kanin. 100. Nodule bacteria sa mga ugat ng halamang munggo

Kapag nabubulok ang mga organikong bagay, ang isang makabuluhang bahagi ng nitrogen na nakapaloob sa kanila ay na-convert sa ammonia, na, sa ilalim ng impluwensya ng nitrifying bacteria na naninirahan sa lupa, ay pagkatapos ay na-oxidized sa nitric acid. Ang huli, na tumutugon sa mga carbonic acid salts sa lupa, halimbawa CaCO 3, ay bumubuo ng nitrate: 2HNO 3 + CaCO 3 = Ca(NO 3) 2 + CO 2 + H 2 O

Ang ilang bahagi ng organikong nitrogen ay palaging inilalabas kapag malayang nabubulok sa kapaligiran. Ang libreng nitrogen ay inilabas din sa panahon ng pagkasunog ng mga organikong sangkap, sa panahon ng pagkasunog ng kahoy, karbon, pit, atbp. Bilang karagdagan, may mga bakterya na, na may hindi sapat na access sa oxygen, ay maaaring mag-alis ng mga nitric acid salts, na sinisira ang mga ito sa paglabas ng libreng nitrogen. Ang aktibidad ng mga denitrifying bacteria na ito ay humahantong sa katotohanan na ang bahagi ng nakagapos na nitrogen mula sa isang form na naa-access sa mga berdeng halaman (nitrates) ay nagiging hindi naa-access (libre).

Kaya, hindi lahat ng bahagi ng mga patay na halaman ay bumabalik sa lupa; bahagi nito ay patuloy na inilalabas sa libreng anyo at, samakatuwid, ay nawawala sa mga halaman.Ang patuloy na pagkawala ng mga mineral nitrogen compound ay matagal na dapat na humantong sa kumpletong pagtigil ng buhay sa lupa kung ang mga proseso ay walang umiiral sa kalikasan na nagbabayad para sa pagkawala ng nitrogen. Kabilang sa mga naturang proseso, una sa lahat, ang mga electrical discharge na nagaganap sa atmospera, kung saan ang isang tiyak na halaga ng nitrogen oxides ay palaging nabuo; ang huli ay gumagawa ng nitric acid na may tubig, na nagiging nitrate sa lupa. Ang isa pang mapagkukunan ng muling pagdadagdag ng mga nitrogen compound sa lupa ay ang mahalagang aktibidad ng tinatawag naazotobacteria na may kakayahang mag-asimilasyon ng nitrogen sa atmospera. Ang ilan sa mga bakteryang ito ay naninirahan sa mga ugat ng mga halaman mula sa pamilya ng legume, na nagiging sanhi ng pagbuo ng mga katangian ng pamamaga - "nodules", kaya naman tinawag silang nodule bacteria (Fig. 100). Assimilating atmosphericAng nitrogen, nodule bacteria ay pinoproseso ito sa mga nitrogen compound, at ang mga halaman, sa turn, ay nagko-convert sa huli sa mga protina at iba pang kumplikadong compound. Samakatuwid, ang mga munggo ayAng Sthenia, hindi katulad ng iba, ay maaaring umunlad nang maayos sa mga lupa na halos walang mga nitrogen compound.

kanin. 101. Scheme ng nitrogen cycle sa kalikasan

Ang aktibidad ng bakterya na sumisipsip ng nitrogen sa atmospera ay ang pangunahing dahilan kung bakit ang dami ng nakapirming nitrogen sa lupa ay nananatiling pare-pareho, sa kabila ng mga pagkalugi na nangyayari sa panahon ng agnas ng mga nitrogen compound. Ang agnas na ito ay binabayaran ng bagong pagbuo ng mga compound ng nitrogen, at sa gayon ang isang tuluy-tuloy na siklo ng nitrogen ay nangyayari sa kalikasan (Larawan 101).

Nagbabasa ka ng artikulo sa paksang Nitrogen cycle sa kalikasan

Ikot ng mga sangkap sa kalikasan

Ang aktibidad ng mga nabubuhay na organismo ay sinamahan ng pagkuha ng malalaking dami ng mga mineral mula sa nakapalibot na walang buhay na kalikasan.

Matapos ang pagkamatay ng mga organismo, ang kanilang mga sangkap na kemikal ay ibinalik sa kapaligiran.

