2.3.2. Круговорот азота
Круговорот азота в природе 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).
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 азотфиксирующие 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 ассимилируют громадные количества азота. Образующийся (связанный) азот постоянно диффундирует в ризосфере (часть почвы), когда клубеньки распадаются. Азот поступает также в наземную часть растений. Благодаря этому бобовые исключительно богаты протеинами и очень питательны для травоядных. Их годовой запас, накапливаемый в культурах клевера и люцерны, составляет 150-140 кг/га.
Помимо бобовых азотфиксирующие бактерии живут на других листьях растений, а также на корнях ольхи.
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, который далее входит в цикл нитрификации, когда соответствующие группы бактерий окисляют его до нитритов, а затем до нитратов.
С другой стороны, бактерии-денитрификаторы разлагают нитраты, освобождая азот, который поступает в атмосферу. Схематически цикл круговорота азота приведен на рис 2.3.
Рисунок 2.3 – Круговорот азота в природе
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 также угнетение деятельности микроорганизмов в результате загрязнения почвы отходами производства. Большое негативное значение имеет поступление оксидов азота в атмосферу при сжигании топлива на ТЭЦ и в процессе эксплуатации транспортных средств. В промышленно-развитых регионах их концентрация в воздухе становится очень опасной. Под воздействием излучения происходят химические реакции углеводородов с оксидами азота с образованием высокотоксичных и канцерогенных соединений.