Екологія: біологія взаємодії. II-07. Біогеохімічний цикл Нітрогену

II-07. Біогеохімічний цикл Нітрогену

БГХ-цикл Нітрогену (рис. 2.7.1) складніше карбонового. Він теж надзвичайно важливий для живих організмів. Хоча азоту в атмосфері більше, ніж інших газів, його включення до складу живої речовини є набагато складнішим завданням, ніж фіксація Карбону з вуглекислоти при фотосинтезі. Найбільш доступним для рослин Нітроген є у формі аміаку і нітратів, але аміак у великих кількостях токсичний, а нітрати — ні. Форми, в яких Нітроген використовується в органічних сполуках — відновлені, тому асиміляція аміаку вимагає менших перебудов. І та, і інша форми дуже легко вимиваються з ґрунтів, особливо нітрати, тому що в нейтральних і лужних умовах амоній пов'язується з деякими глинистими речовинами. При руйнуванні детриту виділяється відновлений Нітроген. Сечовина також гідролізується до аміаку ґрунтовими бактеріями. Нітрифікація здійснюється такими бактеріями, як Nitrosomonas, які переводять амоній в нітрит; навпаки, такі бактерії, як Nitrobacter, переводять нітрити в нітрати.

Рис. 2.7.1. Глобальний цикл Нітрогену

Нітрит — частий проміжний етап в переходах з відновленої форми в окислену і в оберненому напрямі. Надлишок нітратів в їжі — небезпечний наслідок надмірного нітрогенового удобрення ґрунтів. При асиміляції нітрати відновлюються, проходячи через стадію токсичних нітритів.

Денітрифікація — багатоетапний процес, що проходить через нітрит і закис азоту (N₂0) до молекулярного азоту. Бактерія Pseudomonas видобуває необхідний їй Оксиген за допомогою цього процесу, якщо в ґрунті кисню немає! Денітрифікація може йти й без участі живих організмів. До нітрогенфиксаторов відносяться вільноживучі бактерії Azotobacter (аероб) і Clostridium (анаероб), симбіонти бобових бактерії Rhizobium, симбіонти багатьох груп рослин (наприклад, вільхи) актиноміцети, ціанобактерії Anabaena і Nostoc.

Ферментом, що фіксує Нітроген, є нітрогеназа. Її робота вимагає великих енергетичних витрат: близько 10 г глюкози на 1 г фіксованого Нітрогену.

Нітроген може фіксуватися й абіогенним шляхом (поза зв'язком з організмами). Наприклад, під час удару блискавки в її каналі досягається така температура, що в атмосферному повітрі, через який пройшов електричний розряд, відбувається окислення молекулярного азоту киснем.

Оскільки на багатьох ґрунтах сільськогосподарські рослини відчувають нітрогенове голодування, людина інтенсивно виробляє нітрогенові добрива, здійснюючи промислову фіксацію атмосферного азоту. Промислова фіксація Нітрогену приблизно дорівнює природній абіогенній фіксації.