Биология в лицее

Круговорот азота

Круговорот азота — биогеохимический процесс в биосфере, в котором участвуют организмы-редуценты, а также нитрифицирующие и клубеньковые бактерии.

При гниении органических веществ значительная часть содержащегося в них азота превращается в аммиак, который под влиянием живущих в почве трифицирующих бактерий окисляется затем в азотную кислоту. Последняя, вступая в реакцию с находящимися в почве карбонатами, например с карбонатом кальция СаСО_з, образует нитраты:

2HN0_з + СаСО_з = Са(NО_з)₂ + СО₂ + НOН

Некоторая же часть азота всегда выделяется при гниении в свободном виде в атмосферу. Свободный азот выделяется также при горении органических веществ, при сжигании дров, каменного угля, торфа. Кроме того, существуют бактерии, которые при недостаточном доступе воздуха могут отнимать кислород от нитратов, разрушая их с выделением свободного азота. Деятельность этих де ни трифицирующих бактерий приводит к тому, что часть азота из доступной для зеленых растений формы (нитраты) переходит в недоступную (свободный азот). Таким образом, далеко не весь азот, входивший в состав погибших растений, возвращается обратно в почву; часть его постепенно выделяется в свободном виде.

Непрерывная убыль минеральных азотных соединений давно должна была бы привести к полному прекращению жизни на Земле, если бы в природе не существовали процессы, возмещающие потери азота. К таким процессам относятся, прежде всего происходящие в атмосфере электрические разряды, при которых всегда образуется некоторое количество оксидов азота; последние с водой дают азотную кислоту, превращающуюся в почве в нитраты. Другим источником пополнения азотных соединений почвы является жизнедеятельность так называемых азотобактерий, способных усваивать атмосферный азот. Некоторые из этих бактерий поселяются на корнях растений из семейства бобовых, вызывая образование характерных вздутий — «клубеньков», почему они и получили название клубеньковых бактерий. Усваивая атмосферный азот, клубеньковые бактерии перерабатывают его в азотные соединения, а растения, в свою очередь, превращают последние в белки и другие сложные вещества. 

Таким образом, основная часть молекулярного азота фиксируется при участии бактерий и некоторых других организмов, превращающих его в соединения аммония (NH⁴⁺). Фиксация 1 г атмосферного азота требует расхода бактериями в клубеньках бобовых 167 кДж, т. е. окисления примерно 10 г глюкозы. Симбиоз растений и азотфиксирующих бактерий основан на получении первыми азота в усваиваемой форме, а вторыми — «места жительства».

Азот в форме аммиака и соединений аммония, получающийся в процессах биогенной азотфиксации, быстро окисляется до нитратов и нитритов. Благодаря высокой растворимости, они с дождевыми и грунтовыми водами попадают в Мировой океан.

Азот из тканей растений и животных после их гибели подвергается разложению и денитрификации, т. е. — выделению атомарного азота и его оксидов. Эти процессы идут также благодаря деятельности микроорганизмов в аэробных и анаэробных условиях.

Таким образом, в природе совершается непрерывный круговорот азота. Однако ежегодно с урожаем с полей убираются наиболее богатые белками части растений, например зерно. Поэтому в почву необходимо вносить удобрения, возмещающие убыль в ней важнейших элементов питания растений.

Азотфиксирующие бактерии — бактерии, способные усваивать молекулярный азот воздуха. 

Азотфиксирующие бактерии могут быть как аэробами, так и анаэробами, свободно живущими в почве или в симбиозе с растениями. Они имеют очень важное значение в круговороте азота в природе, особенно в снабжении доступными формами азота растений, не способных усваивать его из воздуха.

Azotobacter chroococcum — бактерии, способные в результате азотфиксации переводить газообразный азот в форму, доступную для усваивания растениями

Эти бактерии, способные усваивать азот воздуха и превращать его в аммиак, а затем в аминокислоты, поселяются в корнях растений. Присутствие бактерий вызывает разрастание тканей корня и образование утолщений. Утолщения на корнях называются клубеньками, поэтому азотфиксирующие бактерии также называют клубеньковыми. Растения в симбиозе с этими бактериями могут произрастать на почвах, бедных азотом, и обогащать им почву. 

Гнилостные бактерии широко распространены в почве, воздухе, воде, животных и растительных организмах. Поэтому любой подходящий субстрат быстро подвергается гниению. Гнилостные бактерии разлагают органические соединения, содержащие атомы азота, до аммиака. 

Денитрифицирующие бактерии — бактерии, восстанавливающие нитраты до молекулярного азота. 

Все денитрифицирующие бактерии — аэробы и могут окислять органическое вещество за счёт кислорода воздуха, но, попадая в анаэробные условия, они используют кислород нитратов как акцептор электрона. Распространены в почве, воде и грунте водоёмов.

< Предыдущая страница "Круговорот углерода и кислорода"

Следующая страница "Круговорот серы и фосфора" >