БИОГЕОХИМИЧЕСКИЙ ЦИКЛ АЗОТУ

Кругообіг азоту, так само як і вуглецю, відбувається в атмосфері, літосфері і гідросфері. Основна маса його в формах N 2 (75,6%) і оксидів N v O, y зосереджена в атмосфері, частина розчинена у воді Світового океану. У іонної формі NH ^, N0 2 , N0 3 азот присутній в органічному і неорганічний речовині.

Внаслідок своєї хімічної стабільності молекулярний азот виконує функцію інертного «розчинника» для інших газів і вступає в хімічні реакції тільки в жорстких умовах (високі температури, електричний розряд, УФ-випромінювання). Запаси атмосферного азоту безперервно поповнюються в результаті циклічних процесів масообміну, що зв'язують атмосферу з поверхневим грунтовим шаром і океаном. У водних і ґрунтових екосистемах сполуки азоту піддаються хімічного і біологічного трансформації, що може приводити або до його накопичення, або до його втрат.

Глобальний цикл азоту досить складний і взаємопов'язаний з декількома круговоротами (рис. 2.6). Як було сказано вище, один з кругообігів обумовлений реакціями в тропосфері і пов'язаний з утворенням газоподібних сполук азоту: аміаку NH 3 і оксидів N 2 0, NO, N0 2 . Пари води в результаті фотохімічних реакцій і утворення вільних радикалів з'єднуються з газоподібними оксидами NO і N0 2 , утворюючи азотисту і азотну кислоти, а в подальшому їх солі - нітрити і нітрати.

Аміак, що є в основному продуктом біохімічних процесів, потрапляючи в атмосферу, реагує з оксидами сірки та утворює розчинний гидросульфат амонію NH 4 HS0 4 , легко вимивається атмосферними опадами. На поверхню землі з випадають опадами надходить до 10-40 млн т пов'язаного азоту в рік, 70% цієї кількості - біогенного походження. Пов'язаний азот також вступає в круговорот в результаті процесів ерозії і метаморфізму гірських порід.

Основний шлях залучення азоту в природний круговорот - біологічний. Біологічні процеси перетворення, які відбуваються з залученням неорганічного азоту в процеси метаболізму, включають: азотфік- сацію, асиміляцію, Амоніфікація, нітрифікацію, денітрифікацію. Біологічний круговорот азоту являє собою практично замкнутий цикл, що протікає в твердій і рідкій середовищах і практично не надає прямого впливу на хімічний склад атмосфери. Особливість біологічного циклу азоту - двухстадийность окислювально-відновні х процесів: 1) окислення амонійних катіонів до нітрит або нітрат-іонів; 2) відновлення до молекулярної форми N 2 (рис. 2.7).

Глобальний цикл азоту

Мал. 2.6. Глобальний цикл азоту

(але Д. А. Шабанову, М. А. Кравченко, 2009)

Азотфіксация: N 2 -> nh ^ (NH3 T). Багато бактерій, в тому числі бульбочкові (симбіонти бобових рослин), можуть фіксувати атмосферний азот, відновлюючи його до аммонийной форми. Даний процес має планетарне значення і по масштабах можна порівняти з фотосинтезом. З повітря ґрунтовими бактеріями фіксується від 40 • 10 6 до 200 • 10 6 т азоту в рік або 100-300 кг азоту на рік на 1 га грунту [1] .

Асиміляція: NH3 - »амінокислоти. У процесі асиміляції рослини і аміногетеротрофние мікроорганізми споживають азот, забезпечуючи біосинтез амінокислот і рослинних білків. В організмі тварин рослинні білки трансформуються в тварини.

Біохімічний круговорот азога

Мал. 2.7. Біохімічний круговорот азога

(По А. Е. Кузнєцову, Н. Б. Градовой, 2006)

Амоніфікація (гниття): білок -> NH 3 T. В результаті гідролізу органічна речовина у формі білків і амінокислот розкладається під дією аммоніфіцірующіх (гнильних) мікроорганізмів в кінцевому рахунку до аміаку і сірководню, а на проміжній стадії - до первинних або вторинних амінів ( путресцин, кадаверин). Ці сполуки мають сильним неприємним запахом і токсичні для людини.

Нітрифікація: NH 3 (NH 4 ) -> N0 2 , N0 3 . Основну форму азотного живлення рослин становлять нітрати, які утворюються під дією нитрифицирующих хемосинтезирующих бактерій в аеробних умовах в грунті. Процес окислення протікає послідовно в дві стадії: окислення до нітрит-іонів, а потім - до нітрат-іонів, тому недолік кисню зупиняє процес.

Денітрифікація: N0 3 -> N 2 . Анаеробний процес відновлення нітратних і нітритних форм до молекулярного азоту, а іноді - до закису N 2 0 або окису азоту NO, є завершальним етапом кругообігу азоту. Процес денітрифікації активно протікає в середовищах, збіднених киснем, - вологих або затоплених, погано аерованих грунтах, в евтрофних водоймах; з одного боку, він призводить до збіднення грунтів азотом, з іншого - перешкоджає накопиченню в атмосфері токсичних оксидів азоту.

У глобальному круговороті азоту обсяг продукції процесів денітрифікації кілька перевищує обсяг продукції процесів азотфіксації в зв'язку зі значним надходженням в навколишнє середовище сполук азоту техногенного походження: у вигляді газоподібних продуктів згоряння палива, у вигляді солей з побутовими і промисловими стоками.

Перераховані біохімічні процеси використовуються в системах біологічного очищення стічних вод для видалення азоту зі стоків: в результаті денітрифікації в поєднанні з нітрифікація сполуки азоту видаляються досить повно.

У системах біоремедіаціі природних середовищ також необхідно враховувати особливості циклу азоту. Зокрема, при використанні біопрепаратів для очищення екосистем від таких з'єднань, як нафтопродукти і феноли, потрібно розчинний мінеральний азот для ефективної роботи мікроорганізмів-деструкторів [2] .

  • [1] Шабанов Д. А., Кравченко М. А. Матеріали для вивчення курсу загальної екології з основами средоведеіія і екології людини: навч, посібник. Харків: XI1У ім. В. Н. Каразіна 2009.
  • [2] Кузнєцов Л. Є., Градова Н. Б. Указ. соч.
 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >