Informacija

Azoto ciklas


Augalams reikia daugybės elementų, išskyrus tuos, kuriuos jie gauna tiesiai iš atmosferos (anglis ir deguonis anglies dioksido pavidalu) ir iš požeminio vandens (vandenilis ir deguonis).

Visi šie elementai, išskyrus vieną, kyla iš uolienų suirimo ir yra sugaunami augalų nuo žemės paviršiaus. Išimtis yra azotas, kuris reiškia 78% žemės atmosferos.

žemės paviršiaus uolienos Jie taip pat yra pagrindinis azoto šaltinis, kuris prasiskverbia į dirvožemį netiesiogiai per atmosferą, o per dirvožemį prasiskverbia į jame augančius augalus.

Daugelis gyvų būtybių negali panaudoti atmosferos azoto baltymams ir kitoms organinėms medžiagoms sintetinti. Skirtingai nuo anglies ir deguonies, azotas yra labai chemiškai nereaktyvus ir tik tam tikras bakterijos ir mėlynieji dumbliai Jie turi labai specializuotą sugebėjimą įsisavinti azotą iš atmosferos ir paversti jį tokia forma, kuria gali naudotis ląstelės. Naudojamas azoto trūkumas dažnai yra pagrindinis augalų augimą ribojantis veiksnys.

Procesas, kurio metu azotas cirkuliuoja per augalus ir dirvą veikdamas gyvus organizmus, yra žinomas kaip azoto ciklas.

Amonifikacija

Didžioji dirvožemyje esančio azoto dalis yra iš negyvų organinių medžiagų, esančių sudėtingų organinių junginių, tokių kaip baltymai, aminorūgštys, nukleorūgštys ir nukleotidai, pavidalu. Vis dėlto šie azoto junginiai dirvožemyje gyvenančius organizmus paprastai greitai skaido į paprastesnes medžiagas.

saprofitinės bakterijos ir įvairios grybelinės rūšys pirmiausia atsakingos už negyvų organinių medžiagų skaidymą. Šie mikroorganizmai naudoja baltymus ir amino rūgštis kaip savo baltymų šaltinį ir išskiria azoto perteklių amonio (NH4+). Šis procesas vadinamas amonifikacija. Azotas gali būti tiekiamas kaip amoniako dujos (NH3), tačiau šis procesas paprastai vyksta tik suskaidžius didelius kiekius azoto turinčių medžiagų, pavyzdžiui, didelėje trąšų ar trąšų dalyje. Apskritai amoniako gaminamas amoniakas ištirpinamas dirvožemio vandenyje, kur jis susijungia su protonais ir sudaro amonio joną.

Nitrifikacija

Kelios bakterijos, dažniausiai aptinkamos dirvožemyje, sugeba oksiduoti amoniaką arba amonį. Amoniako oksidacija, žinoma kaip nitrifikacijayra procesas, kurio metu gaunama energija, o išskiriamą energiją šios bakterijos naudoja anglies dioksido kiekiui sumažinti, lygiai taip pat kaip autotrofiniai augalai naudoja lengvą energiją anglies dioksidui sumažinti. Tokie organizmai yra žinomi kaip chemosintetiniai autotrofiniai vaistai (skiriasi nuo fotosintetinių autotrofų, tokių kaip augalai ir dumbliai). nitrifikuojančios bakterijos chemosintetinis Nitrosomonas ir Nitrosokokas oksiduoja amoniaką iki nitritų (NO2-):

2 NH 3 + 302 --------> 2 NE2- + 2 H+ + 2 H2

(amoniako dujos) (nitritai)

Nitritas yra toksiškas aukštesniems augalams, tačiau retai kaupiasi dirvožemyje. Nitrobakterija, kita bakterijų gentis oksiduoja nitritą ir sudaro nitratą (NO3-), vėl su energijos išsiskyrimu:

2 NE2- + O2 ---------> 2 NE3-

(nitritas) (nitratas)

Nitratas yra tokia forma, kai beveik visas azotas juda iš dirvožemio į šaknis.

