и его солей _(NH 4 + X -). Ассимиляция и минерализация являются противоположными процессами.

Атмосферные окисления

В результате природных процессов связывается от 100 до 150 млн тонн азота в год. Важнейшие пути естественного производства оксидов азота — это окислительные процессы при высоких температурах, которыми могут быть:

• Высокие температуры лесных пожаров.
• Окисления молекулярного азота (инертного в нормальных условиях) при извержениях вулканов.
• Вспышки молний, ​​которые происходят около ста раз на планете каждую секунду. Электрический разряд нагревает атмосферу вокруг себя, азот соединяется с кислородом (происходит реакция горения) с образованием различных оксидов азота. Эта довольно зрелищная форма связывания охватывает только 10 млн тонн азота в год.

Главными продуктами таких процессов является оксид азота (NO) и диоксид азота (NO _{2), а} после дальнейших реакций — азотная кислота (HNO _3). Определенные концентрации оксидов азота приводят к формированию озона при помощи солнечного света и эмиссии углеводородов.

Влияние человеческой деятельности

Оксиды азота и озоновый смог

В дополнение к естественным источникам, люди ответственны за эмиссию NO / NO ₂ в результате горения при технических процессах. Самое распространенное — это сгорание топлива в автомобильных двигателях. При сгорании ископаемого топлива происходит разогрев воздуха, как и в случае с разрядом молнии. Примерно 20 млн тонн азота в год связывается при сжигании природного топлива. При определенных условиях если средние концентрации оксидов азота в воздухе становятся слишком высокими, это может привести к озонового смога. Кроме того, оксиды азота в атмосферных реакциях превращаются в азотную кислоту, что вносит свой вклад в кислотные дожди и приводит к их негативных последствий.

Внесение удобрений

Чтобы улучшать условия выращивания зерновых и других сельскохозяйственных культур, в почву вносятся азотосодержащие удобрения. Недостаток азота часто сдерживает рост растений, и фермеры для повышения урожайности покупают искусственно связанный азот в виде минеральных удобрений. Это можно назвать технической фиксацией азота, основанный, например, на синтезе аммиака в процессе Габера-Боша. Технологии связывания азота в промышленных масштабах мы обязаны военным. В Германии перед Первой мировой войной был разработан способ получения аммиака для нужд военной промышленности. Производство азотсодержащих удобрений очень увеличилось за последние десятилетия. Теперь для сельского хозяйства каждый год производится не более 80 млн тонн связанного азота (заметим, что он употребляется не только для выращивания пищевых культур, а также для удобрения пригородных поляны и садов). Дальнейшее увеличение фракции закиси азота (веселящий газ) в воздухе, прежде всего, следствие употребления азотных удобрений.

Главный поставщик связанного азота в природе — бактерии: благодаря им связывается примерно от 90 до 140 млн тонн азота. Самые известные бактерии, связывающие азот, находятся в клубеньках бобовых растений. На их использовании основан традиционный метод повышения плодородия почвы: на поле сначала выращивают горох или другие бобовые культуры, затем их запахивают в землю (сидеральное удобрение), и накопленный в их клубеньках связанный азот переходит в почву. Затем поле засевают другими культурами, которые этот азот уже могут использовать для своего роста. Таким образом происходит связывание азота и перенос его в биосферу в 40 млн тонн ежегодно.

Подытожив вклад человека в круговорот азота, получаем цифру около 140 млн тонн в год. Примерно столько же азота связывается в природе естественным образом. Таким образом, за сравнительно короткий период времени человек стал оказывать существенное влияние на круговорот азота в природе. Тем не менее приходится признать, что видоизменение круговорота азота, еще далеко не худшая проблема из тех, с которыми столкнулось человечество. В связи с этим можно привести слова Питера Витошека, эколога из Стэнфордского университета, который изучает растения:

Эвтрофикация

Каждая экосистема способна усвоить определенное количество азота, и в последствия этого в целом благоприятные — растения станут расти быстрее. Если внесены слишком много удобрений и избыток не принят растениями, это вызывает двойную негативное воздействие. При насыщении экосистемы аммиак и нитраты смываются в водоемы и прибрежные зоны. Здесь они вызывают сильный рост растений и морских водорослей (фитопланктона), в результате чего жизнь в воде может погаснуть, так как содержание кислорода в воде будет уменьшаться из-за разложения остатков отмерших продуцентов, на их разложение расходуется почти весь растворенный в воде кислород. Эвтрофикация озер — пожалуй, самая неприятная экологическая проблема, связанная с азотом. Кроме того, денитрификация увеличивается и производится больше закиси азота. Это увеличивает парниковый эффект, а закись азота, достигает стратосферы, превращается в оксиды азота, способствуют истощению озонового слоя.

Значение круговорота N2 для биосферы

Для того чтобы дать описание и схему круговорота азота в природе, нужно помнить, что этот элемент — важная часть белков и ДНК. Без него жизни, какой её знает человечество, могло и не быть. Но биологические существа способны усвоить его только в определённом виде. В результате различных геологических процессов этот элемент принимает ту форму, которой могут воспользоваться организмы. Обмен элементами между живыми существами, воздухом, водой и земной корой получил название биогеохимических циклов.

Таким образом, микроэлементы, являющиеся частью биологического организма, возвращаются в природу. В этом процессе частицы постоянно перемещаются между воздухом, водой и живыми организмами, в противном случае жизнь давно бы истратила свои ресурсы.

N2 входит в состав всего живого. Это один из самых популярных в природе элементов. Атмосфера земли на 78% состоит из N2. Он также содержится в воде и почве и входит в состав белков.

Этот элемент включается в синтез важнейших органических молекул, белков и нуклеиновых кислот. Азот в виде газа, содержащийся в атмосфере, довольно инертен и немногие организмы способны получать его из воздуха. Растения могут поглощать лишь связанный микроэлемент, то есть в составе химических соединений.

Молекулярный азот — очень стойкое соединение. Для его разрушения необходимо большое количество энергии.

Связывание или фиксация происходит тремя способами:

1. За счёт электрических разрядов молний. Они расщепляют молекулы, позволяя вступать в соединения с кислородом. Образованный таким способом оксид азота растворяется в дождевой воде и поступает в почву, откуда его поглощают растения. Именно вспышки молний играют важную роль в развитии жизни на нашей планете.
2. Человек — ещё один источник. Человеческая деятельность значительно увеличила его количество в природе. Сегодня треть этого связанного азота попадает в биосферу, благодаря широкому применению искусственных удобрений, содержащих нитраты. В промышленности связывание этого элемента с водородом происходит при температуре от 400 до 600 градусов по Цельсию и давлении до 1 тысячи атмосфер.
3. В природе основными азотфиксаторами являются бактерии, особенно те из них, которые образуют симбиоз с корнями бобовых растений. Горох, фасоль, соя, клевер — все они относятся к данному типу. Благодаря симбиозу, они могут жить на очень бедных почвах, обогащая их. У этих растений есть механизм, который позволяет им совместно с клубеньковыми бактериями усваивать вещество из воздуха.

Для того чтобы понять, какие организмы принимают участие в круговороте азота, надо вспомнить класс биологии. Существуют важнейшие азотфиксаторы цианобактерии. Они играют важную роль в водных экосистемах. N2 также свободно фиксируется свободноживущими почвенными бактериями. При помощи специального фермента бактерии фиксируют атмосферный азот, синтезируя аммиак и нитраты. Получается взаимовыгодное существование. Микроорганизмы обеспечивают растения азотом, а растения питают бактерии сахарами.

Большинство видов растений получает нитраты из почвы. Растительные белки становятся частью травоядных животных, а затем хищников. В круговороте бактерии играют важнейшую роль, разлагая сложные азотсодержащие соединения, чтобы их усвоили растения. В условиях недостатка кислорода некоторые бактерии разлагают органические вещества до получения газообразного азота. Он возвращается в атмосферу и весь цикл повторяется вновь.

Этапы круговорота атмосферного азота

Для того чтобы кратко описать и понять этот процесс, нужно представить биосферу, как два соединяющихся сосуда разных размеров. В большом находится вещество из воздуха и воды, в маленьком — элементы, участвующие в жизнедеятельности организмов. В трубке, которая их соединяет — переходящий в разные состояния азот. Так в живой природе происходит его поступление в организм.