Ito ay kung paano lumitaw ang biogenic cycle ng mga sangkap sa kalikasan, i.e. sirkulasyon ng mga sangkap sa pagitan ng atmospera, hydrosphere, lithosphere at mga buhay na organismo.

Nitrogen cycle sa kalikasan

Ang nitrogen ay patuloy na umiikot sa biosphere ng mundo sa pamamagitan ng isang network ng mga saradong interconnected pathway. Ang artificial nitrogen fixation sa paggawa ng mga mineral fertilizers ay idinagdag sa mga natural na proseso.

Ang nitrogen ay isa sa pinakamaraming sangkap sa biosphere, ang makitid na shell ng Earth kung saan sinusuportahan ang buhay. Kaya, halos 80% ng hangin na ating nilalanghap ay binubuo ng elementong ito. Karamihan sa nitrogen sa atmospera ay nasa libreng anyo, kung saan ang dalawang atomo ng nitrogen ay pinagsama-sama upang bumuo ng isang molekula ng nitrogen, N2. Dahil sa ang katunayan na ang mga bono sa pagitan ng dalawang mga atomo ay napakalakas, ang mga nabubuhay na organismo ay hindi maaaring direktang gumamit ng molekular na nitrogen - dapat muna itong ilipat sa isang "nakatali" na estado. Sa panahon ng proseso ng pagbubuklod, nahahati ang mga molekula ng nitrogen, na nagpapahintulot sa mga indibidwal na atomo ng nitrogen na lumahok sa mga reaksiyong kemikal sa iba pang mga atomo, at sa gayon ay pinipigilan ang mga ito sa muling pagsasama sa isang molekula ng nitrogen. Ang bono sa pagitan ng mga atomo ng nitrogen at iba pang mga atomo ay sapat na mahina upang payagan ang mga nabubuhay na organismo na gumamit ng mga atomo ng nitrogen. Samakatuwid, ang nitrogen fixation ay isang napakahalagang bahagi ng mga proseso ng buhay sa ating planeta.

Ang nitrogen cycle ay isang serye ng sarado, magkakaugnay na mga landas kung saan ang nitrogen ay umiikot sa biosphere ng mundo. Isaalang-alang muna natin ang proseso ng pagkabulok ng mga organikong bagay sa lupa.

Ang iba't ibang microorganism ay kumukuha ng nitrogen mula sa mga nabubulok na materyales at i-convert ito sa mga molecule na kailangan nila para sa metabolismo. Sa kasong ito, ang natitirang nitrogen ay inilabas sa anyo ng ammonia (NH3) o ammonium ions (NH4+). Ang ibang mga mikroorganismo pagkatapos ay ayusin ang nitrogen na ito, kadalasang ginagawa itong anyo ng mga nitrates (NO3–). Ang pagpasok ng mga halaman, ang nitrogen na ito ay nakikilahok sa pagbuo ng mga biological molecule. Matapos mamatay ang organismo, ibabalik ang nitrogen sa lupa at magsisimula muli ang cycle. Sa panahon ng siklong ito, ang parehong pagkawala ng nitrogen at kabayaran para sa mga pagkalugi na ito dahil sa mga pagsabog ng bulkan at iba pang mga uri ng aktibidad na heolohikal ay posible.

Isipin na ang biosphere ay binubuo ng dalawang konektadong mga reservoir ng nitrogen - isang malaking isa (nitrogen na nilalaman sa atmospera at karagatan) at isang napakaliit (nitrogen na nilalaman sa mga buhay na bagay). Sa pagitan ng mga reservoir na ito ay may makitid na daanan kung saan ang nitrogen ay nakatali sa isang paraan o iba pa. Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ang nitrogen mula sa kapaligiran ay pumapasok sa mga biological system sa pamamagitan ng daanan na ito at bumalik sa kapaligiran pagkatapos ng pagkamatay ng mga biological system.

Bigyan natin ng ilang numero. Ang kapaligiran ay naglalaman ng humigit-kumulang 4 na quadrillion (4 1015) tonelada ng nitrogen, at ang mga karagatan ay naglalaman ng humigit-kumulang 20 trilyon (20 1012) tonelada. Ang isang maliit na bahagi ng halagang ito - mga 100 milyong tonelada - ay taun-taon na nakatali at kasama sa mga buhay na organismo. Sa 100 milyong toneladang ito ng fixed nitrogen, 4 na milyong tonelada lamang ang matatagpuan sa mga tisyu ng halaman at hayop—ang natitira ay naiipon sa mga nabubulok na mikroorganismo at ibinabalik sa atmospera.

