Teave

Lämmastiku tsükkel


Taimed vajavad mitmeid muid elemente peale nende, mida nad saavad otse atmosfäärist (süsinik ja hapnik süsinikdioksiidi kujul) ja põhjaveest (vesinik ja hapnik).

Kõik need elemendid, välja arvatud üks, pärinevad kivimite lagunemisest ja taimed haaravad nad maapinnast. Erandiks on lämmastik, mis tähistab 78% Maa atmosfäärist.

maapinna kivimid Nad on ka peamine lämmastikuallikas, mis tungib pinnasesse, kaudselt läbi atmosfääri ja läbi pinnase, läbi taimede, mis sellel kasvavad.

Enamik elusaid asju ei suuda atmosfääri lämmastikku kasutada valkude ja muude orgaaniliste ainete sünteesiks. Erinevalt süsinikust ja hapnikust on lämmastik keemiliselt väga reaktiivne ja ainult kindel bakterid ja sinivetikad Neil on väga spetsiifiline võime assimileerida lämmastikku atmosfäärist ja muundada see selliseks, mida rakud saavad kasutada. Taimede kasvu peamiseks piiravaks teguriks on kasutatav lämmastikuvaegus.

Protsessi, mille käigus lämmastik ringleb taimede ja pinnase kaudu elusorganismide toimel, nimetatakse lämmastiku tsükliks.

Ammoniseerimine

Suur osa mullas leiduvast lämmastikust pärineb surnud orgaanilistest materjalidest, mis esinevad komplekssete orgaaniliste ühenditena nagu valgud, aminohapped, nukleiinhapped ja nukleotiidid. Kuid need lämmastikuühendid lagunevad mullas elavate organismide poolt kiiresti kiiresti lihtsamateks aineteks.

saprofüütsed bakterid ja mitmesugused seeneliigid Nad vastutavad peamiselt surnud orgaaniliste materjalide lagunemise eest. Need mikroorganismid kasutavad oma valkude allikana valke ja aminohappeid ning vabastavad liigse lämmastiku kujul ammoonium (NH4+). Seda protsessi nimetatakse ammoniaagistamine. Lämmastikku võib tarnida ammoniaagi gaasina (NH3), kuid see protsess toimub tavaliselt ainult siis, kui lagunevad suures koguses lämmastikurikkad materjalid, näiteks suures osas väetises või väetises. Üldiselt lahustatakse ammoniaagi abil toodetud ammoniaak mullavees, kus see ühineb prootonitega, moodustades ammooniumiiooni.

Nitrifikatsioon

Mitmed pinnases leiduvad bakteriliigid on võimelised oksüdeerima ammoniaaki või ammooniumi. Ammoniaagi oksüdatsioon, tuntud kui nitrifikatsioonon protsess, kus toodetakse energiat ja vabastatud energiat kasutavad need bakterid süsinikdioksiidi vähendamiseks, samamoodi nagu autotroofsed taimed kasutavad süsinikdioksiidi vähendamiseks kerget energiat. Selliseid organisme nimetatakse kemosünteetilised autotroofsed ained (erineb fotosünteetilistest autotroofidest nagu taimed ja vetikad). nitrifitseerivad bakterid kemosünteetiline Nitrosomonas ja Nitrosokokk oksüdeerige ammoniaak nitritiks (NO2-):

2 NH 3 + 302 --------> 2 EI2- + 2 H+ + 2 H2

(ammoniaagi gaas) (nitrit)

Nitrit on kõrgematele taimedele mürgine, kuid koguneb pinnasesse harva. Nitrobakter, teine ​​bakteriliik oksüdeerib nitriti, moodustades nitraadi (NO3-), taas energia vabastamisega:

2 EI2- + O2 ---------> 2 EI3-

(nitrit) (nitraat)

Nitraat on vorm, milles peaaegu kogu lämmastik liigub mullast juurtesse.

