lovesouthernsocial.com

Серед біогеохімічних циклів найбільш широко вивчений азот. Перевірте підсумок і зрозумійте його важливість

Азот є важливим хімічним елементом для існування життя на Землі, оскільки входить до складу всіх амінокислот нашого організму, крім азотистих основ (з яких складаються молекули ДНК і РНК). Приблизно 78% повітря, яким ми дихаємо, складається з атмосферного азоту (N 2 ), який є його найбільшим резервуаром. Однією з причин цього є те, що N 2 є інертною формою азоту, тобто це газ, який у звичайних ситуаціях не реагує. Таким чином, він накопичується в атмосфері з моменту утворення планети. Незважаючи на це, небагато живих істот здатні поглинати його в молекулярній формі (N 2 ). Виявляється, що азот, як і залізо і сірка, бере участь у природному кругообігу, в ході якого його хімічна структура зазнає перетворень на кожній із стадій, слугуючи основою для інших реакцій і таким чином стаючи доступним для інших організмів - у цьому велике значення кругообіг азоту (або «азотний цикл»).

Щоб атмосферний N 2 досяг ґрунту, потрапляючи в екосистему, він повинен пройти процес, який називається фіксацією, який здійснюється невеликими групами нітрифікуючих бактерій, які видаляють азот у вигляді N 2 і включають його в свої органічні молекули. Коли фіксація здійснюється живими організмами, такими як бактерії, це називається біологічною фіксацією, або біофіксацією. В даний час для азотфіксації також можна використовувати промислові добрива, що характеризують промислову фіксацію, широко застосовуваний в сільському господарстві. Крім них, існує також фізична фіксація, яка здійснюється за допомогою блискавки та електричних іскор, через які азот окислюється і виноситься в ґрунт за допомогою опадів, але цей метод має знижену здатність фіксації азоту, якої недостатньо для організмів. і життя на Землі, щоб підтримувати себе.

Бактерії при фіксації N 2 виділяють аміак (NH 3 ). Аміак, контактуючи з молекулами води ґрунту, утворює гідроксид амонію, який при іонізації утворює амоній (NH 4 ) у процесі, який є частиною циклу азоту і називається амоніфікацією. У природі існує баланс між аміаком і аміаком, який регулюється рН. У середовищах, де pH є більш кислим, утворення NH 4 переважає, а в більш основних середовищах найпоширенішим процесом є утворення NH 3 . Цей амоній, як правило, поглинається та використовується в основному рослинами, у яких є бактерії, пов’язані з їх корінням (бактеріозами). Коли цей амоній виробляється вільноживучими бактеріями, він, як правило, доступний у ґрунті для використання іншими бактеріями (нітробактеріями).

Нітробактерії є хемосинтетиками, тобто це автотрофні істоти (які виробляють власну їжу), які витягують енергію, необхідну для свого виживання, за допомогою хімічних реакцій. Для отримання цієї енергії вони прагнуть окислювати амоній, перетворюючи його в нітрит (NO 2 - ), а пізніше в нітрат (NO 3 - ). Цей процес кругообігу азоту називається нітрифікацією.

Нітрати залишаються вільними в ґрунті і не мають тенденції накопичуватися в природно неушкодженому середовищі, що означає, що він може проходити трьома різними шляхами: поглинатися рослинами, денітрифікуватися або досягати водойм. Як денітрифікація, так і надходження нітратів у водойми мають негативні наслідки для навколишнього середовища.

Впливи на навколишнє середовище

Денітрифікація (або денітрифікація) — це процес, який здійснюється бактеріями, які називаються денітрифікаторами, які знову перетворюють нітрат у N 2, повертаючи азот в атмосферу. Крім N 2 , інші гази, які можуть утворюватися, - це оксид азоту (NO), який з'єднується з киснем повітря, що сприяє утворенню кислотних дощів, і закис азоту (N 2 O), який є важливою причиною парникового ефекту, що посилює глобальне потепління.

Третій шлях, по якому нітрати потрапляють до водойм, викликає екологічну проблему, яка називається евтрофікацією. Цей процес характеризується збільшенням концентрації поживних речовин (переважно сполук азоту і фосфору) у водах озера або дамби. Цей надлишок поживних речовин сприяє прискореному розмноженню водоростей, що в кінцевому підсумку перешкоджає проходженню світла, розбалансовуючи водне середовище. Інший спосіб забезпечити цей надлишок поживних речовин у водному середовищі — випустити в нього стічні води без належного очищення.

Іншим питанням, яке слід враховувати, є той факт, що азот також може бути шкідливим для рослин, коли він присутній у кількостях, які виходять за межі їх здатності до засвоєння. Таким чином, надлишок азоту, закріпленого в ґрунті, може обмежити ріст рослин, завдаючи шкоди посівам. Таким чином, співвідношення вуглець/азот також необхідно враховувати в процесах компостування, щоб метаболізм колоній мікроорганізмів, які беруть участь у процесі розкладання, завжди був активним.

Поглинання азоту людиною

Люди та інші тварини мають доступ до нітратів через ковтання рослин, які поглинали цю речовину, або, відповідно до харчового ланцюга, через ковтання інших тварин, які харчувалися цими рослинами. Цей нітрат повертається до кругообігу після загибелі організму (органічні речовини) або шляхом виділення (сечовини або сечової кислоти у більшості наземних тварин і аміаку в екскрементах риб), що містить азотисті сполуки. Таким чином, бактерії, що розкладаються, будуть діяти на органічну речовину, виділяючи аміак. Аміак також може перетворюватися в нітрити і нітрати за допомогою тих самих нітробактерій, які перетворюють аміак, інтегруючись у цикл.

Альтернатива добривам

Як ми бачили, фіксація азоту в ґрунті може мати позитивні наслідки, але процес відбувається в надлишку, це може мати негативні наслідки для навколишнього середовища. Втручання людства в кругообіг азоту відбувається через промислову фіксацію (через використання добрив), що збільшує концентрацію азоту, що підлягає фіксації, викликаючи такі проблеми, як згадані вище.

Альтернативою застосуванню добрив буде сівозміна, чергування культур азотфіксуючих і неазотофіксуючих рослин. Азотфіксуючі рослини – це рослини, які мають бактерії та інші фіксуючі організми, пов’язані з їх корінням, як це відбувається у бобових рослин (таких як боби та соя). Ротація сприятиме фіксації азоту в більш безпечних кількостях, ніж використання добрив, забезпечуючи поживні речовини, сумісні з здатністю рослин до засвоєння, сприяючи їх розвитку та знижуючи рівень поживних речовин, що надходять до водойм. Замість добрив також можна використовувати подібний процес під назвою «сидерати».

Цей процес складається з вирощування азотфіксуючих рослин і скошування їх перед тим, як вони дадуть насіння, залишаючи їх на місці як мульчу, щоб пізніше можна було вирощувати культури інших видів. Трохи нижче ми можемо перевірити зображення, яке дає нам підсумок того, що ми побачили в усій статті:

ANAMMOX

Акронім англійською мовою (що означає анаеробне окислення аміаку) називає інноваційний біологічний процес видалення аміаку з води та газів.

Це швидкий шлях, оскільки аміак не потрібно нітрифікувати до нітриту, а нітрат повертати до форми N 2. За допомогою процесу ANAMMOX аміак буде безпосередньо перетворений в газоподібний азот (N 2 ). Перша масштабна станція була встановлена ​​в 2002 році в Нідерландах, а до 2012 року вже функціонувало 11 об'єктів.

Ефективний і стійкий процес ANAMMOX можна використовувати для видалення аміаку зі стоків у концентраціях понад 100 мг/л. Усередині реакторів співіснують нітрифікуючі бактерії та ANAMMOX, де перші перетворюють приблизно половину аміаку в нітриди (хімічні сполуки, що мають у своєму складі азот), а бактерії ANAMMOX діють шляхом перетворення нітридів та аміаку в газоподібний азот.

Було показано, що анаеробне окислення аміаку є перспективним, і його вже можна знайти в промислових процесах, таких як очищення стічних вод, тверді органічні відходи, у харчовій промисловості та промисловості добрив, серед інших.