Ang pangunahing tagapagtustos ng nakapirming nitrogen sa kalikasan ay bakterya: salamat sa kanila, humigit-kumulang 90 hanggang 140 milyong tonelada ng nitrogen ang naayos. Ang pinakasikat na nitrogen-fixing bacteria ay matatagpuan sa mga nodule ng mga halaman ng legume. Ang tradisyunal na paraan ng pagtaas ng pagkamayabong ng lupa ay batay sa kanilang paggamit: una, ang mga gisantes o iba pang mga munggo ay lumaki sa bukid, pagkatapos ay binubungkal sila sa lupa, at ang nakagapos na nitrogen na naipon sa kanilang mga nodule ay pumasa sa lupa. Pagkatapos ang bukid ay itinanim kasama ng iba pang mga pananim, na magagamit na ang nitrogen na ito para sa kanilang paglaki.

Ang ilang nitrogen ay na-convert sa isang nakatali na estado sa panahon ng mga bagyo. Magugulat ka, ngunit ang mga kidlat ay nangyayari nang mas madalas kaysa sa iyong iniisip - humigit-kumulang isang daang kidlat bawat segundo. Habang binabasa mo ang talatang ito, humigit-kumulang 500 kidlat ang kumikislap sa buong mundo. Ang paglabas ng kuryente ay nagpapainit sa kapaligiran sa paligid nito, ang nitrogen ay nagsasama sa oxygen (reaksyon ng pagkasunog) upang bumuo ng iba't ibang mga nitrogen oxide. At habang ito ay isang medyo kamangha-manghang paraan ng pagsamsam, sumasaklaw lamang ito ng 10 milyong tonelada ng nitrogen bawat taon.

Kaya, bilang resulta ng mga natural na proseso, mula 100 hanggang 150 milyong tonelada ng nitrogen ang nakatali bawat taon. Sa kurso ng aktibidad ng tao, ang nitrogen ay naayos din at inilipat sa biosphere (halimbawa, ang paghahasik ng mga patlang na may mga munggo ay humahantong sa pagbuo ng 40 milyong tonelada ng nakapirming nitrogen taun-taon). Bukod dito, kapag ang mga fossil fuel ay sinusunog sa mga electric generator at panloob na combustion engine, ang hangin ay umiinit, gaya ng kaso sa paglabas ng kidlat. Sa tuwing nagmamaneho ka ng kotse, ang mga karagdagang halaga ng fixed nitrogen ay pumapasok sa biosphere. Humigit-kumulang 20 milyong tonelada ng nitrogen bawat taon ang nakatali kapag nagsusunog ng mga fossil fuel.

Ngunit ang mga tao ay gumagawa ng pinaka-fix na nitrogen sa anyo ng mga mineral fertilizers. Tulad ng madalas na nangyayari sa mga tagumpay ng teknolohikal na pag-unlad, utang namin sa militar ang teknolohiya ng nitrogen fixation sa isang pang-industriya na sukat. Sa Germany, bago ang Unang Digmaang Pandaigdig, isang paraan ang binuo para sa paggawa ng ammonia (isa sa mga anyo ng fixed nitrogen) para sa mga pangangailangan ng industriya ng militar. Ang kakulangan ng nitrogen ay kadalasang pumipigil sa paglago ng halaman, at ang mga magsasaka ay bumibili ng artipisyal na nakapirming nitrogen sa anyo ng mga mineral na pataba upang mapataas ang mga ani. Sa kasalukuyan, mahigit 80 milyong tonelada ng fixed nitrogen ang ginagawa bawat taon para sa agrikultura. Kung susumahin ang buong kontribusyon ng tao sa nitrogen cycle, nakakakuha tayo ng figure na humigit-kumulang 140 milyong tonelada bawat taon. Humigit-kumulang sa parehong dami ng nitrogen ay natural na nakagapos sa kalikasan. Kaya, sa isang medyo maikling panahon, ang mga tao ay nagsimulang magkaroon ng malaking epekto sa siklo ng nitrogen sa kalikasan. Ano ang magiging kahihinatnan? Ang bawat ecosystem ay may kakayahang sumipsip ng isang tiyak na halaga ng nitrogen, at ang mga kahihinatnan nito ay karaniwang kanais-nais - ang mga halaman ay lalago nang mas mabilis. Gayunpaman, kapag ang ecosystem ay naging puspos, ang nitrogen ay magsisimulang maghugas sa mga ilog. Ang polusyon ng algae sa lawa ay ang pinaka nakakainis na problema sa kapaligiran na nauugnay sa nitrogen. Pinataba ng nitrogen ang lawa ng algae, at lumalaki ang mga ito, na nagsisikip sa lahat ng iba pang anyo ng buhay.

