Tarp biogeocheminių ciklų plačiausiai tiriamas azotas. Patikrinkite santrauką ir žinokite jos svarbą

Azotas yra būtinas gyvybės Žemėje egzistavimo cheminis elementas, nes jis yra visų mūsų kūno amino rūgščių komponentas, be azoto bazių (kurios sudaro DNR ir RNR molekules). Maždaug 78% oro, kuriuo kvėpuojame, sudaro atmosferos azotas (N 2), kuris yra didžiausias jos rezervuaras. Viena iš to priežasčių yra ta, kad N 2 yra inertiška azoto forma, tai yra dujos, kurios įprastose situacijose nėra reaktyvios. Taigi jis atmosferoje kaupėsi nuo planetos susiformavimo. Nepaisant to, nedaugelis gyvų būtybių sugeba absorbuoti ją molekuline forma (N 2). Pasirodo, kad azotas, kaip ir geležis ir siera, dalyvauja natūraliame cikle, kurio metu jo cheminė struktūra keičiasi kiekviename etape,tarnauja kaip pagrindas kitoms reakcijoms ir taip tampa prieinamas kitiems organizmams - tai yra didelė azoto ciklo (arba „azoto ciklo“) svarba.

Kad atmosferos N 2 patektų į dirvožemį, patekdamas į ekosistemą, jis turi praeiti procesą, vadinamą fiksacija, kurį vykdo mažos nitrifikuojančių bakterijų grupės, pašalinančios azotą N 2 pavidalu ir įtraukdamos į savo organines molekules. Kai fiksaciją atlieka gyvi organizmai, pavyzdžiui, bakterijos, tai vadinama biologine fiksacija arba biofiksacija. Šiuo metu komercinės trąšos taip pat gali būti naudojamos azoto fiksavimui, apibūdinantis pramoninį fiksavimą, kuris yra plačiai naudojamas žemės ūkyje. Be to, yra ir fizinė fiksacija, kurią vykdo žaibai ir elektrinės kibirkštys, per kurias azotas oksiduojamas ir per lietų įkraunamas į dirvą, tačiau toks metodas turi mažesnį azoto fiksavimo pajėgumą.ko nepakanka organizmams ir gyvybei Žemėje išlaikyti save.

Kai bakterijos fiksuoja N 2, jos išskiria amoniaką (NH 3). Amoniakas, kontaktuodamas su dirvožemio vandens molekulėmis, formuoja amonio hidroksidą, kuris, jonizuojamas, gamina amonį (NH 4) procese, kuris yra azoto ciklo dalis ir vadinamas amonifikacija. Gamtoje yra pusiausvyra tarp amoniako ir amonio, kurį reguliuoja pH. Aplinkose, kuriose pH yra rūgštingesnis, vyrauja NH 4 susidarymas, o šarmingesnėse aplinkose dažniausiai vyksta NH 3 susidarymas. Šį amonį dažniausiai absorbuoja ir naudoja augalai, kurių šaknys yra susijusios su bakterijomis (bakteriorizomis). Kai amonio gamina laisvai gyvenančios bakterijos, dirvožemyje paprastai būna kitų bakterijų (nitrobakterijų).

Nitrobakterijos yra chemosintetizatoriai, tai yra autotrofinės būtybės (gaminančios savo maistą), pašalinančios jų išgyvenimui reikalingą energiją iš cheminių reakcijų. Norėdami gauti šią energiją, jie linkę oksiduoti amonį, paversdami jį nitritu (NO 2 -), vėliau - nitratu (NO 3 -). Šis azoto ciklo procesas vadinamas nitrifikacija.

Nitratai dirvožemyje lieka laisvi ir neturi tendencijos kauptis natūraliai nepažeistoje aplinkoje, todėl gali eiti trimis skirtingais keliais: augalų absorbuoti, denitrifikuoti ar pasiekti vandens telkinius. Tiek denitrifikacija, tiek nitratų srautas į vandens telkinius turi neigiamų padarinių aplinkai.

Poveikis aplinkai

Denitrifikacija (arba denitrifikacija) yra procesas, kurį vykdo bakterijos, vadinamos denitrifikatoriais, kurios vėl paverčia nitratą į N 2, atlikdami azoto grįžimą į atmosferą. Be NO šiltnamio efektą, kuris sustiprina visuotinį atšilimą.

Trečiasis kelias, kuriame nitratai pasiekia vandens telkinius, sukelia aplinkos problemą, vadinamą eutrofikacija. Šiam procesui būdinga padidėjusi maistinių medžiagų (daugiausia azoto junginių ir fosforo) koncentracija ežero ar užtvankos vandenyse. Šis maistinių medžiagų perteklius palankus spartesniam dumblių dauginimuisi, kuris galiausiai trukdo prasiskverbti šviesai ir išbalansuoja vandens aplinką. Kitas būdas suteikti maistinių medžiagų perteklių vandens aplinkoje yra nuotekų išleidimas į ją be tinkamo apdorojimo.