Процесс круговорота очень медленный. Он имеет определённую последовательность:

• Поглощение вещества бактериями биосферы.
• Переход из свободного состояния в связанный.
• Усвоение растениями его соединений.
• Поглощение элемента животными.
• Восстановление концентрации микроорганизмами.

Азот в живой природе

Роль азота в природе ещё не изучена до конца. Любая экологическая система усваивает небольшое количество вещества. Поэтому при производстве удобрений нарушается баланс между газом из органических соединений, вернувшимся в атмосферу, и элементами из воздушной среды.

Было отмечено, что его состояние может переходить из техногенного потока в природный. Лишнее количество газа накапливается в природе и вызывает отрицательные последствия. Выявлена закономерная связь между сельским хозяйством, например, применением различных добавок, и загрязнением окружающей среды.

Приблизительно 36% азота, который проникает в землю с удобрениями, просачивается в сточные воды. В них оказывается большое количество нитратов азота, которые, попадая в реки и озёра, вызывают усиленное размножение растений.

Этот процесс получил название эвтрофикация, то есть загрязнение водных ресурсов водорослями. Это одно из самых важных экологических последствий в применении этого вещества. Молекулы служат питательной средой для водяных растений. Путём накапливания они разрастаются очень быстро, затемняют водоём и не дают развиваться другим растениям. Со временем водоросли отмирают. Для их разложения необходимо очень большое количество воздуха.

Водный фонд становится бедным на наличие кислорода. Из неё уходят все возможные живые организмы, такие как ракообразные и рыба. Вода заболачиваются, превращаясь со временем в болото, и пересыхает.

Ещё одной причиной загрязнения являются фермы. Есть три фактора:

1. Навоз оставляют на замёрзшей земле.
2. Избыточное количество химических веществ.
3. Не заделывают удобрения в почву.

При этом в воздух попадает аммиак. На расстоянии двух километров от ферм наблюдается его распространение и загрязнение воздуха. В результате близлежащие водоёмы оказываются загрязнены. Для предотвращения этого ниже по склону устраиваются пруды. А площадки откорма скота обязательно проектируются с учётом отметки грунтовых вод.

Последствием нарушения баланса азота в атмосфере является увеличение количества нитратов в продуктах питания. В культурах, которые выращивают в сельском хозяйстве, могут содержаться большие дозы нитратного азота. Его образование возможно при неправильной транспортировке, а также при помощи бактерий. При попадании в организм и взаимодействии с гемоглобином они нарушают проникновение кислорода в кровь. Это серьёзно отражается на здоровье человека.

Окислы также входят в состав азотного соединения. Соединения образуются и оказываются в атмосфере путём сжигания газа, выделяются при использовании автомобиля или турбинных самолётов. Они не причиняют вреда только в том случае, если не окисляются озоном до двуокиси азота. Нахождение большой концентрации в организме приводит к тяжёлым заболеваниям.

Для предотвращения чудовищных последствий этой проблемы необходимо тщательно изучать круговорот азота. Нужно найти способы соблюдения баланса между экосистемой и человеком. Можно заметить, что в современном мире при описании круговорота элементов возникают определённые затруднения, так как не все его процессы до конца изучены.

Влияние человека на круговорот

Деятельность людей имеет непосредственное отношение к этому. Промышленность является самым интенсивным вмешательством в этот процесс. Главным источником распространения лишнего объёма газа в атмосфере считается сельское хозяйство. Выращиваемые культуры поглощают множество питательных веществ, тем самым обедняя её. Картофель, свёкла, зерновые, каждый год потребляют до 200 кг вещества с одного гектара земли.

Если применение органических удобрений недостаточно или полностью отсутствуют бобовые растения, то при исчерпании резервных сил и вымывании полезных элементов из почвы ухудшается ее состояние и плодородие. И наоборот. Чрезмерное накопление удобрений приводит к увеличению количества вещества для наземных растений и уменьшению свободного азота, попадающего в атмосферу.

азотный цикл это процесс перемещения азота между атмосферой и биосферой. Это один из наиболее важных биогеохимических циклов. Азот (N) является важным элементом, так как он необходим всем организмам для его роста. Это часть химического состава нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) и белков.