Ang nitrogen ay patuloy na umiikot sa biosphere ng daigdig sa ilalim ng impluwensya ng iba't ibang kemikal at di-kemikal na proseso, at ang kamakailang nakagapos na nitrogen ay pumasok sa atmospera dahil sa aktibidad ng tao.

Ang nitrogen ay isa sa mga pinakakaraniwang sangkap sa biosphere, ang makitid na shell ng Earth na sumusuporta sa buhay. Kaya, halos 80% ng hangin na ating nilalanghap ay binubuo ng elementong ito. Karamihan sa nitrogen sa atmospera ay nasa libreng anyo (tingnan ang Chemical Bonds), kung saan ang dalawang nitrogen atoms ay pinagsama-sama upang bumuo ng nitrogen molecule - N 2 . Dahil sa ang katunayan na ang mga bono sa pagitan ng dalawang mga atomo ay napakalakas, ang mga nabubuhay na organismo ay hindi maaaring direktang gumamit ng molekular na nitrogen - dapat muna itong ilipat sa isang "nakatali" na estado. Isinasagawa nagbubuklod Ang mga molekula ng nitrogen ay nahati, na nagpapahintulot sa mga indibidwal na atomo ng nitrogen na lumahok sa mga reaksiyong kemikal sa iba pang mga atomo, tulad ng oxygen, at sa gayon ay pinipigilan ang mga ito sa muling pagsasama sa isang molekulang nitrogen. Ang bono sa pagitan ng mga atomo ng nitrogen at iba pang mga atomo ay sapat na mahina upang payagan ang mga nabubuhay na organismo na gumamit ng mga atomo ng nitrogen. Samakatuwid, ang nitrogen fixation ay isang napakahalagang bahagi ng mga proseso ng buhay sa ating planeta.

Ang nitrogen cycle ay isang serye ng sarado, magkakaugnay na mga landas kung saan ang nitrogen ay umiikot sa biosphere ng mundo. Isaalang-alang muna natin ang proseso ng pagkabulok ng mga organikong bagay sa lupa. Ang iba't ibang microorganism ay kumukuha ng nitrogen mula sa mga nabubulok na materyales at i-convert ito sa mga molecule na kailangan nila para sa metabolismo. Sa kasong ito, ang natitirang nitrogen ay inilabas sa anyo ng ammonia (NH 3) o ammonium ions (NH 4 +). Ang iba pang mga mikroorganismo ay nagbubuklod sa nitrogen na ito, kadalasang ginagawa itong anyo ng mga nitrates (NO 3 -). Ang pagpasok sa mga halaman (at sa huli ay pagpasok sa mga katawan ng mga nabubuhay na nilalang), ang nitrogen na ito ay kasangkot sa pagbuo ng mga biyolohikal na molekula. Matapos mamatay ang organismo, ibabalik ang nitrogen sa lupa at magsisimula muli ang cycle. Sa panahon ng siklong ito, ang parehong pagkawala ng nitrogen ay posible - kapag ito ay kasama sa mga sediment o inilabas sa panahon ng buhay ng ilang bakterya (ang tinatawag na denitrifying bacteria) - at kabayaran para sa mga pagkalugi na ito dahil sa mga pagsabog ng bulkan at iba pang mga uri ng aktibidad sa geological.

Isipin na ang biosphere ay binubuo ng dalawang konektadong reservoir ng nitrogen - isang malaking isa (naglalaman ito ng nitrogen na nilalaman sa atmospera at mga karagatan) at isang napakaliit (naglalaman ito ng nitrogen na nilalaman ng mga nabubuhay na bagay). Sa pagitan ng mga reservoir na ito ay may makitid na daanan kung saan ang nitrogen ay nakatali sa isang paraan o iba pa. Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ang nitrogen mula sa kapaligiran ay pumapasok sa mga biological system sa pamamagitan ng daanan na ito at bumalik sa kapaligiran pagkatapos ng pagkamatay ng mga biological system.

