Informații

Ciclul azotului

Ciclul azotului



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Plantele necesită o serie de elemente, altele decât cele pe care le obțin direct din atmosferă (carbon și oxigen sub formă de dioxid de carbon) și din apele subterane (hidrogen și oxigen).

Toate aceste elemente, cu excepția unuia, provin din dezintegrarea rocilor și sunt capturate de plante din pământ. Excepția este azotul, care reprezintă 78% din atmosfera pământului.

roci de suprafață a pământului Ele sunt, de asemenea, sursa principală de azot, care pătrunde în sol, indirect prin atmosferă, și prin sol, pătrunde în plantele care cresc pe el.

Majoritatea viețuitoarelor nu sunt în măsură să folosească azotul atmosferic pentru a sintetiza proteine ​​și alte substanțe organice. Spre deosebire de carbon și oxigen, azotul este foarte nereactiv din punct de vedere chimic și este sigur bacterii și alge albastre Au capacitatea extrem de specializată de a asimila azotul din atmosferă și de a-l transforma într-o formă care poate fi utilizată de celule. Deficitul de azot utilizabil este adesea principalul factor limitativ pentru creșterea plantelor.

Procesul prin care azotul circulă prin plante și sol prin acțiunea organismelor vii este cunoscut sub denumirea de ciclu de azot.

Amonificare

O mare parte din azotul găsit în sol provine din materiale organice moarte, care există sub formă de compuși organici complecși, precum proteine, aminoacizi, acizi nucleici și nucleotide. Cu toate acestea, acești compuși azotati sunt în general rapid descompuse în substanțe mai simple de către organismele vii din sol.

bacterii saprofite și diverse specii fungice sunt responsabili în principal de descompunerea materialelor organice moarte. Aceste microorganisme folosesc proteine ​​și aminoacizi ca sursă pentru propriile proteine ​​și eliberează excesul de azot sub formă de amoniu (NH4+). Acest proces se numește amonificare. Azotul poate fi furnizat sub formă de gaz amoniac (NH3), dar acest proces apare de obicei numai atunci când se descompun cantități mari de materiale bogate în azot, cum ar fi într-o porțiune mare de îngrășământ sau îngrășământ. În general, amoniacul produs de amoniac este dizolvat în apa solului, unde se combină cu protoni pentru a forma ionul de amoniu.

Nitrificare

Mai multe specii de bacterii întâlnite în mod obișnuit în soluri sunt capabile să oxideze amoniac sau amoniu. Oxidarea amoniacului, cunoscută sub numele de nitrificareeste un proces care produce energie și energia eliberată este folosită de aceste bacterii pentru a reduce dioxidul de carbon, la fel cum plantele autotrofe folosesc energia ușoară pentru a reduce dioxidul de carbon. Astfel de organisme sunt cunoscute ca agenți autotrofici chemosintetici (diferit de autotrofele fotosintetice, cum ar fi plantele și algele). bacterii nitrifiante chimiosintetice Nitrosomonas și Nitrosococcus oxidează amoniacul la nitrit (NU2-):

2 NH 3 + 302 --------> 2 NU2- + 2 H+ + 2 H2

(gaz de amoniac) (nitrit)

Nitritul este toxic pentru plantele superioare, dar se acumulează rar în sol. Nitrobacter, un alt gen de bacterii oxidează nitritul pentru a forma nitrat (NO3-), din nou, cu eliberare de energie:

2 NU2- + O2 ---------> 2 NU3-

(nitrit) (nitrat)

Nitratul este forma în care aproape tot azotul se deplasează din sol în rădăcini.

Puține specii de plante sunt capabile să utilizeze proteine ​​animale ca sursă de azot. Aceste specii, care cuprind plante carnivore, au adaptări speciale folosite pentru a atrage și captura animale mici. Se digerează prin absorbția compușilor azotati și a altor compuși organici și minerali, cum ar fi potasiu și fosfat. Majoritatea plantelor carnivore se găsesc în mlaștini, care sunt în general puternic acide și, prin urmare, nefavorabile creșterii bacteriilor nitrifiante.

Pierderea azotului

După cum am observat, compușii azotati ai plantelor clorofilate revin în sol la moartea lor (sau a animalelor care s-au hrănit cu ele), fiind reprocesate de organismele solului și microorganisme, absorbite de rădăcinile sub formă de azot dizolvat în apa solului. transformat în compuși organici. În acest ciclu există întotdeauna o „pierdere” a unei anumite cantități de azot, ceea ce o face inutilizabilă pentru plantă.

Una dintre cauzele principale ale acestei pierderi de azot este plante de îndepărtare a solului. Solurile cultivate prezintă adesea o scădere constantă a conținutului de azot. Azotul poate fi pierdut și atunci când solul este decapitat eroziune sau când suprafața sa este distrusă de foc. Nitrogenul este eliminat și de leșiere; nitrații și nitriții, care sunt anioni, sunt deosebit de susceptibili la scurgerea apei prin sol. În unele soluri, bacteriile denitrifiante descompun nitrații și eliberează azot în aer. Acest proces care furnizează bacteriilor oxigenul necesar respirației este costisitor în ceea ce privește nevoile de energie (adică.2 poate fi redus mai repede decât NU3-) și apare pe scară largă numai în solurile cu deficit de oxigen, adică în solurile slab drenate și deci slab ventilate.

