Экология, проблемы и защита

Lifeunderwater.ru

Превращение соединений азота в почве и растениях

Азот - важнейший элемент питания, необходимый для нормального развития растений. Он входит в состав белков (до 16-18% их массы), нуклеиновых кислот, нуклеопротеидов, хлорофилла, гемоглобина, алкалоидов. Соединения азота играют большую роль в процессах фотосинтеза, обмена веществ, образования новых клеток. В формировании почвенного покрова и плодородия экосистем, в повышении продуктивности земледелия и улучшении белкового питания человека азот столь же незаменим, как углерод

Для растений азот - дефицитный элемент. Если некоторые микроорганизмы способны усваивать атмосферный азот, то растения могут использовать лишь азот минеральный, а животные - только азот органического происхождения. Например, мочевина животным организмом непосредственно не усваивается.

При недостатке азота в среде обитания тормозится рост растений, ослабляется образование боковых побегов и кущение у злаков, наблюдается мелколистность. Одновременно уменьшается ветвление корней, но соотношение массы корней и надземной части может увеличиваться.

Растения для своего развития нуждаются в значительных количествах азота. Запасы азота в почве могут пополняться разными путями. При возделывании сельскохозяйственных культур много внимания уделяют внесению минеральных удобрений. В естественных же условиях основная роль принадлежит специализированным группам микроорганизмов-азотфиксаторов, а также почвенных бактерий, способных минерализовать и переводить азот в доступную для растений форму.

Большинство растений, за исключением бобовых культур, поглощают азот только в виде ионов NH4 и NO3. Рассматриваем пути и формы поступления азота в почву: минеральные удобрения представляют собой соединения, содержащие NH4 и NO3, а в органических удобрениях азот включен в белковые соединения. В такой форме азот не может усваиваться растениями и должен предварительно минерализоваться. Под минерализацией понимают процесс превращения органических соединений азота в неорганические. В общем виде этот процесс можно представить следующей схемой: белки → аминокислоты → аммиак → нитриты → нитраты → молекулярный азот.

Если для облегчения понимания принять, что в органических соединениях азот находится только в составе аминогрупп - NH2, то схема его превращения будет выглядеть следующим образом:− NH2 → NH3 → NO2 → NO3→ N2.

Рассмотрим подробно каждый этап минерализации.

Первая стадия распада органических азотсодержащих веществ до аммиака называется аммонификацией. Она протекает под действием почвенных микроорганизмов (амммонифицирующие бактерии), которые выделяют необходимые протеолитические ферменты. Таким образом, аммонификацию можно отнести к каталитическим процессам. Для объяснения химической сущности этого процесса необходимо написать уравнение реакции гидролиза белка (любой дипептид); превращения аминокислоты в аммиак (схематично): взаимодействия аммиака с углекислотой почвенного раствора:

NН3 + Н2СО3 = (NH4) 3СО3.

Вторая стадия - нитрификация

- окисление аммиака до NO3, происходящее под действием нитрифицирующих бактерий:

NН3 + 3О2 = 2 Н2О + 2 НNO2;

НNO+ О2 = 2 НNO3.

При этом важно отметить, что в почвенном растворе постоя присутствуют катионы, которые образуют соли с нитрит - и нитратанионами.

Параллельно с аммонификацией и нитрификацией в почве протекает и процесс денитрификации

- восстановление нитрат - ионов под действием денитрифицирующих бактерий до молекулярного азота по схеме:

Ca (NO3) 2 →Ca (HCO3) 2+CO2+H 2O+N2.

Таким образом, очевидно, что аммонификация и нитрификация способствуют накоплению в почве доступного для растений азота и повышению урожайности сельскохозяйственных культур; а денитрификация оказывает противоположное, негативное действие.

Интересное по теме

Плазменные технологии: расширение возможности переработки отходов Сжигание отходов является одной из наиболее распространенных и эффективных технологий, позволяющих значительно сокращать объем отходов. На сжигание направляются выделенные в результате со ...

Принципы проведения экологической экспертизы Проведение экологической экспертизы должно основываться на соблюдении следующих принципов: обязательности проведения государственной экологической экспертизы; взаимодействия с контр ...

Общее понятие о системе климатического мониторинга Систему повторных наблюдений одного и более элементов окружающей природной среды в пространстве и во времени с определенными целями в соответствии с заранее подготовленной программой было ...

Понятие и система функций экологического управления Последние десятилетия характеризуются всеобщим вниманием к экологическим проблемам. Однако результаты поисков в этом направлении еще недостаточны, а последствия в ряде областей чел ...