Н.В. Чибисова, Е.К. Долгань
Экологическая химия Учебное пособие / Калинингр. ун-т. - Калининград, 1998. - 113 с.
4. Химические элементы в биосфере
4.2. Круговорот азота
Несмотря на величайшую сложность, этот круговорот осуществляется
быстро и беспрепятственно. Воздух, содержащий 78% азота, одновременно служит и
огромным вместилищем и предохранительным клапаном системы. Он беспрерывно и в
разных формах питает круговорот азота.
Цикл азота состоит в следующем. Его главная роль заключается в том,
что он входит в состав жизненно важных структур организма - аминокислот белка,
а также нуклеиновых кислот. В живых организмах содержится примерно 3% всего
активного фонда азота. Растения потребляют примерно 1% азота; время его
круговорота составляет 100 лет.
От растений-продуцентов азотосодержащие соединения переходят к
консументам, от которых после отщепления аминов от органических соединений азот
выделяется в виде аммиака или мочевины, а мочевина затем также превращается в
аммиак (вследствие гидролиза).
Рис. 4.1.
Трансформация и использование СО2 в природе
В дальнейшем в процессах окисления азота аммиака (нитрификации) образуются
нитраты, способные ассимилироваться корнями растений. Часть нитритов и нитратов
в процессе денитрификации восстанавливается до молекулярного азота,
поступающего в атмосферу. Все эти химические превращения возможны в результате
жизнедеятельности почвенных микроорганизмов. Эти удивительные бактерии -
фиксаторы азота - способны использовать энергию своего дыхания для прямого
усвоения атмосферного азота и синтезирования протеидов. Таким путем в почву
ежегодно вносится около 25 кг азота на 1 га.
Но самые эффективные бактерии живут в симбиозе с бобовыми растениями
в клубеньках, развивающихся на корнях растений. В присутствии молибдена,
который служит катализатором, и особой формы гемоглобина (уникальный случай у
растений) эти бактерии (Rhizobium) ассимилируют громадные количества азота.
Образующийся (связанный) азот постоянно диффундирует в ризосфере (часть почвы),
когда клубеньки распадаются. Но еще азот поступает в наземную часть растений.
Благодаря этому бобовые исключительно богаты протеинами и очень питательны для
травоядных. Годовой запас, таким образом накапливаемый в культурах клевера и
люцерны, составляет 150-140 кг/га.
Помимо бобовых такие бактерии живут на листьях растений (в тропиках)
из семейства Rublaceae, а также актиномицеты - на корнях ольхи, фиксирующие
азот. В водной среде - это синие водоросли.
Итак, азот из разнообразных источников
поступает к корням в виде нитратов, абсорбируется корнями и трансформируется в
листья для синтеза протеинов. Протеины служат основой азотного питания животных,
а также пищей некоторых бактерий (паразитов). Организмы, разлагающие
органическое вещество после смерти, переводят азот из органических соединений в
минеральные. Каждая группа биоредуцентов специализируется на каком-либо одном
звене этого процесса. Цепь заканчивается деятельностью аминообразующих
организмов, образующих аммиак (NН3), который далее входит в цикл
нитрификации: Nitrosomonas окисляет его до нитритов, а Nitrobarter окисляет
нитриты в нитраты.
С другой стороны, бактерии-денитрификаторы
разлагают нитраты, освобождают N2, который улетучивается в
атмосферу. Но этот процесс не очень опасен, так как разлагает примерно 20%
общего азота, и то лишь на почвах, очень удобренных навозом (примерно 50-60 кг азота 1 га).
Круговорот азота в настоящее время подвергается
сильному воздействию со стороны человека. С одной стороны, массовое
производство азотных удобрений и их использование приводит к избыточному накоплению
нитратов. Азот, поступающий на поля в виде удобрений, теряется из-за отчуждения
урожая, выщелачивания и денитрификации.
С другой стороны, при снижении скорости
превращения аммиака в нитраты аммонийные удобрения накапливаются в почве.
Возможно подавление деятельности микроорганизмов в результате загрязнения почвы
отходами промышленности. Однако эти процессы носят локальный характер. Гораздо
большее значение имеет поступление оксидов азота в атмосферу при сжигании
топлива на ТЭЦ, транспорте, заводах («лисий хвост»). В промышленных районах их
концентрация в воздухе становится очень опасной. Под воздействием излучения
происходят реакции органики (углеводородов) с оксидами азота с образованием
высокотоксичных и канцерогенных соединений.
|