Uneori, o proporție mare de azot din sol nu este disponibilă plantelor. Această imobilizare are loc atunci când există exces de carbon. Când sunt substanțe organice bogate în carbon, dar care conțin azot, paiul este un exemplu bun, dacă sunt în abundență în sol, microorganismele care atacă aceste substanțe vor avea nevoie de mai mult azot decât conțin pentru a utiliza pe deplin carbonul prezent. Drept urmare, acestea nu vor folosi doar azotul prezent în paie sau material similar, ci și toate sărurile de azot disponibile în sol. În consecință, acest dezechilibru tinde să se normalizeze pe măsură ce carbonul este furnizat ca dioxid de carbon prin respirație microbiană și pe măsură ce raportul dintre azot și carbon din sol crește.

Continuă după publicitate

Fixarea azotului

După cum putem vedea, dacă tot azotul care este eliminat din pământ nu ar fi reînnoit în mod constant, practic dăruirea vieții pe această planetă ar dispărea în cele din urmă. Azotul este reumplut în sol prin fixarea azotului. Fixarea azotului este procesul prin care gazul de azot din aer este încorporat în compuși organici azotati și astfel introdus în ciclul azotului. Fixarea acestui gaz, care poate fi făcută într-un grad considerabil doar de câteva bacterii și alge albastre, este un proces de care depind astăzi toate organismele vii, la fel cum toate depind în final de fotosinteză pentru obținerea de energie.

Sistemele biologice sunt adăugate în fiecare an la două sute de milioane de tone metrice de azot pe suprafața pământului. Omul produce 28 de milioane de tone metrice, majoritatea fiind utilizate ca îngrășăminte; Cu toate acestea, acest proces este realizat cu un cost energetic ridicat în ceea ce privește combustibilii fosili. Cantitatea totală de energie necesară pentru producția de îngrășăminte cu amoniu este estimată în prezent a fi echivalentă cu 2 milioane barili de ulei pe zi. Într-adevăr, se estimează că costurile fertilizării cu azot ating punctul de a reduce profiturile. Culturile tradiționale din zone precum India nu obțin un randament semnificativ crescut folosind îngrășăminte cu azot, dar au cerințe mici de azot, dar sunt acum înlocuite de „cereale-minune” și alte culturi care nu mai produc cu fertilizarea cu azot. - tocmai într-un moment în care un astfel de tratament devine costisitor prohibitiv.

Dintre diferitele clase de organisme care fixează azotul, bacteriile simbiotice sunt de departe cele mai importante în ceea ce privește cantitățile totale de azot fixate. Cea mai comună bacterie care fixează azotul este Rhizobium, care este un tip de bacterii care invadează rădăcinile leguminoaselor (angiosperme ale familiei Fabaceae sau Leguminosae) cum ar fi trifoiul, mazărea, fasolea, măceșele și lucerna.

Efectele benefice ale leguminoaselor asupra solului sunt atât de evidente, încât au fost recunoscute acum sute de ani. Theophrastus, care a trăit în secolul al III-lea î.Hr., a scris că grecii au folosit culturile de fasole pentru a îmbogăți solul. Acolo unde leguminoasele cresc, o anumită cantitate de azot „suplimentar” poate fi eliberat în sol, unde devine disponibil pentru alte plante. În agricultura modernă, este o practică obișnuită să alternăm o cultură non-leguminoasă, cum ar fi porumbul cu o leguminoasă precum lucerna. Leguminoasele sunt apoi recoltate pentru fân lăsând rădăcinile bogate în azot, sau chiar mai bine, arat înapoi pe câmp. O cultură bună de lucerna, care este relocată pe sol, poate furniza 450 de kilograme de azot la hectar. Aplicarea oligoelementelor cobalt și molibden necesară bacteriilor simbiotice crește foarte mult producția de azot dacă aceste elemente sunt prezente în cantități limitate, ca în mare parte din Australia.

Microorganisme fixatoare de azot care trăiesc liber

Bacterii non-simbiotice ale genurilor Azotobacter și Clostridium sunt capabili să fixeze azotul. Azotobacter întrucât este aerobă, întrucât Clostridium este anaerob; Ambele sunt bacterii saprofite comune întâlnite în sol. Se estimează că vor furniza probabil aproximativ 7 kilograme de azot pe hectar de sol pe an. Un alt grup important include multe bacterii fotosintetice. Algele albastre cu viață liberă joacă, de asemenea, un rol important în fixarea azotului. Ele sunt cruciale pentru cultivarea orezului, care este principala dietă a mai mult de jumătate din populația lumii. Algele albastre pot juca, de asemenea, un rol ecologic important în fixarea azotului în oceane.

Distincția dintre fixarea azotului de organismele cu viață liberă și cele simbiotice s-ar putea să nu fie atât de strictă cum se crede în mod tradițional. Unii microbi apar în mod regulat în solul din jurul rădăcinilor anumitor plante care se consumă carbohidrați consumând acești compuși și, în același timp, furnizând în mod indirect azot plantelor. Asocieri simbiotice între bacteriile care trăiesc în mod normal, cum ar fi AzotobacterȘi celulele vegetale superioare din culturile de țesuturi au indus creșterea lor într-un mediu artificial lipsit de azot.

Continut urmator: Prognoza meteo


Video: Ciclul Azotului (August 2022).