Bigyan natin ng ilang numero. Ang atmospera ay naglalaman ng humigit-kumulang 4 na quadrillion (4 10 15) tonelada ng nitrogen, at ang mga karagatan ay naglalaman ng mga 20 trilyon (20 10 12) tonelada. Ang isang maliit na bahagi ng halagang ito - mga 100 milyong tonelada - ay taun-taon na nakatali at kasama sa mga buhay na organismo. Sa 100 milyong toneladang ito ng nakapirming nitrogen, 4 na milyong tonelada lamang ang matatagpuan sa mga tisyu ng halaman at hayop—ang natitira ay naiipon sa nabubulok na mga mikroorganismo at kalaunan ay babalik sa atmospera.

Ang pangunahing tagapagtustos ng nakapirming nitrogen sa kalikasan ay bakterya: salamat sa kanila, humigit-kumulang 90 hanggang 140 milyong tonelada ng nitrogen ang naayos (sa kasamaang palad, walang eksaktong mga numero). Ang pinakasikat na nitrogen-fixing bacteria ay matatagpuan sa mga nodule ng mga halaman ng legume. Ang tradisyunal na paraan ng pagtaas ng pagkamayabong ng lupa ay batay sa kanilang paggamit: una, ang mga gisantes o iba pang mga munggo ay lumaki sa bukid, pagkatapos ay binubungkal sila sa lupa, at ang nakagapos na nitrogen na naipon sa kanilang mga nodule ay pumasa sa lupa. Pagkatapos ang bukid ay itinanim kasama ng iba pang mga pananim, na magagamit na ang nitrogen na ito para sa kanilang paglaki.

Ang ilang nitrogen ay na-convert sa isang nakatali na estado sa panahon ng mga bagyo. Magugulat ka, ngunit ang mga kidlat ay nangyayari nang mas madalas kaysa sa iyong iniisip - humigit-kumulang isang daang kidlat bawat segundo. Habang binabasa mo ang talatang ito, humigit-kumulang 500 kidlat ang kumikislap sa buong mundo. Ang isang de-koryenteng discharge ay nagpapainit sa kapaligiran sa paligid nito, ang nitrogen ay nagsasama sa oxygen (isang reaksyon ng pagkasunog ay nangyayari) upang bumuo ng iba't ibang mga nitrogen oxide. At habang ito ay isang medyo kamangha-manghang paraan ng pagsamsam, sumasaklaw lamang ito ng 10 milyong tonelada ng nitrogen bawat taon.

Kaya, bilang resulta ng mga natural na proseso, mula 100 hanggang 150 milyong tonelada ng nitrogen ang nakatali bawat taon. Sa kurso ng aktibidad ng tao, ang nitrogen ay nakagapos din at inililipat sa biosphere (halimbawa, ang parehong paghahasik ng mga patlang na may mga munggo ay humahantong sa pagbuo ng 40 milyong tonelada ng nakagapos na nitrogen taun-taon). Bukod dito, kapag ang mga fossil fuel ay sinusunog sa mga electric generator at panloob na combustion engine, ang hangin ay umiinit, gaya ng kaso sa paglabas ng kidlat. Sa tuwing nagmamaneho ka ng kotse, ang mga karagdagang halaga ng fixed nitrogen ay pumapasok sa biosphere. Humigit-kumulang 20 milyong tonelada ng nitrogen bawat taon ang nakatali kapag nagsusunog ng mga fossil fuel.

Ngunit ang mga tao ay gumagawa ng pinaka-fix na nitrogen sa anyo ng mga mineral fertilizers. Tulad ng madalas na nangyayari sa mga tagumpay ng teknolohikal na pag-unlad, utang namin sa militar ang teknolohiya ng nitrogen fixation sa isang pang-industriya na sukat. Sa Germany, bago ang Unang Digmaang Pandaigdig, isang paraan ang binuo para sa paggawa ng ammonia (isa sa mga anyo ng fixed nitrogen) para sa mga pangangailangan ng industriya ng militar. Ang kakulangan ng nitrogen ay kadalasang pumipigil sa paglago ng halaman, at ang mga magsasaka ay bumibili ng artipisyal na nakapirming nitrogen sa anyo ng mga mineral na pataba upang mapataas ang mga ani. Ngayon, higit sa 80 milyong tonelada ng nakapirming nitrogen ang ginawa bawat taon para sa agrikultura (tandaan na ginagamit ito hindi lamang para sa paglaki ng mga pananim na pagkain - ang mga suburban lawn at hardin ay pinataba dito).

Kung susumahin ang buong kontribusyon ng tao sa nitrogen cycle, nakakakuha tayo ng figure na humigit-kumulang 140 milyong tonelada bawat taon. Humigit-kumulang sa parehong dami ng nitrogen ay natural na nakagapos sa kalikasan. Kaya, sa isang medyo maikling panahon, ang mga tao ay nagsimulang magkaroon ng malaking epekto sa siklo ng nitrogen sa kalikasan. Ano ang magiging kahihinatnan? Ang bawat ecosystem ay may kakayahang sumipsip ng isang tiyak na halaga ng nitrogen, at ang mga kahihinatnan nito ay karaniwang kanais-nais - ang mga halaman ay lalago nang mas mabilis. Gayunpaman, kapag ang ecosystem ay naging puspos, ang nitrogen ay magsisimulang maghugas sa mga ilog. Eutrophication(algae pollution) ng mga lawa ay marahil ang pinakamahirap na problema sa kapaligiran na nauugnay sa nitrogen. Pinataba ng nitrogen ang mga algae ng lawa, at lumalaki ang mga ito, na pinapalitan ang lahat ng iba pang anyo ng buhay sa lawa, dahil kapag namatay ang algae, halos lahat ng oxygen na natunaw sa tubig ay natutunaw ng kanilang agnas.

Gayunpaman, kailangan nating aminin na ang pagbabago ng nitrogen cycle ay malayo sa pinakamasamang problema na kinaharap ng sangkatauhan. Sa bagay na ito, si Peter Witoshek, isang ecologist sa Stanford University na nag-aaral ng mga halaman, ay nagsabi: "Kami ay lumilipat patungo sa isang berde at puno ng damong mundo, ngunit hindi ito isang sakuna. Napakahalaga na matukoy ang pagkakaiba sa pagitan ng sakuna at pagkasira.”

Ang nitrogen ay isa sa mga elemento na ang pag-uugali sa mga kondisyon ng globo ay malapit na nauugnay sa mga biological na proseso. Ang pangunahing bahagi ng mga reserbang nitrogen ng Earth ay puro sa atmospera. Daan-daang milyong toneladang nitrogen ang matatagpuan sa biomass ng mga halaman at hayop. Ang nilalaman ng nitrogen sa karbon at iba pang mga fossil fuel, sa humus ng lupa at sa mga natural na palanggana ng tubig ay medyo mataas.

Sa panahon ng pagkabulok ng mga patay na bahagi ng mga halaman at iba pang mga organikong nalalabi, ang bahagi ng nitrogen ng mga bioorganic compound bilang isang resulta ng mga proseso ng hydrolytic na may pakikilahok ng mga microorganism ay na-convert sa ammonia, na na-convert sa nitric acid ions ng pytrophic bacteria. Ang mga cation sa soil nitrates ay maaaring K + , Na + , NH, Ca 2+ at iba pang laganap na mga cation. Sa panahon ng pagkabulok ng iba't ibang nalalabi, ang ilan sa biological nitrogen ay nagiging dinitrogen at inilalabas sa atmospera. Mayroon ding mga denitrifying bacteria sa lupa na nagpapababa ng nitrates, na ginagawang simpleng bagay ang ilan sa nitrate nitrogen. Kaya, ang lupa ay patuloy na nawawalan ng nitrogen na magagamit ng mga halaman, na ibinabalik ito sa atmospera.