Tik nedaugelis augalų rūšių sugeba gyvūninius baltymus naudoti kaip azoto šaltinį. Šios rūšys, kurias sudaro mėsėdžiai augalai, turi specialias adaptacijas, naudojamas mažiems gyvūnams pritraukti ir gaudyti. Jie virškinami absorbuodami azoto junginius ir kitus organinius ir mineralinius junginius, tokius kaip kalis ir fosfatas. Dauguma mėsėdžių augalų yra pelkėse, kurios paprastai yra labai rūgščios, todėl nepalankios nitrifikuojančių bakterijų dauginimuisi.

Azoto praradimas

Kaip mes pastebėjome, azoto chlorofilato augalų junginiai grįžta į dirvožemį jiems mirus (arba gyvūnams, kurie jais maitinasi), juos perdirbę dirvožemio organizmai ir mikroorganizmai sugeria šaknis nitrato pavidalu, ištirpusio dirvožemio vandenyje. paversta organiniais junginiais. Šio ciklo metu visada yra „prarandamas“ tam tikras azoto kiekis, todėl augalas yra nenaudingas.

Viena iš pagrindinių azoto praradimo priežasčių yra dirvožemio šalinimo augalai. Dirbtuose dirvožemiuose azoto kiekis dažnai mažėja. Azotas taip pat gali būti prarastas, kai nukirstas dirvožemis erozija arba kai jo paviršių sunaikina ugnis. Azotas taip pat pašalinamas išplovimas; nitratai ir nitritai, kurie yra anijonai, yra ypač jautrūs vandens nutekėjimui per dirvą. Kai kuriuose dirvožemiuose denitrifikuojančios bakterijos skaido nitratus ir išskiria azotą į orą. Šis procesas, aprūpinantis bakterijas kvėpavimui reikalingu deguonimi, yra brangus atsižvelgiant į energijos poreikį (t. Y.2 gali būti sumažintas greičiau nei NE3-) ir plačiai pasitaiko tik dirvožemiuose, kuriuose trūksta deguonies, ty dirvožemiuose, kurie yra mažai nusausinti, todėl prastai vėdinami.

Kartais augalams nepasiekiama didelė azoto dalis dirvožemyje. Šis imobilizavimas įvyksta, kai yra anglies perteklius. Kai šiaudai yra turtingi, bet azoto neturtingi organinės medžiagos, šiaudai yra geras pavyzdys, jei jų daug dirvožemyje, mikroorganizmams, kurie puola šias medžiagas, reikės daugiau azoto, nei juose yra, kad būtų galima pilnai panaudoti esančią anglį. Dėl to jie naudos ne tik šiauduose ar panašioje medžiagoje esantį azotą, bet ir visas dirvožemyje esančias azoto druskas. Taigi šis disbalansas paprastai normalizuojasi, nes anglis tiekiama kaip anglies dioksidas kvėpuojant mikrobais, o didėjant azoto ir anglies santykiui dirvožemyje.

Tęsiama po reklamos

Azoto fiksacija

Kaip matome, jei visas azoto, kuris pašalinamas iš žemės, nebūtų papildytas nuolat, praktiškai gyvybės suteikianti planeta išnyktų. Azotas papildomas dirvožemiu azoto fiksacija. Azoto fiksacija yra procesas, kurio metu azoto dujos ore yra įtraukiamos į azoto organinius junginius ir tokiu būdu įtraukiamos į azoto ciklą. Šių dujų fiksacija, kurią didžiąja dalimi gali padaryti tik kelios bakterijos ir mėlynieji dumbliai, yra procesas, nuo kurio šiandien priklauso visi gyvi organizmai, kaip ir visi jie galiausiai priklauso nuo fotosintezės. energijos gavimas.

