1. Моя освіта – реферати, конспекти, доповіді
  2. Біологія
  3. Колообіг азоту

Колообіг азоту

Азот, як і вуглець, належить до складу білкових речовин усіх організмів. Його міграція в біологічному колообігу тісно пов’язана з цими речовинами.

Атмосфера, як відомо, містить понад 78% молекулярного азоту. Однак в такій формі він не доступний для живлення зелених рослин. Для живлення рослини можуть використовувати лише солі азотної та азотистої кислот, дещо гірше вони засвоюють аміачний азот. Ці сполуки утворюються в ґрунті з аміаку з допомогою нітрифіксуючих бактерій. Аміак надходить у ґрунт з атмосфери, а також унаслідок розкладу азотовмісних сполук органічних решток рослин і тварин, утворюючи продукт цього розкладу – детрит (лат. detritus – стертий).

В атмосфері міститься від 0,02 до 0,05 мг/м3 азоту. В теплий період року завдяки дії грозових розрядів його міститься більше, ніж в холодний. Протягом року на 1 га поверхні випадає в різних частинах планети від 3 до 15 кг азоту. Біля великих підприємств, що викидають сполуки азоту, його випадає у ґрунт значно більше від середніх показників. Зважаючи на це, навколо таких підприємств у радіусі до 10-20 км азотні добрива вносити немає потреби. У ґрунті живуть азотофіксуючі бактерії, що здатні засвоювати молекулярний азот з повітря. Вони збагачують ґрунт сполуками азоту, отже, мають дуже важливе значення для підвищення родючості ґрунтів. До таких бактерій належать аеробні азотобактерії (Asotobacter), анаеробні клостридіуми (Clostridium) Пастера, бульбочкові бактерії, що живуть зазвичай на коріннях бобових рослин (Rhizobium). Усі ці азотофіксуючі бактерії протягом року можуть нагромаджувати у ґрунті в доступній для інших рослин формі від 20 до 300 кг азоту на одному гектарі.

Колообіг азоту відбувається за участю багатьох бактерій. Зокрема, групи нітрифікуючих бактерій перетворюють аміак в солі азотистої й азотної кислот, а денітрифікуючі розкладають ці солі, перетворюючи їх в аміак і молекулярний азот. Процеси перетворення аміаку в солі азотистої й азотної кислот збагачують ґрунт доступними для рослин формами азоту, а процеси розкладання збіднюють його. Процес нітрифікації можна виразити такими рівняннями (нітритні бактерії окиснюють аміак до азотистої кислоти). Азотна й азотиста кислоти вступають у ґрунтовому розчині в обмінні реакції, внаслідок яких утворюються азотисті солі, які засвоюють рослини.

Білкові сполуки, до яких належить азот, у трофічних ланках переходять від організму до організму. Відмерлі рослини і тварини або їхні рештки за допомогою організмів-редуцентів мінералізуються, внаслідок цього в атмосферу виділяється аміачний і молекулярний азот. Частина азоту в складі його сполук поповнює великий (геологічний) колообіг шляхом винесення річковим стоком у моря й океани. З огляду на це максимальна кількість азоту завжди нагромаджується у гирлах великих річок, мінімальна – у центральних частинах океанів. Океан регулює вміст азоту шляхом використання частини його водоростями, а інша частина осідає на дні у формі детриту. Отже, винесення азоту із суходолу не збільшує його концентрації у водах Світового океану. Як зазначає В. Ковда (1979), нормальний колообіг азоту в природі (без втручання людини) є порівняно простий. Земна кора, магма, вулкани були й є природними постачальниками азоту в атмосфері. Після того, як на нашій планеті з’явилися різні форми життя, азот почали фіксувати біотичним шляхом. До втручання людини в перебіг природних процесів був головний механізм постачання зв’язаного азоту в біосферу в обсягах до 30-40 млн т на Суходолі та стільки ж -в Океані. Електричні, фотохімічні та інші механізми утворення сполук азоту в атмосфері давали ще десяток мільйонів тон азоту. Так у біосферу щороку надходило близько 100 млн т. азоту. Природні родовища азоту в світі невідомі (за винятком чилійської селітри).

Протягом останніх століть людина порушила природну збалансованість колообігу азоту в біосфері. Біомаса лісів зменшилася на 2/3 від доісторичної площі. Також значно зменшилася площа степів та їхніх аналогів (пушта, прерії, пампа). Правда, це не суттєво порушило загальний баланс азоту. Однак мінеральні добрива стали важливим чинником, який змінив природний колообіг азоту. Тепер кількість усіх форм азоту, що виробляється промисловим шляхом, прирівнюють до кількості, яку фіксують біогенним шляхом. Сумарна кількість азоту, що міститься в мінеральних добривах сягає понад 50 млн т. Стільки ж, а можливо й більше азоту потрапляє в атмосферу внаслідок спалювання викопного палива. Це також біогенний азот, законсервовний у відкладах минулих біосфер, але він спалюється тепер.

Учені прогнозують, що в ХХІ столітті виробництво добрив досягне 300-400 млн т у перерахунку на діючу речовину. Виробництво азотних добрив буде пріоритетним, оскільки наявний прямий зв’язок між врожайністю та вмістом азоту в ґрунті. Без добрив важко обійтися, але водночас варто вживати ефективні заходи щодо витрат азоту та зниження процесів денітрифікації, застосовуючи нові форми добрив, зокрема, капсули з оболонкою, сполуки азоту з лігніном тощо, а також зменшити підкиснення ґрунтів і вод, ослабити дію так званих “кільцевих зон” навколо теплоелектростанцій, де щорічно на один гектар випадає від 10 до 18 кг азоту.

Яких глобальних наслідків можна очікувати від підвищення вмісту азоту в довкіллі? Найбільшою небезпекою є руйнування озонового горизонту. Проте думки вчених не є однозначними. Деякі вчені вважають, що ґрунти мають властивість фіксувати, сорбувати оксиди, зокрема й азоту, і відновлювати їх до молекулярних форм. Шведські вчені підвищення концентрації нітратів у ґрунтовому довкіллі пов’язують з онкологічними захворюваннями шлункового тракту та інших органів, вони вважають, що це спричиняє метгемоглобію -розпадання гемоглобіну. Звідси виникають нові непередбачені проблеми. З огляду на це процес зростання вмісту всіх форм азоту в біосфері потребує постійного моніторингу як на регіональному, так і на глобальному рівнях.

ПОДІЛИТИСЯ: