Экология: биология взаимодействия. 2.07. Биогеохимический цикл азота

2.06. Биогеохимический цикл углерода

Д. Шабанов, М. Кравченко. Экология: биология взаимодействия

Глава 2. Биосферология

2.08. Биогеохимический цикл серы 

2.07. Биогеохимический цикл азота

БГХ-цикл азота (рис. 2.7.1) сложнее углеродного. Он тоже чрезвычайно важен для живых организмов. Хотя азота в атмосфере больше, чем других газов, его включение в состав живого вещества является намного более сложной задачей, чем фиксация углерода при фотосинтезе. Наиболее доступен для растений азот в форме аммиака и нитратов, но аммиак в больших количествах токсичен, а нитраты — нет. Формы, в которых азот используется в органических соединениях — восстановленные, поэтому ассимиляция аммиака требует меньших перестроек. И та, и другая формы очень легко вымываются из почв, особенно нитраты, потому что в нейтральных и щелочных условиях аммоний связывается с некоторыми глинистыми веществами. При разрушении детрита выделяется восстановленный азот. Мочевина также гидролизуется до аммиака почвенными бактериями. Нитрификация осуществляется такими бактериями, как Nitrosomonas, которые переводят аммоний в нитрит; напротив, такие бактерии, как Nitrobacter, переводят нитриты в нитраты.

Рис. 2.7.1. Глобальный цикл азота

Нитрит — частый промежуточный этап в переходах из восстановленной формы в окисленную и обратно. Избыток нитратов в пище — опасное следствие избыточного азотного удобрения почв.  При ассимиляции нитраты восстанавливаются, проходя через стадию токсичных нитритов.

Денитрификация — многоэтапный процесс, проходящий через нитрит и закись азота (N20) к молекулярному азоту. Бактерия Pseudomonas добывает необходимый ей кислород с помощью этого процесса, если в почве кислорода нет! Денитрификация может идти и без участия живых организмов. К азотфиксаторам относятся свободноживущие бактерии Azotobacter (аэроб) и Clostridium (анаэроб), симбионты бобовых бактерии Rhizobium, симбионты многих групп растений (например, ольхи) актиномицеты, цианобактерии Anabaena и Nostoc.

Ферментом, фиксирующим азот, является нитрогеназа. Ее работа требует больших энергетических затрат: около 10 г глюкозы на 1 г фиксированного азота.

Азот может фиксироваться и абиогенным путем (вне связи с организмами). Например, во время удара молнии в ее канале достигается такая температура, что в атмосферном воздухе, через который прошел электрический разряд, происходит окисление молекулярного азота кислородом.

Поскольку на многих почвах сельскохозяйственные растения испытывают азотное голодание, человек интенсивно производит азотные удобрения, осуществляя промышленную фиксацию атмосферного азота. Промышленная фиксация азота примерно равна природной абиогенной фиксации.

 

Дополнительные материалы:

Учебная модель: БГХ-цикл азота в условиях современной Земли

 

2.06. Биогеохимический цикл углерода

Д. Шабанов, М. Кравченко. Экология: биология взаимодействия

Глава 2. Биосферология

2.08. Биогеохимический цикл серы