Kitas svarstytinas klausimas yra tai, kad azotas taip pat gali būti žalingas augalams, kai jų yra tokiais kiekiais, kurie viršija jų asimiliacijos galimybes. Taigi dirvožemyje užfiksuotas azoto perteklius gali apriboti augalo augimą ir pakenkti pasėliams. Taigi kompostavimo procesuose taip pat reikia atsižvelgti į anglies / azoto santykį, kad skilimo procese dalyvaujančių mikroorganizmų kolonijų metabolizmai visada būtų aktyvūs.

Žmonių absorbuojamas azotas

Žmonės ir kiti gyvūnai gali gauti nitratų nurijus augalus, kurie absorbavo tą medžiagą, arba, atsižvelgiant į maisto grandinę, nurijus kitus gyvūnus, kurie maitino šiuos augalus. Šis nitratas grįžta į ciklą po tam tikro organizmo mirties (organinės medžiagos) arba išsiskyrimo (karbamido ar šlapimo rūgšties, daugumos sausumos gyvūnų ir amoniako, žuvų ekskrementų), kuriame yra azoto junginių. Taigi, skaidančios bakterijos veiks organines medžiagas, išskiriančias amoniaką. Amoniakas taip pat gali virsti nitritais ir nitratais tomis pačiomis nitrobakterijomis, kurios transformuoja amonį, integruodamosis su ciklu.

Trąšų alternatyva

Kaip matėme, azoto fiksacija dirvožemyje gali sukelti teigiamą poveikį, tačiau procesas vyksta per daug, gali sukelti neigiamų padarinių aplinkai. Žmonijos kišimasis į azoto apytaką atsiranda dėl pramoninės fiksacijos (naudojant trąšas), kuri padidina fiksuojamo azoto koncentraciją, sukeldama tokias problemas, kaip minėta pirmiau.

Trąšų naudojimo alternatyva būtų sėjomaina, keičiamos azotą fiksuojančių ir nefiksuojančių augalų kultūros. Azotą fiksuojantys augalai yra tie, kurių bakterijos ir kiti organizmą fiksuojantys organizmai yra susiję su savo šaknimis, kaip būna ankštiniuose augaluose (pavyzdžiui, pupose ir sojos pupelėse). Rotacija paskatintų azoto fiksavimą saugesniais kiekiais nei naudojant trąšas, suteikiant maistinių medžiagų, suderinamų su augalų pasisavinimo pajėgumais, būtų palanki jų vystymuisi ir sumažinant vandens telkinius pasiekiančių maistinių medžiagų kiekį. Panašų procesą, vadinamą „žaliuoju mėšlu“, taip pat galima naudoti trąšoms pakeisti.

Šis procesas susideda iš azotą fiksuojančių augalų auginimo ir jų šepečio, kol jie nesudaro sėklų, paliekant juos vietoje kaip mulčias, kad vėliau būtų galima gaminti kitų rūšių kultūras. Žemiau galime pamatyti vaizdą, kuriame pateikiama santrauka to, kas matyta visame straipsnyje:

ANAMMOX

Akronimas anglų kalba (reiškiantis anaerobinį amoniako oksidavimą) įvardija novatorišką biologinį amoniako pašalinimo iš vandens ir dujų procesą.

Jis susideda iš nuorodos, nes amoniako nereikia nitrifikuoti į nitritą ir nitratą, kad jis būtų denitrifikuotas atgal į N 2 formą. Vykdant ANAMMOX procesą, amoniakas būtų tiesiogiai paverčiamas azoto dujomis (N 2). Pirmoji didelio masto stotis buvo įrengta 2002 m. Nyderlanduose, o 2012 m. Jau veikė 11 įrenginių.

Efektyvus ir tvarus ANAMMOX procesas gali būti naudojamas amoniakui pašalinti iš nuotekų, kai jo koncentracija didesnė kaip 100 mg / l. Reaktoriuose egzistuoja nitrifikuojančios bakterijos ir ANAMMOX, kur pirmieji apie pusę amoniako paverčia nitridais (cheminiais junginiais, kurių sudėtyje yra azoto), o ANAMMOX bakterijos veikia transformuodamos nitridus ir amoniaką į azoto dujas.

Anaerobinė amoniako oksidacija pasirodė esanti perspektyvi ir tai jau galima rasti pramoniniuose procesuose, pavyzdžiui, nuotekų valyme, organinėse kietosiose atliekose, maisto pramonėje, trąšose ir kt.