Круговорот азота

Атмосферный воздух на 78% состоящий из азота, представляет огромный объем планетарной системы, куда азот поступает благодаря денитрофицирующим бактериям и водорослям. Частично этому содействуют электрические разряды в атмосфере. Процессы, из которых складывается сложный круговорот азота - это ассимиляция, нитрификация, денитрификация, разложение, выщелачивание, вынос, выпадение с осадками и т.д. Организмы и большинство зеленых растений нуждаются в различных химических формах азота. Растениям требуется азот в форме нитрат-ионов(NO3-) и ионов аммония (NO4+). Животные удовлетворяют большую часть своих потребностей в азотных питательных веществах, поедая зеленые растения или травоядных животных. Газообразный азот (N2) ни растениями, ни людьми, ни большинством других организмов непосредственно не может быть использован. В природных условиях газообразный азот преобразовывается в растворимые в воде соединения, содержащие нитрат-ионы и ионы аммония, которые усваиваются в процессе круговорота корнями растений. Неорганические нитрат-ионы и ионы аммония преобразуются растениями в белки, ДНК и другие органические соединения.

Круговорот азота в биосферных процессах показан на рис.2.6 в виде упрощенной диаграммы.

Рис.2.6. Упрощенная диаграмма круговорота азота

Преобразование атмосферного газообразного азота в различные химические соединения в растениях называется фиксацией азота. Выброс соединений азота (нитриты, нитраты) в атмосферу и промышленная фиксация азота, поступающая в пахотные земли в виде удобрений, непосредственно связаны с деятельностью человека. Количество таких азотных соединений настолько велико, что его сравнивают с количеством природной фиксации азота в атмосфере. Цикличность перемещения и виды микроорганизмов, участвующих в процессах обмена азотом между организмами и средой показаны на рис.2.7. В процессе круговорота азот протоплазмы переводится из органической в неорганическую форму благодаря деятельности различных бактерий - редуцентов. Часть азота переводится на определенном этапе круговорота в аммиак и нитрат - соединение, наиболее пригодное для жизнедеятельности растений.

ис.2.7. Циркуляция азота в системе «организмы - окружающая среда»

В чем же состоит вмешательство человека в круговорот азота?

1. Сжигание ископаемого топлива и древесины, сопровождающееся выбросом в атмосферу оксида азота (NO). Соединяясь с кислородом атмосферы, оксид азота образует NO2 - диоксид, а при взаимодействии с водяным паром образуется азотная кислота (HNO3) , которая становится частью кислотных осадков, отравляющих жизнь растений и организмов.

2. Выделение в атмосферу " парникового" газа - закиси азота (N2О) в результате действия бактерий на удобрения и отходы животноводства.

3. Сбросы нитратов и аммония в водоемы с животноводческих ферм, коммунально-бытовые стоки, что приводит к массовой гибели рыб.

4. Вынос из почвы нитратов и аммония при сборе урожая сельскохозяйственных культур, перенасыщенных азотом.

2.3.5. Круговорот фосфора

осфор встречается в значительно меньших химических формах, чем азот, поэтому круговорот фосфора, показанный на рис.2.8, по структуре проще циклов азота. Неотъемлемый элемент протоплазмы – фосфор - циркулирует, переходя из органических соединений в фосфаты, используемые растениями. В отличие от азота, сферой размещения для фосфора служит не атмосфера, а горные породы и другие отложения литосферы.

^ Рис.2.8. Схема круговорота фосфора

В своем круговороте фосфор постепенно перемещается из фосфатных месторождений на суше и мелководных осадков к живым организмам и обратно. Животные обогащают свой организм необходимым фосфором, поедая растения или животных. Большая часть фосфора возвращается в виде отходов или продуктов разложения в почву, в реки, на дно океана в качестве осадочных пород. С поверхности суши в океан смывается большое количество фосфатов в результате антропогенной деятельности. Часть фосфора возвращается на сушу в виде гуана (помета птиц), обогащенного фосфором экскрементов питающихся рыбой птиц. Важную роль играют и многолетние геологические процессы. Из диаграммы на рис.2.9 видим, что в данном случае бактерии играют меньшую роль, чем в рассмотренном ранее круговороте азота. Фосфор входит в состав молекул, в том числе ДНК, молекул жиров, а также в состав костей и зубов животных.

Геологический выброс (млн.лет)

Разработка Кости и зубы

недр

Разработка недр

Выщелачивание Отходы

Стоки и

эрозия

Выщела-

чивание

Птицы Речные разложения Отходы и разложения

питающиеся рыбой

Выпадения из

круговорота

Кости и зубы

Р

ис.2.9. Упрощенная диаграмма круговорота фосфора

(по Т.Миллеру, 1993г.)