Biologinės sistemos kasmet į žemės paviršių prideda nuo vieno iki dviejų šimtų milijonų tonų azoto. Žmogus pagamina 28 milijonus tonų, iš kurių dauguma naudojama kaip trąšos; Tačiau šis procesas atliekamas su didelėmis energijos sąnaudomis, susijusiomis su iškastiniu kuru. Apskaičiuota, kad bendras energijos kiekis, reikalingas amonio trąšoms gaminti, yra 2 mln. Barelių naftos per dieną. Iš tikrųjų manoma, kad azoto tręšimo išlaidos siekia pelno mažėjimo. Tradiciniai pasėliai tokiuose regionuose kaip Indija, naudojant azoto trąšas, neduoda žymiai didesnio derlingumo, tačiau jiems taikomi nedideli azoto poreikiai, tačiau dabar juos keičia „stebuklingi javai“ ir kiti pasėliai, kurie nebeatlieka derliaus azotu. - būtent tuo metu, kai toks gydymas tampa nepaprastai brangus.

Iš visų azotą fiksuojančių organizmų klasių simbiotinės bakterijos yra svarbiausios pagal bendrą fiksuotą azoto kiekį. Labiausiai paplitusios azotą fiksuojančios bakterijos Šakniastiebis, tai yra tam tikrų rūšių bakterijos, kurios įsiveržia į ankštinių augalų (šeimos angisperms) šaknis Fabaceae arba Leguminosae), pavyzdžiui, dobilai, žirniai, pupelės, vikiai ir liucerna.

Teigiamas ankštinių augalų poveikis dirvožemiui yra toks akivaizdus, ​​kad jie buvo pripažinti prieš šimtus metų. Teofrastas, gyvenęs trečiajame amžiuje prieš Kristų, rašė, kad graikai dirvožemiui praturtinti naudojo pupų pasėlius. Kur auga ankštiniai augalai, tam tikras „papildomo“ azoto kiekis gali būti išleidžiamas į dirvožemį, kur jis tampa prieinamas kitiems augalams. Šiuolaikiniame žemės ūkyje įprasta ne ankštinius augalus, tokius kaip kukurūzai, pakaitomis pakeisti ankštiniais, pavyzdžiui, liucerna. Tuomet ankštiniai derliai nuimami šienui, paliekant azoto turinčias šaknis arba, dar geriau, vėl suartus į lauką. Geras liucernos pasėlis, perkeltas į žemę, iš hektaro gali suteikti 450 kilogramų azoto. Taikant mikroelementus kobalto ir molibdeno, kurių reikalauja simbiotinės bakterijos, labai padidėja azoto gamyba, jei šių elementų yra nedaug, kaip ir didžiojoje Australijos dalyje.

Laisvai gyvenantys azotą fiksuojantys mikroorganizmai

Genų nesimbiotinės bakterijos Azotobakterija ir Clostridium geba pritvirtinti azotą. Azotobakterija yra aerobinis, kadangi Clostridium yra anaerobinis; Abi yra įprastos saprofitinės bakterijos, randamos dirvožemyje. Manoma, kad per metus jie gali tiekti apie 7 kilogramus azoto iš hektaro dirvožemio. Kita svarbi grupė apima daugybę fotosintetinių bakterijų. Laisvai gyvenantys mėlynieji dumbliai taip pat vaidina svarbų vaidmenį fiksuojant azotą. Jie yra nepaprastai svarbūs auginant ryžius, kurie yra pagrindinė daugiau kaip pusės pasaulio gyventojų mityba. Mėlynieji dumbliai taip pat gali atlikti svarbų ekologinį vaidmenį fiksuojant azotą vandenynuose.

Skirtumas tarp azoto fiksacijos laisvai gyvenančių ir simbiotinių organizmų gali būti ne toks tikslus, kaip tradiciškai manoma. Kai kurie mikrobai reguliariai atsiranda dirvožemyje aplink tam tikrų angliavandenius ardančių augalų šaknis, vartojant šiuos junginius ir tuo pačiu metu netiesiogiai tiekiant augalus azotu. Simbiotinės asociacijos tarp paprastai laisvai gyvenančių bakterijų, tokių kaip Azotobakterija, o aukštesnės augalų ląstelės audinių kultūrose paskatino jų augimą dirbtinėje terpėje, kurioje trūksta azoto.

Kitas turinys: Orų prognozė

Vaizdo įrašas: Aquatain AMF - uodų gyvybinio ciklo ekologinei kontrolei (Liepa 2020).