Трансформация соединений азота

Формы азота в биосфере

Запасы азота в биосфере

Роль азота в биосфере

План

Круговорот азота

Лекция

Учение о биосфере

Литература

Д.С.Орлов, Л.К.Садовникова, И.Н. Лозановская. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении. М., 2002

1. Роль азота в биосфере

2. Запасы азота в биосфере

3. Формы азота в биосфере

4. Трансформация соединений азота

5. Техногенный азот (антропогенное воздействие)

1) Азот входит в состав белков (16-18% их массы), нуклеиновых кислот, алкалоидов, нуклеопротеидов, алкалоидов, фосфатидов и т.п.

2) Азот участвует в процессах фотосинтеза, обмена веществ, образования новых клеток.

3) Азот участвует в формировании почвенного покрова, плодородия экосистем, продуктивности земледелия и улучшения белкового питания человека.

o в атмосфере (4-6)х10¹⁵ т азота

o в осадочных породах земной коры 6х10¹⁴ т азота

o в Мировом океане 2х10¹³ т азота

o в биомассе суши 1х10¹⁰ азота

o в биомассе океана 2х10¹⁰ т азота

o в гумусе в планетарном масштабе 6х10¹⁰ т азота.

Азот гумуса в планетарном масштабе играет огромную роль, повышая плодородие почв и обеспечивая питание растений. Но азот гумуса находится в недоступной форме (N^-3;N⁺⁵) в виде органических соединений, он должен пройти ряд микробиологических превращений.

1) газ (N₂, NH₃, NO, NO₂)

2) кислоты (азотная и азотистая)

3) минеральные соединения азотной и азотистой кислот – нитраты и нитриты. Их содержание на 1 кг почвы – 0,1-0,5 мг. Нитратам принадлежит существенная роль в превращениях соединений азота в почве, они образуются как промежуточные соединения при нитрификации в аэробных условиях и при денитрификации в анаэробных условиях. В почве нитриты неустойчивы, происходит их разложение:

2HNO₂ÞNO+NO₃+H₂O

4) соли аммония

5) органические соединения – представлены аминокислотами, аминосахарами и гетероциклическими (пурин, пиридин, пиримидин, пиррол - эти соединения входят в состав неспецифических соединений почвы и в состав гумусовых кислот).

Негидрилизуемые соединения азота (в черноземе, сероземе, дерново-подзолистой почве) накапливаются, в то же время лабильные соединения азота разлагаются.

1) фиксация атмосферного азота свободноживущими и клубеньковыми бактериями;

2) превращение азотсодержащих соединений органических остатков в гумусовые кислоты;

3) аммонификация органических азотсодержащих соединений.

4) нитрификация;

5) денитрификация и потеря азота в атмосферу;

6) фиксация иона аммония глинистыми минералами;

7) вымывание различных соединений азота с внутрипочвенным и поверхностным стоком.

Уникальность азота заключается в том, что его источником является атмосфера, а преобразования и круговорот обеспечен почти круговоротом воды и биотическими процессами.

Азот в лесные экосистемы поступает в различных формах:

А) с жидкими осадками NH₄⁺; (NO₃^- – нитриты); азот органических соединений.

Б) в виде сухих аэрозолей, которые содержат NH₄⁺, нитриты, азот органических соединений, пары азотной кислоты, аммиак и газообразные оксиды азота.

В) в виде биологического фиксированного газообразного азота.

Азот контактирует с деревьями (потребляется древесным ярусом, поступает в растворах на поверхность почвы (стволовой сток), используется растениями, микроорганизмами-деструкторами или нитрификаторами, которые превращают NH₄⁺ в NO₃^-)). Азот накапливается в почве в виде неорганических соединений т.к. используется растениями.

Баланс азота в биоценозе обусловлен такими механизмами, как:

1) Аммонификация – процесс разложения органических соединений с участием специфических аммонифицирующих микроорганизмов и ведущих к образованию NH₃, NH₄⁺.

NH₄⁺ выщелачивается в почвенном комплексе или может быть необменно-фиксированным. Количество необменно-фиксированного NH₄⁺ в почвах меняется от 1-2 до 10-12 ммоль/100 почвы.

Аммонификация – первая стадия минерализации азотсодержащих органических соединений.

2) Нитрификация – вторая стадия минерализации азотсодержащих органических соединений, т.е окисление аммиака и ионов аммония до нитритов и нитратов, процесс протекает в 2 этапа при участии специфических бактерий.

I этап Nitrosomonas

II этап Nitrobacter

В результате празложения тел отмерших организмов восполняется фонд неорганических соединений азота, доступных для использования растениями. (по Денисову)

Денитрификация осуществляется биологическим путем с помощью бактерий-денитрификаторов, а также и без участия организмов Pseudomonas, Micrococeus.

HNO₃ÞN₂OÞN₂

NO₃^-ÞNO₂ÞNOÞN₂OÞN₂

Денитрификация более интенсивно протекает в плохо дренированных почвах, в корнеобитаемом слое снижает обеспеченность растений азотом.

Ежедневная эмиссия N₂ , N₂O до 2-5 мг/кв.м увеличиваясь во влажные дождевые периоды при теплой погоде. Общие потери азота за счет денитрификации в пахотных слоях составляют 1,5 млн. т.

Круговорот азота в большинстве сообществ замкнутый, лишь небольшое количество этого элемента выносится из наземных сообществ со стоком. В масштабах биосферы реки выносят в океан около 30 млн. т азота в год. (по Денисову)

Дата добавления: 2015-07-13