Ang patuloy na pagkawala ng mga compound ng nitrogen sa lupa ay matagal na dapat na humantong sa isang sakuna na kakulangan ng nitrogen na magagamit sa mga buhay na organismo. Gayunpaman, sa kalikasan mayroong mga mekanismo para sa pag-convert ng atmospheric nitrogen sa mga kemikal na compound. Kabilang sa mga naturang proseso ang mga paglabas ng kidlat na nagaganap sa atmospera, na gumagawa ng isang tiyak na halaga ng mga nitrogen oxide. Sa kasunod na paglahok ng oxygen at tubig, ang mga oxide ay na-convert sa nitric acid. Natutunaw ito sa tubig sa atmospera at sumasama dito sa lupa. Dito, ang nitric acid ay tumutugon sa mga carbonate upang bumuo ng mga nitrates. Dahil dito, ang nilalaman ng nitrate sa lupa ay napunan.

Ang isa pang pinagmumulan ng pagtaas ng nilalaman ng nitrogen sa lupa ay ang mahalagang aktibidad ng nitrobacteria, na direktang sumisipsip ng nitrogen sa atmospera. Ang mga bakteryang ito ay naglalaman ng enzyme nitrogenase, na nagpapabagal sa pagbabawas ng nitrogen. Ang Nitrogenase ay pinag-aralan nang detalyado, at ito ay itinatag na ang enzyme na ito ay naglalaman ng mga molybdenum atoms, na gumaganap ng isang mahalagang papel sa pagbawas ng nitrogen. Ang Nitrobacteria ay matatagpuan sa mga nodule sa mga ugat ng mga halaman mula sa pamilya ng legume (Larawan 20.4). Ang nitrifying bacteria ay naroroon din sa mga ugat ng alder. Ang mga nitrogen compound na na-synthesize ng bacteria ay ginagamit din ng mga halaman mismo. Sa 1 taon, ang nitrobacteria ay maaaring makaipon ng hanggang 48 kg ng nitrogen sa mga organic compound bawat 1 ektarya ng lupa.

kanin. 20.4.

Ang mga counter na proseso ng pag-alis ng nitrogen mula sa lupa patungo sa atmospera at ang pagbabalik nito sa lupa sa anyo ng mga compound ay tumutukoy sa siklo ng nitrogen, ang diagram kung saan ay ipinapakita sa Fig. 20.5.

kanin. 20.5.

Sa panahon ng aktibidad ng agrikultura ng tao, ang lupa ay nagiging karagdagang nauubos ng nitrogen at ilang iba pang elemento. Ang prosesong ito ay patuloy na tumataas dahil sa mabilis na pagdami ng populasyon. Ang lupa ay dapat gumawa ng mas maraming pagkain. Napilitan ang tao na bumuo ng ikatlong paraan upang mapunan muli ang nitrogen sa lupa. Binubuo ito ng pagdaragdag ng mineral nitrogen fertilizers sa lupa. Ang nitrogen para sa mga pataba na ito ay nagmumula sa ammonia, ang produksyon nito ay umabot sa napakalaking kaliskis. Ang mga sangkap na ginawa para gamitin bilang nitrogen fertilizers ay kinabibilangan ng ammonium nitrate, ammonium sulfate, sodium nitrate, at calcium nitrate. Ang produksyon ng mundo ng mga nitrogen fertilizers sa mga tuntunin ng nilalaman ng nitrogen ay umabot sa 100 milyong tonelada bawat taon.

12.2. Ikot ng nitrogen, oxygen, carbon

Ang nitrogen cycle (Figure 12.2) ay isa sa mga pinaka kumplikadong cycle sa kalikasan. Sinasaklaw ang buong biosphere, gayundin ang atmospera, lithosphere, at hydrosphere. Napakahalaga ng papel ng mga mikroorganismo sa siklo ng nitrogen. Ang mga sumusunod na yugto ay nakikilala sa siklo ng nitrogen:

Stage 1 (nitrogen fixation): a) nitrogen-fixing bacteria bind (fix) gaseous nitrogen upang mabuo ang ammonium form (NH at ammonium salts) - ito ay biological fixation; b) bilang isang resulta ng mga paglabas ng kidlat at photochemical oxidation, ang mga nitrogen oxide ay nabuo; kapag nakikipag-ugnayan sa tubig, bumubuo sila ng nitric acid, na sa lupa ay nagiging nitrate nitrogen.

Stage 2 - conversion sa protina ng gulay. Ang parehong mga anyo (ammonium at nitrate) ng nakapirming nitrogen ay hinihigop ng mga halaman at na-convert sa mga kumplikadong compound ng protina.

Stage 3 - pagbabago sa protina ng hayop. Ang mga hayop ay kumakain ng mga halaman, at sa kanilang mga katawan ang mga protina ng halaman ay na-convert sa mga protina ng hayop.