Наибольшее количество азота на планете находится в атмосфере. Атмосферный азот (N₂) не могут быть использованы непосредственно большинством живых существ. Существуют бактерии, способные починить его и внедрить в почву или воду таким образом, чтобы его могли использовать другие организмы..

Впоследствии азот усваивается автотрофными организмами. Большинство гетеротрофных организмов приобретают его при кормлении. Затем они выпускают излишки в виде мочи (млекопитающие) или экскрементов (птицы).

На другом этапе процесса появляются бактерии, которые участвуют в превращении аммиака в нитриты и нитраты, которые попадают в почву. И в конце цикла другая группа микроорганизмов использует кислород, доступный в азотистых соединениях в дыхании. В этом процессе они выпускают азот обратно в атмосферу.

В настоящее время наибольшее количество азота, используемого в сельском хозяйстве, производится людьми. Это привело к избытку этого элемента в почвах и водных источниках, что привело к дисбалансу в этом биогеохимическом цикле.

• 1 Общая характеристика
  • 1.1 Происхождение
  • 1.2 Химические формы
  • 1.3 История
  • 1.4 Требования к организмам
  • 2.1 -Reservorios
  • 2.2 -Микроорганизмы, участвующие
  • 3.1 Фиксация
  • 3.2 Ассимиляция
  • 3.3 Амонификация
  • 3.4 Нитрификация
  • 3.5 Денитрификация

  Общие характеристики

  источник

  Считается, что азот возник в результате нуклеосинтеза (создания новых атомных ядер). Звезды с большими массами гелия достигли давления и температуры, необходимых для образования азота.

  Когда Земля возникла, азот был в твердом состоянии. Затем в результате вулканической активности этот элемент перешел в газообразное состояние и был включен в атмосферу планеты..

  Азот был в форме N₂. Вероятно, химические формы, используемые живыми существами (аммиак NH₃) появились азотные циклы между морем и вулканами. Таким образом, NH₃ был бы включен в атмосферу и наряду с другими элементами породил органические молекулы.

  Химические формы

  Азот встречается в различных химических формах, относящихся к различным степеням окисления (потери электронов) этого элемента. Эти различные формы различаются как по своим характеристикам, так и по поведению. Азот газ (N₂) не ржавый.

  Окисленные формы классифицируются как органические и неорганические. Органические формы присутствуют в основном в аминокислотах и ​​белках. Неорганическими состояниями являются аммиак (NH₃), ион аммония (NH₄), нитриты (НЕТ₂) и нитраты (НЕТ₃), среди прочих.

  история

  Азот был открыт в 1770 году тремя независимыми учеными (Шееле, Резерфорд и Лавозье). В 1790 году француз Чапталь назвал газ азотом.

  Во второй половине девятнадцатого века он был признан важным компонентом тканей живых организмов и роста растений. Аналогичным образом, существование постоянного потока между органическими и неорганическими формами было доказано.

  Вначале считалось, что источниками азота являются молнии и атмосферные осадки. В 1838 году Буссинго определил биологическую фиксацию этого элемента в бобовых. Затем, в 1888 году, было обнаружено, что микроорганизмы, связанные с корнями бобовых, были ответственны за фиксацию N₂.

  Еще одним важным открытием стало существование бактерий, способных окислять аммиак до нитритов. Как и другие группы, которые превратили нитриты в нитраты.

  Еще в 1885 году Гайон определил, что другая группа микроорганизмов обладает способностью превращать нитраты в N₂. Таким образом, чтобы цикл азота на планете можно было понять.

  Потребность организмов

  Все живые существа нуждаются в азоте для своих жизненно важных процессов, но не все используют его одинаково. Некоторые бактерии могут напрямую использовать атмосферный азот. Другие используют азотистые соединения в качестве источника кислорода.

  Автотрофные организмы требуют поставки в форме нитратов. Со своей стороны, многие гетеротрофы могут использовать его только в форме аминогрупп, которые они получают из пищи..

  компоненты

  -резервуары

  Крупнейшим природным источником азота является атмосфера, где 78% этого элемента содержится в газообразной форме (N₂), с некоторыми следами закиси азота и окиси азота.

