Понять азотный цикл

Среди биогеохимических циклов азот изучен наиболее широко. Проверьте резюме и узнайте его важность

азотный цикл

Азот является важным химическим элементом для существования жизни на Земле, поскольку он входит в состав всех аминокислот в нашем организме, помимо азотистых оснований (которые составляют молекулы ДНК и РНК). Примерно 78% воздуха, которым мы дышим, состоит из атмосферного азота (N 2), который является его крупнейшим резервуаром. Одна из причин этого заключается в том, что N 2 представляет собой инертную форму азота, то есть это газ, который в обычных ситуациях не является реактивным. Таким образом, он накапливался в атмосфере с момента образования планеты. Несмотря на это, немногие живые существа способны поглощать его в молекулярной форме (N 2). Оказывается, что азот, как железо и сера, участвует в естественном цикле, в течение которого его химическая структура претерпевает преобразования на каждой из стадий, служа основой для других реакций и, таким образом, становясь доступным для других организмов - это огромное значение азотный цикл (или «азотный цикл»).

Чтобы атмосферный N 2 достиг почвы, попадая в экосистему, он должен пройти процесс, называемый фиксацией, который осуществляется небольшими группами нитрифицирующих бактерий, которые удаляют азот в форме N 2 и включают его в свои органические молекулы. Когда фиксация осуществляется живыми организмами, такими как бактерии, это называется биологической фиксацией или биофиксацией. В настоящее время также можно использовать коммерческие удобрения для фиксации азота, характеризующей промышленную фиксацию, метод, широко используемый в сельском хозяйстве. В дополнение к этому существует также физическая фиксация, которая осуществляется с помощью молнии и электрических искр, посредством которых азот окисляется и переносится в почву с дождем, но этот метод имеет пониженную способность фиксации азота, которая недостаточна для организмов. и жизнь на Земле, чтобы поддерживать себя.

Бактерии, фиксируя N 2, выделяют аммиак (NH 3). Аммиак при контакте с молекулами почвенной воды образует гидроксид аммония, который при ионизации производит аммоний (NH 4) в процессе, который является частью азотного цикла и называется аммификацией. В природе существует баланс между аммиаком и аммиаком, который регулируется pH. В средах с более кислым pH преобладает образование NH 4, а в более щелочных средах наиболее распространенным процессом является образование NH 3. Этот аммоний имеет тенденцию абсорбироваться и использоваться в основном растениями, у которых есть бактерии, связанные с их корнями (бактериоризаты). Вырабатываемый свободноживущими бактериями, этот аммоний, как правило, попадает в почву для использования другими бактериями (нитробактериями).

Нитробактерии - это хемосинтетики, то есть они автотрофные существа (которые производят свою собственную пищу), которые извлекают энергию, необходимую для их выживания, из химических реакций. Чтобы получить эту энергию, они склонны окислять аммоний, превращая его в нитрит (NO 2 -), а затем в нитрат (NO 3 -). Этот процесс круговорота азота называется нитрификацией.

Нитраты остаются свободными в почве и не имеют тенденции накапливаться в естественной нетронутой среде, а это означает, что они могут идти тремя разными путями: поглощаться растениями, денитрифицироваться или достигать водоемов. И денитрификация, и поток нитратов в водоемы имеют негативные последствия для окружающей среды.

Воздействие на окружающую среду

Денитрификация (или денитрификация) - это процесс, выполняемый бактериями, называемыми денитрификаторами, которые снова превращают нитраты в N 2, возвращая азот в атмосферу. Помимо N 2, другие газы, которые могут образовываться, - это оксид азота (NO), который сочетается с атмосферным кислородом, способствуя образованию кислотных дождей, и оксид азота (N 2 O), который является важным парниковым эффектом, вызывающим парниковый эффект. что усугубляет глобальное потепление.

