Круговорот азота

Круговорот азота. В круговороте соединений азота чрезвычайно большую роль играют микроорганизмы: азотфиксаторы, нитрифика-торы, денитрификаторы. Все остальные организмы влияют на цикл мзота только после ассимиляции его в состав своих клеток. Бобовые и представители некоторых родов других сосудистых растений, например, ольха (Alnus), казуарина (Casuarina), араукария (Araucaria), гинкго (Ginkgo), лох (Eleganus), фиксируют азот толь­ко с помощью бактерий-симбионтов. Подобным же образом некоторые лишайники фиксируют азот с помощью симбиотических сине-зеленых подорослей. Таким образом, биологическая фиксация молекулярного азота своободноживущими и симбиотическими микроорганизмами происхо­дит и в автотрофном, и в гетеротрофном ярусах экосистем. Для круговорота азота необходим микроэлемент молибден, входящий в состав системы азотфиксирующих ферментов. В некоторых условиях молибден служит лимитирующим фактором. Фиксировать азот способны лишь немногие роды микроорганизмов, весьма широко распространенных в природе: свободноживущие аэробные бактерии рода азотобактер (Azotobacter) и анаэробные виды рода клостридиум (Clostridium); симбиотические клубеньковые бактерии бобовых расте­ний (Rhizobium); сине-зеленые водоросли: виды родов анабена и носток (Nostoc). Азот фиксируют также пурпурные и зеленые фотосинтезирующие бактерии, различные почвенные бактерии. Общее количество азота в атмосфере оценивается приблизительно в 3,8 • 10¹⁵ т, тогда как в водах Мирового океана — в 2,0 • 10¹³ т. Азотфиксирующие организмы суши ежегодно улавливают около 4,4 • 10⁹ т, а в водной среде ежегодная биологическая фиксация со­ставляет l,0 • 10⁹ т. Надо отметить, что количество ежегодно фикси­руемого живыми организмами азота в океане и на суше различается лишь в 4 с небольшим раза. В то же время содержание азота в назем­ных организмах (моментальная масса) составляет 1,22 • 10¹⁰ т, а в дон­ных организмах — всего 0,025 • 10¹⁰ т (в 50 раз меньше). В биосфе­ре в целом фиксация азота из воздуха составляет в среднем за год 140—700 мг/м². В основном это биологическая фиксация, и лишь не­большое количество азота (в умеренных областях не более 35 мг/м² в год) фиксируется в результате электрических разрядов и фотохими­ческих процессов. В фотической зоне небольших озер фиксация азота происходит со скоростью 1—50 мкг/л в день; высокая интенсивность фиксации отмечена также в некоторых загрязненных озерах с множеством сине-зеленых водорослей. В океане, где продуктивность ниже, интенсив­ность фиксации азота в расчете на 1 м² меньше, чем на суше, однако общее количество фиксированного азота является значительным и весьма важным для глобального круговорота. В круговороте азота из огромного запаса этого элемента в атмо­сфере и осадочной оболочке литосферы принимает участие только фик­сированный азот, усваиваемый живыми организмами суши и океана. В эту категорию азота обменного фонда входят: азот годичной продук­ции биомассы, азот биологической фиксации бактериями и другими организмами, ювенильный (вулканогенный) азот, атмосферный (фик­сированный при грозах) и техногенный. На огромных массивах, где деятельность человека почти отсут­ствует, растения берут необходимый им азот из вносимого в почву азота извне (нитратов с дождями, аммиака из воздуха), из возвращае­мого в почву азота (остатков животных, растений, экскрементов жи­вотных), а также из разнообразных азотфиксирующих организмов. Особое внимание привлекают несимбиотические свободноживущие так называемые олигонитрофильные микроорганизмы, способные расти при ничтожно малом содержании связанного азота в среде. Таким образом, в естественных растительных сообществах основ­ная роль в снабжении растений азотом, не считая бобовых, принадле­жит олигонитрофильным микроорганизмам-азотфиксаторам, в резуль­тате размножения которых увеличивается содержание белковых ве­ществ в почве. Они также препятствуют миграции в почве свободных форм азотистых соединений, биологически закрепляя их в своем теле. Наибольшее количество азота и зольных элементов содержится в биомассе лесной растительности. Почти во всех типах растительности масса зольных элементов в 2—-3 раза превышает массу азота. Исключение составляет тундровая растительность, в которой содержание азота и зольных элементов примерно одинаково. Количе­ство оборачивающихся в течение года элементов (т. е. емкость биологи­ческого круговорота) наибольшее во влажных тропических лесах, затем — в черноземных степях и широколиственных лесах умеренного климата (в дубравах). Масса азота, связанного в биомассе суши, составляет 14 020 млн. т, а зольных элементов — 34 062 млн. т. В процесс создания годовой продукции вся растительность суши вовлекает 2562 млн. т азота и 2762 млн. т зольных элементов. В биомассе фитопланктона Миро­вого океана этих элементов в тысячи раз меньше. Однако благодаря многократному воспроизводству организмов планктона через них на протяжении года проходит азота и зольных элементов больше, чем на суше: азота — 2762 млн. т, зольных элементов — 12274 млн. т.

Дата добавления: 2015-07-13