  Осадочные породы содержат около 21%, которые выделяются очень медленно. Оставшийся 1% содержится в органических веществах и океанах в форме органического азота, нитратов и аммиака..

  -Участвующие микроорганизмы

  Есть три типа микроорганизмов, которые участвуют в азотном цикле. Это фиксаторы, нитрификаторы и денитрификаторы.

  N-фиксирующие бактерии₂

  Они кодируют комплекс нитрогеназных ферментов, которые участвуют в процессе фиксации. Большинство этих микроорганизмов колонизируют ризосферу растений и развиваются в их тканях..

  Наиболее распространенный тип фиксации бактерий Rhizobium, что связано с корнями бобовых. Есть и другие жанры, такие как Frankia, Nostoc и Pasasponia которые делают симбиоз с корнями других групп растений.

  Цианобактерии в свободной форме могут связывать атмосферный азот в водной среде

  Нитрифицирующие бактерии

  Существует три типа микроорганизмов, которые участвуют в процессе нитрификации. Эти бактерии способны окислять аммиак или ион аммония, присутствующий в почве. Это хемолитотрофные организмы (способные окислять неорганические материалы в качестве источника энергии).

  Бактерии разных родов вмешиваются последовательно в процесс. Нитросома и Нитроцистис окисляют NH3 и NH4 до нитритов. то Nitrobacter и Nitrosococcus окислять это соединение до нитратов.

  В 2015 году была обнаружена другая группа бактерий, вовлеченных в этот процесс. Они способны непосредственно окислять аммиак до нитратов и находятся в роду Nitrospira. Некоторые грибы также способны нитрировать аммиак.

  Денитрифицирующие бактерии

  Было отмечено, что более 50 различных родов бактерий могут восстанавливать нитраты до N₂. Это происходит в анаэробных условиях (отсутствие кислорода).

  Наиболее распространенные денитрифицирующие роды Alcaligenes, Paracoccus, Pseudomonas, Rhizobium, ТЫоЬасШиз и Thiosphaera. Большинство из этих групп гетеротрофны.

  В 2006 году была обнаружена бактерия (Метиломирабилис оксифера) который является аэробным Он метанотрофен (получает энергию углерода и метана) и способен получать кислород в процессе денитрификации..

  этапы

  Азотный цикл проходит несколько этапов своей мобилизации по всей планете. Эти этапы:

  фиксация

  Это преобразование атмосферного азота в формы, считающиеся реактивными (которые могут использоваться живыми существами). Разрыв трех связей, содержащих молекулу N₂ Это требует большого количества энергии и может происходить двумя способами: абиотическим или биотическим.

  
  

  Абиотическая фиксация

  Нитраты получают путем высокоэнергетической фиксации в атмосфере. Это происходит от электрической энергии молнии и космического излучения.

  N₂ в сочетании с кислородом образуются окисленные формы азота, такие как NO (диоксид азота) и NO₂ (закись азота). Впоследствии эти соединения попадают на поверхность земли под дождем в виде азотной кислоты (HNO₃).

  Высокоэнергетическая фиксация включает приблизительно 10% нитратов, присутствующих в азотном цикле.

  Биотическая фиксация

  Это осуществляется почвенными микроорганизмами. Обычно эти бактерии связаны с корнями растений. Подсчитано, что ежегодная биотическая фиксация азота составляет приблизительно 200 миллионов тонн в год..

  Атмосферный азот превращается в аммоний. На первом этапе реакции, N₂ сводится к NH₃ (Аммиак). Таким образом, он включен в аминокислоты.

  В этом процессе участвует ферментативный комплекс с различными центрами восстановления оксида. Этот комплекс нитрогеназы состоит из редуктазы (обеспечивает электроны) и нитрогеназы. Последний использует электроны, чтобы уменьшить N₂ в NH₃. В процессе потребляется большое количество АТФ.

  Комплекс нитрогеназы необратимо ингибируется в присутствии высоких концентраций О₂. В радикальных узлах присутствует белок (леггемоглобин), который сохраняет содержание О очень низким₂. Этот белок производится путем взаимодействия между корнями и бактериями.