Третий путь, по которому нитраты попадают в водоемы, вызывает экологическую проблему, называемую эвтрофикацией. Этот процесс характеризуется увеличением концентрации биогенных элементов (в основном соединений азота и фосфора) в водах озера или плотины. Этот избыток питательных веществ способствует ускоренному размножению водорослей, что в конечном итоге препятствует прохождению света, нарушая баланс водной среды. Другой способ обеспечить избыток питательных веществ в водной среде - сбросить в нее сточные воды без соответствующей обработки.

Еще одна проблема, которую следует учитывать, - это тот факт, что азот также может быть вредным для растений, когда присутствует в количествах, превышающих их способность к усвоению. Таким образом, избыток фиксированного в почве азота может ограничивать рост растений, нанося вред посевам. Таким образом, соотношение углерода / азота также необходимо учитывать в процессах компостирования, чтобы метаболизм колоний микроорганизмов, участвующих в процессе разложения, всегда был активным.

Поглощение азота людьми

Люди и другие животные получают доступ к нитратам при употреблении в пищу растений, которые поглотили это вещество, или, в соответствии с пищевой цепочкой, через прием пищи другими животными, которые питались этими растениями. Этот нитрат возвращается в цикл после смерти организма (органического вещества) или путем выделения (мочевины или мочевой кислоты у большинства наземных животных и аммиака с экскрементами рыб), который содержит азотистые соединения. Таким образом, разлагающиеся бактерии будут воздействовать на органические вещества, выделяя аммиак. Аммиак также может быть преобразован в нитриты и нитраты теми же нитробактериями, которые трансформируют аммиак, интегрируясь в цикл.

Альтернатива удобрениям

Как мы видели, фиксация азота в почве может иметь положительные эффекты, но процесс происходит в избытке, он может иметь негативные последствия для окружающей среды. Вмешательство человечества в круговорот азота происходит через промышленную фиксацию (за счет использования удобрений), что увеличивает концентрацию азота, подлежащего исправлению, вызывая проблемы, подобные упомянутым выше.

Альтернативой использованию удобрений может быть севооборот, чередование культур азотфиксирующих и не азотфиксирующих растений. Азотфиксирующие растения - это растения, у которых есть бактерии и другие фиксирующие организмы, связанные с их корнями, как это происходит с бобовыми растениями (такими как бобы и соя). Севооборот будет способствовать фиксации азота в более безопасных количествах, чем использование удобрений, обеспечивая питательные вещества, совместимые с ассимиляционной способностью растений, способствуя их развитию и уменьшая уровни питательных веществ, попадающих в водоемы. Аналогичный процесс, называемый «сидератом», также можно использовать вместо удобрений.

Этот процесс состоит из выращивания азотфиксирующих растений и их скашивания до того, как они дадут семена, оставляя их на месте в качестве мульчи, чтобы можно было производить более поздние культуры других видов. Чуть ниже мы можем проверить изображение, которое подводит нас к обзору того, что было видно на протяжении всей статьи:

азотный цикл

АНАММОКС

Аббревиатура на английском языке (что означает анаэробное окисление аммиака) обозначает инновационный биологический процесс удаления аммиака из воды и газов.

Это кратчайший путь, поскольку аммиак не нужно нитрифицировать до нитрита, а нитрат денитрифицировать обратно до формы N 2. С помощью процесса ANAMMOX аммиак может быть напрямую преобразован в газообразный азот (N 2). Первая крупная станция была установлена ​​в 2002 году в Нидерландах, а к 2012 году в эксплуатации уже находилось 11 объектов.

Эффективный и устойчивый процесс ANAMMOX может использоваться для удаления аммиака из сточных вод в концентрациях более 100 мг / л. Внутри реакторов сосуществуют нитрифицирующие бактерии и ANAMMOX, причем первые превращают около половины аммиака в нитриды (химические соединения, содержащие азот), а бактерии ANAMMOX действуют, превращая нитриды и аммиак в газообразный азот.

азотный цикл

Было показано, что анаэробное окисление аммиака является многообещающим, и его уже можно найти в промышленных процессах, таких как очистка сточных вод, органические твердые отходы, в пищевой промышленности и производстве удобрений.



$config[zx-auto] not found$config[zx-overlay] not found