Круговорот азота

Океан воздуха, окружающий Землю, со­держит 78% азота. Однако большинство организмов неспособны непосредственно усваивать атмосферный азот. Они используют в основном связанный азот: нитраты, аммонийный и амидный азот.

Круговорот азота состоит из следующих процессов: полу­чение связанного азота, использование его живыми организмами, преобразование соединений азота в свободный азот.

Варианты получения связанного азота (млн т/год): синтез ок­сидов азота в атмосфере грозовыми разрядами - 7,6; фиксирование атмосферного азота микроорганизмами - 30, бобовыми - 14, сине-зелеными водорослями - 10; синтез азотных удобрений челове­ком - 30. Всего около 92 млн т/год связанного азота.

Круговорот связанного азота в биосфере. Азот в форме нит­ратов используется растениями для синтеза протеинов, являющих­ся составной частью всех клеток растительных и животных орга­низмов. Содержание азота в тканях около 3%. Протеины при отми­рании служат питанием целой цепи почвенных организмов. Они, разлагая органическое вещество, переводят органический азот в аммиак. Другие бактерии переводят аммиак в нитраты. Последние снова используют растения, и цикл превращений азота в пищевой цепи повторяется. Окисление азота аммиака до нитритов осуществляется с уча­стием бактерий (реакция нитрификации). Выделяющейся при этом энергии вполне достаточно для существования этих бактерий. Это исключительный случай в живой природе, который позволяет поддерживать существование живых организмов без энергии Солнца. Они не потребляют энергию, запасенную в органических веществах, а используют энергию окисления неорганических веществ. Другие микроорганизмы способствуют окислению нитритов дальше до нитратов с выделением энергии в 71 кДж/моль, что позволяет им выживать, так же как и вышеуказанным бактериям.

Аммиак почвы может усваиваться растениями и без его нит­рификации. При этом он включается в аминокислоты и становится частью белка растения, а после поедания растений переходит в жи­вотные белки. Белок возвращается в почву, где он распадается на аминокислоты, которые окисляются при участии бактерий до СОг, НгО, NH3. И цикл повторяется.

Связанный азот в количестве 2-3 млн т/год в виде раствори­мых соединений попадает с водой в океан и надолго теряется для биосферы в донных отложениях. Эти потери в основном компенси­руются соединениями азота из вулканических газов.

Денитрификация - это процесс освобождения связанного азота посредством его восстановления с участием бактерий денит-рификаторов. Денитрификация идет в анаэробных условиях, т.е. в отсутст­вие кислорода как на суше (43 млрд т/год), так и в море (40 млрд т/год) с образованием 83 млрд т азота в год. На суше бактерии ак­тивны в почвах, богатых соединениями азота и углерода, особенно в навозе.

Несмотря на потери связанного азота из-за денитрификации (83 млрд т/год), в биосфере идет его накопление в количестве около 92 - 83 = 9 млрд т/год. Причина излишка - производство человеком избыточного количества азотных удобрений. Таким образом, кру­говорот азота нарушен на 10%, что становится опасным, так как вода загрязняется нитратами. Человечество ожидают новые ослож­нения из-за быстрого увеличения количества азотсодержащих от­бросов в связи с резким возрастанием народонаселения и поголовья скота.

Рисунок 18 – Круговорот азота