  усвоение

  Растения, которые не имеют симбиотической ассоциации с N-фиксирующими бактериями₂, они берут азот из почвы. Поглощение этого элемента осуществляется в форме нитратов через корни.

  Как только нитраты попадают в растение, часть используется корневыми клетками. Другая часть распространяется ксилемой на все растение.

  Когда это собирается использоваться, нитрат уменьшен до нитрита в цитоплазме. Этот процесс катализируется ферментом нитратредуктазой. Нитриты транспортируются в хлоропласты и другие пластиды, где они восстанавливаются до иона аммония (NH₄).

  Ион аммония в больших количествах токсичен для растения. Так что он быстро включается в карбонатные скелеты с образованием аминокислот и других молекул.

  В случае потребителей азот получают путем кормления непосредственно от растений или других животных..

  amonificación

  В этом процессе азотные соединения, присутствующие в почве, разлагаются до более простых химических форм. Азот содержится в мертвых органических веществах и отходах, таких как мочевина (моча от млекопитающих) или мочевая кислота (экскременты от птиц).

  Азот, содержащийся в этих веществах, находится в форме сложных органических соединений. Микроорганизмы используют аминокислоты, содержащиеся в этих веществах, для производства своих белков. В этом процессе они выпускают избыток азота в форме аммиака или иона аммония.

  Эти соединения доступны в почве для других микроорганизмов, чтобы действовать в следующих фазах цикла.

  нитрификация

  Во время этой фазы почвенные бактерии окисляют аммиак и ион аммония. В процессе высвобождается энергия, которая используется бактериями в обмене веществ..

  В первой части нитрозифицирующие бактерии рода Nitrosomas окисляют аммиак и ион аммония в нитрит. В мембране этих микроорганизмов находится фермент аммиак mooxigenasa. Это окисляет NH₃ до гидроксиламина, который затем окисляется до нитрита в периплазме бактерии.

  Впоследствии нитрующие бактерии окисляют нитриты до нитратов, используя фермент нитрит оксидоредуктазу. Нитраты доступны в почве, где они могут быть поглощены растениями.

  денитрификация

  На этой стадии окисленные формы азота (нитриты и нитраты) превращаются обратно в N₂ и в меньшей степени закись азота.

  Процесс выполняется анаэробными бактериями, которые используют азотные соединения в качестве акцепторов электронов во время дыхания. Скорость денитрификации зависит от нескольких факторов, таких как доступное содержание нитратов, насыщение почвы и температура.

  Когда почва насыщена водой, O₂ это не легко доступно, и бактерии используют НЕТ₃ в качестве акцептора электронов. Когда температура очень низкая, микроорганизмы не могут осуществлять процесс.

  Эта фаза является единственным способом удаления азота из экосистемы. Таким образом, N₂ что было зафиксировано, возвращается в атмосферу и баланс этого элемента сохраняется.

  важность

  Этот цикл имеет большое биологическое значение. Как мы объясняли ранее, азот является важной частью живых организмов. Благодаря этому процессу он становится биологически полезным.

  При развитии сельскохозяйственных культур наличие азота является одним из основных ограничений производительности. С начала земледелия почва была обогащена этим элементом.

  Выращивание бобовых культур для улучшения качества почв является обычной практикой. Кроме того, посадка риса в затопленной почве способствует условиям окружающей среды, необходимым для использования азота.

  В течение 19-го века гуано (экскременты птиц) широко использовался в качестве внешнего источника азота в сельскохозяйственных культурах. Однако к концу этого столетия было недостаточно увеличить производство продуктов питания..

  Немецкий химик Фриц Хабер, в конце 19-го века, разработал процесс, который позже был продан Карло Бошем. Это предполагает, что N реагирует₂ и газообразный водород с образованием аммиака. Это известно как процесс Хабера-Боша.

  Эта форма искусственного аммиака является одним из основных источников азота, используемых живыми существами. Считается, что 40% населения мира зависит от этих удобрений для их питания.

  Изменения азотного цикла

  Текущее антропогенное производство аммиака составляет около 85 тонн в год. Это приносит негативные последствия в азотном цикле.

  Из-за широкого использования химических удобрений происходит загрязнение почв и водоносных горизонтов. Считается, что более 50% этого загрязнения является следствием синтеза Хабера-Боша..

  Избыток азота приводит к эвтрофикации (обогащению питательными веществами) водоемов. Антропогенная эвтрификация очень быстрая и вызывает ускоренный рост в основном водорослей.

  Они потребляют большое количество кислорода и могут накапливать токсины. Из-за недостатка кислорода другие организмы, присутствующие в экосистеме, в конечном итоге погибают.

  Кроме того, использование ископаемого топлива выделяет большое количество закиси азота в атмосферу. Это реагирует с озоном и образует азотную кислоту, которая является одним из компонентов кислотных дождей.

  
  

  Азот – один из жизненно важных элементов. Азот не фиксируется в организме в свободном виде. Поэтому в круговороте азота в природе помогают бактерии.

  Общее описание

  Азот – седьмой элемент периодической таблицы Менделеева. Проявляет две валентности – III и V. В природе это двухатомный газ (N₂), плохо растворимый в воде. За счёт прочной тройной связи между атомами азот является малоактивным веществом, вступающим в реакции только при нагревании или под действием катализатора.

  Элемент присутствует в почве, воде, живых организмах в составе сложных веществ. Свободный азот относительно стабилен в атмосфере, его содержание – 78 % от общего объёма газов. Азот может принимать жидкую и твёрдую формы.

  Элемент входит в состав аминокислот и белков, нуклеиновых кислот. Без азота невозможно построение ДНК.

  Круговорот

  Схему круговорота азота в природе условно можно разделить на две части – грунтовую и атмосферную. Круговорот азота через почву осуществляется следующим образом:

  • в результате гниения органических веществ (растений, животных) азот превращается в аммиак (NH₃);
  • под действием бактерий аммиак окисляется до азотной кислоты (HNO₃);
  • азотная кислота вступает в реакцию с элементами почвы, образуя кислые соли (нитраты) – СаСО₃, Ca(NO₃)₂;
  • нитраты поглощают растения.

  В атмосферу азот также попадает в результате гниения или при горении органических веществ, например, дров или торфа. Под действием разрядов молнии азот соединяется с кислородом, образуя оксид азота (II) – NO, а затем оксид азота (IV) – NO₂.

  Оксиды реагируют с водой, образуя азотную кислоту. Она попадает в почву вместе с дождями, где образуются нитраты.

  Кроме того, свободный азот способны усваивать азотфиксирующие бактерии и некоторые виды сине-зеленых водорослей. Азотфиксирующие бактерии (азотфиксаторы) находятся в симбиозе с растениями. Например, клубеньковые бактерии живут на корнях бобовых растений. Азотфиксаторы могут усваивать азот в присутствии или в отсутствии кислорода, т.е. могут являться аэробами или анаэробами. Они также синтезируют нитраты.

  Растения могут усваивать азот только в составе солей азотной кислоты. Вместе с листьями азот попадает сначала в организм травоядных животных (консументов первого порядка), а затем – хищных животных (консументов второго порядка). Обратно азот возвращается при гниении и в составе мочевины (CH₄N₂O).

  Часть нитратов окисляется специальными денитрифицирующими бактериями до свободного азота, который возвращается в атмосферу. Процесс восстановления свободного азота из сложных соединений называется денитрификацией.

  Что мы узнали?

  Рассмотрели описание круговорота азота в природе. Азот – важный элемент, необходимый живым организмам для постройки тканей и синтеза ДНК. Свободный азот плохо вступает в реакции за счёт прочных тройных связей. Поэтому в усвоении азота помогают бактерии, синтезируя аммиак, азотную кислоту, нитраты. В составе солей азот попадает в растения и далее по пищевой цепочке в организмы травоядных и хищных животных. Новый цикл начинается при отмирании и разложении живых организмов.

  
  

  Азот (N, лат. nitrogenium) – это один из наиболее распространенных элементов на планете, который циркулирует через нас, животных, растения и другие живые организмы. В этой статье мы не только рассмотрим круговорот азота в природе, но и поделимся некоторыми фактами об этом элементе!