Vähesed taimeliigid suudavad kasutada loomset valku lämmastiku allikana. Need liigid, mis hõlmavad lihasööjad taimed, on spetsiaalsed kohandused, mida kasutatakse väikeste loomade ligimeelitamiseks ja püüdmiseks. Need lagunevad absorbeerides lämmastikuühendeid ja muid orgaanilisi ja mineraalseid ühendeid nagu kaalium ja fosfaat. Enamikku lihasööjaid taimi leidub sood, mis on üldiselt tugevalt happelised ja seetõttu nitrifitseerivate bakterite kasvule ebasoodsad.

Lämmastiku kaotus

Nagu oleme märganud, naasevad klorofülaattaimede lämmastikuühendid pärast surma (või loomi, kes neid toitsid) pinnasesse, töödeldes neid mullaorganismide ja mikroorganismide poolt, juured imenduvad juurtesse mullavette lahustunud nitraadi kujul. muudetud orgaanilisteks ühenditeks. Selle tsükli jooksul toimub alati teatud lämmastiku koguse "kaotus", muutes selle taime jaoks kasutamiskõlbmatuks.

Selle lämmastiku kadu üks peamisi põhjuseid on pinnase eemaldamise taimed. Haritavatel muldadel langeb lämmastikusisaldus sageli ühtlaselt. Lämmastik võib kaduda ka siis, kui pinnas on peaga kaetud erosioon või kui selle pind hävib tulekahju. Lämmastik eemaldatakse ka leostumine; nitraadid ja nitritid, mis on anioonid, on eriti vastuvõtlikud vee leostumisele pinnase kaudu. Mõnes mullas lagundavad denitrifitseerivad bakterid nitraate ja eraldavad õhku lämmastikku. See protsess, mis varustab baktereid hingamiseks vajaliku hapnikuga, on energiavajaduse (st.2 saab vähendada kiiremini kui EI3-) ja esineb ulatuslikult ainult hapnikuvaestes muldades, see tähendab halvasti kuivendatud ja seetõttu halvasti ventileeritavates muldades.

Mõnikord pole taimedele suur osa lämmastikku mullas. See immobilisatsioon toimub siis, kui süsinikku on liig. Kui süsinikurikkad, kuid lämmastikuvaesed orgaanilised ained on õled hea näide, kui neid on mullas palju, vajavad neid aineid ründavad mikroorganismid olemasoleva süsiniku täielikuks ärakasutamiseks rohkem lämmastikku kui nad sisaldavad. Selle tulemusel ei kasuta nad mitte ainult põhus või sarnases materjalis sisalduvat lämmastikku, vaid ka kõiki mullas olevaid lämmastikusoolasid. Järelikult kipub see tasakaalustamatus normaliseeruma, kuna süsinikku tarnitakse süsinikdioksiidina mikroobse hingamise kaudu ning lämmastiku ja süsiniku suhe pinnases suureneb.

Jätkub pärast reklaamimist

Lämmastiku fikseerimine

Nagu näeme, kui kogu maapinnast eemaldatud lämmastikku pidevalt ei täiendataks, kaoks praktiliselt eluandmine sellel planeedil lõpuks ära. Lämmastikku täiendavad pinnases lämmastiku fikseerimine. Lämmastiku fikseerimine on protsess, mille käigus õhus olev lämmastiku gaas lülitatakse lämmastikku sisaldavatesse orgaanilistesse ühenditesse ja viiakse seega lämmastiku tsüklisse. Selle gaasi fikseerimine, mida suudavad märkimisväärselt teha vaid vähesed bakterid ja sinivetikad, on protsess, millest sõltuvad tänapäeval kõik elusorganismid, just nagu nad kõik sõltuvad lõppkokkuvõttes fotosünteesist. energia saamine.