Stage 4 - pagkabulok ng protina, nabubulok. Ang mga metabolic na produkto ng mga halaman at hayop, pati na rin ang mga tisyu ng mga patay na organismo, sa ilalim ng impluwensya ng mga microorganism, ay nabubulok upang bumuo ng ammonium (proseso ng ammonification).

Stage 5 - proseso ng nitrification. Ang ammonia nitrogen ay na-oxidized sa nitrite at nitrate nitrogen.

Stage 6 - proseso ng denitrification. Sa ilalim ng impluwensya ng denitrifying bacteria, ang nitrate nitrogen ay nabawasan sa molecular nitrogen, na pumapasok sa atmospera. Nagsasara ang bilog.

Figure 12.2 – Structural diagram ng nitrogen cycle

(ayon kay N.I. Nikolaikin, 2004)

Ang mga anthropogenic na epekto sa nitrogen cycle ay ang mga sumusunod:

1 Ang pang-industriya na paggamit ng nitrogen upang makagawa ng ammonia ay nagpapataas ng kabuuang halaga ng nitrogen na natural na naayos ng humigit-kumulang 10%.

2 Ang malawakang paggamit ng mga nitrogen fertilizers, na lumalampas sa mga pangangailangan ng mga halaman, ay humahantong sa polusyon sa kapaligiran, habang ang bahagi ng labis na nitrogen ay hinuhugasan sa mga anyong tubig, na nagiging sanhi ng mapanganib na kababalaghan ng "eutrophication". Nagdudulot ito ng pangalawang polusyon ng mga anyong tubig, pagkagambala sa cycle ng mga sangkap, at mga pagbabago sa kanilang trophic status.

Ikot ng oxygen sinasabayan ng pagpasok at paglabas nito.

Kasama sa pagdating ng oxygen: 1) pagtatago sa panahon ng photosynthesis; 2) pagbuo sa ozone layer sa ilalim ng impluwensya ng UV radiation (sa maliit na dami); 3) paghihiwalay ng mga molekula ng tubig sa itaas na mga layer ng atmospera sa ilalim ng impluwensya ng UV radiation; 4) pagbuo ng ozone - O 3.

Pagkonsumo oxygen kasama ang: 1) pagkonsumo ng mga hayop sa panahon ng paghinga; 2) mga proseso ng oxidative sa crust ng lupa; 3) oksihenasyon ng carbon monoxide (CO) na inilabas sa panahon ng pagsabog ng bulkan.

Ang siklo ng oxygen ay malapit na nauugnay sa siklo ng carbon.

Ikot ng carbon(Larawan 12.3). Ang masa ng carbon dioxide (CO 2) sa atmospera ay tinatayang 10 12 tonelada.

Kasama sa pagdating ng carbon dioxide: 1) paghinga ng mga buhay na organismo; 2) agnas ng mga patay na organismo ng mga halaman at hayop sa pamamagitan ng mga microorganism, ang proseso ng pagbuburo; 3) anthropogenic emissions mula sa fuel combustion; 4) deforestation.

Kasama sa pagkonsumo ng carbon dioxide: 1) pag-aayos ng carbon dioxide mula sa atmospera sa panahon ng photosynthesis na may paglabas ng oxygen; 2) pagkonsumo ng bahagi ng carbon ng mga hayop na kumakain ng mga pagkaing halaman; 3) pag-aayos ng carbon sa lithosphere (pagbuo ng mga organikong bato - karbon, pit, oil shale, pati na rin ang mga bahagi ng lupa tulad ng humus); 4) pag-aayos ng carbon sa hydrosphere (pagbuo ng mga limestones, dolomites).

Ang unti-unting pagtaas ng nilalaman ng carbon dioxide sa kapaligiran, kasama ng iba pang mga kadahilanan, ay humantong sa "greenhouse effect", na nakakaapekto sa balanse ng init at klima ng ating planeta.

Bilang karagdagan sa mga elementong isinasaalang-alang, ang posporus, asupre, at bakal ay gumaganap din ng malaking papel sa pangkalahatang cycle ng mga sangkap sa kalikasan.

Figure 12.3 – Structural diagram ng carbon cycle

(ayon kay N.I. Nikolaikin, 2004)

Nakaraang