  Определение

  Круговорот азота – непрерывная последовательность естественных процессов, в результате которых азот последовательно переходит из атмосферы в почву к живым организмам и обратно в воздух или почву, посредством таких процессов, как азотофиксация, нитрификация, разложение и денитрификация.

  А теперь давайте рассмотрим все вышесказанное на примере из нашей жизни. Когда вы откусываете свой аппетитный бутерброд с индейкой, салатом и помидорами, вы, вероятно, не думаете о том, что, хотя атомы азота из этой пищи раньше были в коровьих фекалиях, она все равно имеет восхитительный вкус!

  Извините, если испортили ваш обед, но эти атомы азота – настоящие туристы, посещающие воздух, микроорганизмы, растения, животных и почву через биогеохимический цикл азота или круговорот азота на Земле. Давайте проследим за некоторыми атомами азота через азотный цикл, чтобы увидеть, куда они направляются!

  Этапы круговорота в природе

  Вы окружены азотом! Фактически, 78% воздуха, которым вы дышите – это азот, но как он из воздуха попадает в ваш бутерброд? Хороший вопрос! Вот последовательность этапов, которые атом азота совершает в своем путешествии по азотному циклу:

  1 Начнем с воздуха, которым вы дышите. Когда азот находится в воздухе, он называется атмосферным азотом и поступает в виде N₂ (молекула азота из двух атомов). Растения мало что могут сделать с атмосферным азотом. Но в почве есть микроорганизмы-азотфиксаторы, которые могут преобразовывать азот в пригодную для использования растениями форму с помощью процесса, называемого азотфиксацией. Давайте рассмотрим, как происходит фиксация азота:

  • Атмосферный азот проникает в почву, где азотфиксирующие бактерии на корнях некоторых растений превращают его в аммоний (азот, присоединенный к атомам водорода, NH₄+). Есть некоторые свободноживущие бактерии (не на корнях растений), которые также являются фиксаторами азота.
  • Молния может превращать атмосферный азот в оксиды азота, другой тип азота, связанный с атомами кислорода. Это составляет лишь небольшой процент азотфиксации.

  2 Бактерии и археи в почве превращают аммоний в нитриты (NO₂-), а затем в нитраты (NO₃-) посредством нитрификации, которая, по сути, заключается в том, что бактерии превращают аммоний в нитраты. Нитраты – это азот, присоединенный к атомам кислорода.

  3 Теперь, когда атмосферный азот был заменен на нитраты, давайте посмотрим, что будет дальше. Ассимиляция – это когда растения используют азот для самых разных целей, таких как строительство листьев или создание ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота). Животные и другие организмы поедают растения, и азот также попадает в их тела.

  4 В конце концов растения, животные и другие организмы умирают и разлагаются, высвобождая азот обратно в почву. Бактерии и грибы помогают расщеплять мертвые организмы, а в результате аммонификации азот снова превращается в аммоний. Аммоний опять превращается в нитриты и нитраты бактериями (мы снова возвращаетесь к шагу 2).

  5 Специальные бактерии могут превращать нитраты обратно в атмосферный азот посредством процесса, называемого денитрификацией, когда азот из почвы снова попадает в атмосферу. И вы снова на шаге 1!

  Так как же атомы азота попали в ваш бутерброд с индейкой? Азот из воздуха был превращен в азот, который могли использовать растения, например салат и помидоры на вашем бутерброде. Однажды индейка съела несколько растений, и азот попал в ее тело. Но до того, как все это произошло, тот же самый атом азота был съеден коровой и возвращен в почву виде фекалий, где его использовали растения, которые съела индейка!

  Факты об азоте

  Азотный цикл происходит непрерывно, когда вы сидите и читаете эту статью, и без него в вашем теле не было бы азота (и это очень прискорбно… вы не смогли бы жить без него). Давайте посмотрим на некоторые удивительные факты об азоте и его круговороте в природе:

  Читайте также:

    
  • Отношения между фрг и гдр кратко
    
  • Статус военнослужащего обж кратко
    
  • Позор и срам мне страшны не кончилась 6 класс кратко
    
  • Рождение альтернативной культуры кратко
    
  • Фортепианное творчество рахманинова кратко