Bioloogilised süsteemid lisavad maapinnale aastas kuni kakssada miljonit tonni lämmastikku. Inimene toodab 28 miljonit tonni, millest enamikku kasutatakse väetisena; Kuid see protsess toimub fossiilkütuste osas suurte energiakuludega. Ammooniumväetise tootmiseks vajaminev kogu energiakogus on praegu hinnanguliselt 2 miljonit barrelit õli päevas. Tõepoolest, hinnanguliselt on lämmastikuga väetamise kulud kasumi vähenemiseni jõudmas. Selliste piirkondade traditsioonilised põllukultuurid ei anna lämmastikväetiste abil märkimisväärselt suuremat saaki, kuid neil on madalad lämmastikuvajadused, kuid nüüd on need asendatud imeteraviljade ja muude põllukultuuridega, mis enam lämmastikuga väetada ei anna. - just ajal, mil selline ravi muutub liiga kulukaks.

Erinevatest lämmastikku fikseerivate organismide klassidest on sümbiootilised bakterid fikseeritud lämmastiku üldkoguste osas kõige olulisemad. Kõige tavalisemad lämmastikku fikseerivad bakterid on Risobium, mis on bakteritüüp, mis tungib kaunviljade (perekonna seenhaiguste) juurtesse Fabaceae või Leguminosae) nagu ristik, hernes, oad, vikid ja lutsern.

Kaunviljade kasulik mõju pinnasele on nii ilmne, et neid tunnistati sadu aastaid tagasi. Kolmandal sajandil eKr elanud Theophrastus kirjutas, et kreeklased kasutasid mulla rikastamiseks oakultuure. Kui kaunviljad kasvavad, võib pinnasesse eralduda teatav kogus “ekstra” lämmastikku, kus see muutub teistele taimedele kättesaadavaks. Kaasaegses põllumajanduses on tavaline, et liblikõieliste saagi, näiteks maisi, vaheldumine liblikõieliste nagu lutsern. Seejärel koristatakse kaunviljad heina saamiseks, jättes lämmastikurikkad juured või, veel parem, küntud põllule tagasi. Hea maapinnale siirdatud lutserni saak võib anda 450 kilogrammi lämmastikku hektari kohta. Sümbiootiliste bakterite poolt nõutavate mikroelementide koobalti ja molübdeeni kasutamine suurendab lämmastiku tootmist märkimisväärselt, kui neid elemente on piiratud koguses, nagu suuremas osas Austraalias.

Vabalt elavad lämmastikku fikseerivad mikroorganismid

Perekondade mittesümbiootilised bakterid Asotobakter ja Clostridium suudavad fikseerida lämmastikku. Asotobakter on aeroobne, arvestades Clostridium on anaeroobne; Mõlemad on tavalised mullas leiduvad saprofüütbakterid. Arvatakse, et nad tarnivad umbes 7 kilogrammi lämmastikku mulla hektari kohta aastas. Teises olulises rühmas on palju fotosünteesi tekitavaid baktereid. Lämmastiku fikseerimisel mängib olulist rolli ka vabalt elavad sinivetikad. Need on üliolulised riisi kasvatamisel, mis on enam kui poole maailma elanikkonna põhitoit. Sinivetikad võivad mängida olulist ökoloogilist rolli ka ookeanide lämmastiku fikseerimisel.

Vabalt elavate ja sümbiootiliste organismide lämmastiku fikseerimise erinevus ei pruugi olla nii range kui traditsiooniliselt arvatakse. Mõned mikroobid esinevad pinnases regulaarselt teatud süsivesikuid kahandavate taimede juurte ümber, tarbides neid ühendeid ja pakkudes samal ajal taimedele kaudselt lämmastikku. Sümbiootilised assotsiatsioonid normaalselt vabalt elavate bakterite, näiteks Asotobakterja kõrgemad taimerakud koekultuurides indutseerisid nende kasvu lämmastikuvaeses kunstkeskkonnas.

Järgmine sisu: Ilmateade