Тюхтенева Зинаида Ивановна




Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГОБОУ ВПО Кубанский государственный технологический университет

 

 

Доклад на тему

Круговорот азота. Вмешательство человека

 

Выполнил студент группы 15-СБ-СТ1

Муриев Тимур Анатольевич

Преподаватель:

Тюхтенева Зинаида Ивановна

 

Краснодар

Круговорот азота в природе – важнейшее звено в биогеохимических циклах нашей планеты. Земная атмосфера, на 78% состоящая из азота, служит, по сути дела, основным резервуаром этого важнейшего элемента всего живого. Азот входит в состав белков, нуклеиновых кислот (ДНК, РНК), многих простых и сложных молекул, составляющих структуры организмов любого уровня от человека до микроорганизма. Человеку и животным азот нужен в виде белков животного и растительного происхождения, растениям – в виде солей азотной кислоты (HNO3 → KNO3, Al(NO3)2 и т.д.) или ионов аммония (NH4).

Азот имеет газообразный резервный фонд, который находится в атмосфере. Между резервным и обменным фондами постоянно осуществляется обмен элементов и обеспечивается непрерывная связь (рис. 1).

Из резервного фонда азот включается в обменный фонд тремя путями:

1. Атмосферная фиксация. Под действием атмосферных электрических разрядов часть азота взаимодействует с кислородом с образованием оксида (N2O) и диоксида азота (NO2), которые растворяются в водяных парах и в виде азотистой (HNO2) и азотной кислот (HNO3) попадают в почву. В почве образуются нитраты (M+NO3-), которые поглощаются растениями и включаются в биологический круговорот.

2. Биологическая фиксация. Представители животного и растительного мира не могут черпать азот непосредственно из атмосферы воздуха. Такой способностью обладает ограниченное количество видов микроорганизмов и синезеленых водорослей, которые называют азотфиксаторами, а процесс связывания азота атмосферы этими организмами – биологической азотфиксацией. Азотфиксаторы, как правило, сожительствуют с теми или иными растениями, обеспечивая их азотом, и пользуются для своей жизни многими веществами, образующимися в растениях.

Впервые прямые доказательства наличия азотфиксирующих микроорганизмов, живущих в симбиозе с бобовыми растениями, были получены благодаря работам немецкого исследователя Германа Гельригеля. Сравнивая источники азота для злаков и бобовых (1886 год), он показал, что если злаки черпают азот из минеральных веществ почвы, то бобовые, кроме того, обладают способностью фиксировать азот воздуха. Такую способность бобовых Г. Гельригель объяснял наличием на корневой системе клубеньков, развитие которых вызывают микроорганизмы. После работ Гельригеля стало ясно, что фиксация растениями азота связана с микроорганизмами, инфицирующими корневую систему растения. Потребовалось около десятка лет для подтверждения выводов Гельригеля о значимости симбиотических микроорганизмов рода ризобий (Rhizobium) для бобовых растений как азотфиксаторов. Голландский бактериолог М. Бейеринк выделил в 1888 году клетки ризобий в чистой культуре. В дальнейшем была показана их способность инфицировать корневую систему бобовых с определенной степенью избирательности по отношению к конкретным видам растений и вызывать образование на корнях клубеньков – специализированных образований, в которых протекает азотфиксация.

Сейчас известно около 13 тыс. видов бобовых, многие из которых обладают способностью к симбиотической фиксации азота. Выяснено также, что маленький водный папоротник азолла (Azolla) находится в симбиотических отношениях с азотфиксирующими цианобактериями (синезеленые водоросли). Некоторые деревья и кустарники (например, ольха, облепиха, восковик) имеют в качестве симбионтов актиномицеты. Поиск новых азотфиксирующих пар растение – микроорганизм далеко не закончен.

3. Промышленная фиксация. С наступлением промышленной революции человек научился с помощью техники превращать газообразный азот в минеральные азотные удобрения, которые после внесения в почву усваиваются растениями в аммиачной и нитратной форме.

Пополнение резервного фонда из обменного фонда происходит путем денитрификации (сумма микробиологических процессов восстановления нитратов до нитритов и далее до газообразных оксидов и молекулярного азота), которую осуществляют денитрифицирующие бактерии. Часть азота из обменного фонда смывается с поверхностным стоком в море, где он включается в морские организмы или мелководные отложения. Часть его через живые организмы возвращается в биологический круговорот, а часть переходит в глубоководные отложения - это полные и окончательные потери элемента.

После наступления техногенной эры сельское хозяйство стало широко использовать технику для обработки почвы, а это привело к усилению поверхностного стока и увеличению выноса азота. За счет улучшения аэрации (воздухообмен почвы с находящимся над ней слоем наружного воздуха) усилился процесс денитрификации. В то же время, за последние 100 лет биологическая фиксация снизилась в 20-30 раз.

Все это привело к обеднению обменного фонда и для его пополнения человек вынужден вносить минеральные удобрения или на больших площадях выращивать азотфиксирующие бобовые растения. Однако примерно 1/10 часть искусственно внесенного азота используется растениями, а остальная часть с поверхностным стоком и грунтовыми водами переходит в морские отложения. При этом имеет место эвтрофикация пресноводных экосистем, что ведет к их деградации. Эвтрофикация - это насыщение водоёмов биогенными элементами, сопровождающееся ростом биологической продуктивности водных бассейнов. Эвтрофикация может быть результатом как естественного старения водоёма, так и антропогенных воздействий. Основные антропогенные источники фосфора и азота: необработанные сточные воды (в особенности из животноводческих комплексов) и смыв удобрений с полей.

Таким образом, в результате антропогенного влияния происходит перекачивание азота из резервного фонда в обменный, а из него - в глубоководные отложения. То есть происходит постепенное выведение азота из круговорота.



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-27 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: