Informacije

Ciklus dušika

Ciklus dušika


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Biljkama je potreban niz elemenata osim onih koje dobivaju izravno iz atmosfere (ugljik i kisik u obliku ugljičnog dioksida) i iz podzemnih voda (vodik i kisik).

Svi osim jednog od ovih elemenata potječu od raspada stijena i zahvaćaju ih biljke iz zemlje. Izuzetak je dušik, koji predstavlja 78% zemljine atmosfere.

zemljane stijene Oni su također primarni izvor dušika, koji prodire u tlo, posredno kroz atmosferu, i kroz tlo, prodire u biljke koje rastu na njemu.

Većina živih bića ne može koristiti atmosferski dušik za sintezu proteina i drugih organskih tvari. Za razliku od ugljika i kisika, dušik je kemijski nereaktivan i samo siguran bakterija i plave alge Oni imaju visoko specijaliziranu sposobnost usvajanja dušika iz atmosfere i pretvaranja u oblik koji stanice mogu koristiti. Korisni nedostatak dušika često je glavni ograničavajući faktor za rast biljaka.

Postupak kojim dušik cirkulira kroz biljke i tlo djelovanjem živih organizama poznat je pod nazivom dušični ciklus.

Ammonification

Veliki dio dušika koji se nalazi u tlu dolazi iz mrtvih organskih materijala koji postoje u obliku složenih organskih spojeva poput proteina, aminokiselina, nukleinskih kiselina i nukleotida. Međutim, ti dušični spojevi obično se razgrađuju u jednostavnije tvari od strane organizama koji žive u tlu.

saprofitne bakterije i razne vrste gljivica prvenstveno su odgovorni za razgradnju mrtvih organskih materijala. Ti mikroorganizmi koriste bjelančevine i aminokiseline kao izvor vlastitih proteina i oslobađaju višak dušika u obliku amonij (NH4)+), Taj se proces zove ammonification, Dušik se može isporučiti kao plin amonijaka (NH3), ali taj se proces obično događa samo pri raspadanju velikih količina dušičnih materijala, poput velikog dijela gnojiva ili gnojiva. Općenito, amonijak proizveden u amonijaku rastvara se u zemlji tla, gdje se kombinira s protonima kako bi tvorio amonij ion.

Nitrovanje

Nekoliko vrsta bakterija koje se obično nalaze u tlima sposobne su oksidirati amonijak ili amonijak. Oksidacija amonijaka, poznata kao nitrovanjeje proces koji proizvodi energiju, a oslobođenu energiju ove bakterije koriste za smanjenje ugljičnog dioksida, baš kao što autotrofne biljke koriste svjetlosnu energiju za smanjenje ugljičnog dioksida. Takvi organizmi su poznati kao kemosintetski autotrofični lijekovi (razlikuje se od fotosintetskih autotrofa poput biljaka i algi). nitrificirajuće bakterije chemosynthetic Nitrosomonas i Nitrosococcus oksidira amonijak u nitrit (NO2-):

2 NH 3 + 302 --------> 2 NE2- + 2 H+ + 2 H2

(plin amonijak) (nitrit)

Nitrit je toksičan za više biljke, ali se rijetko nakuplja u tlu. Nitrobacter, drugi rod bakterija oksidira nitrit u nitrate (NO3-), opet s oslobađanjem energije:

2 NE2- + O2 ---------> 2 NE3-

(nitrit) (nitrat)

Nitrat je oblik u kojem se gotovo sav dušik kreće iz tla u korijenje.

Malo je biljnih vrsta sposobno koristiti životinjski protein kao izvor dušika. Ove vrste, koje sačinjavaju mesožderke biljke, imaju posebne prilagodbe koje se koriste za privlačenje i hvatanje malih životinja. Oni se probavljaju apsorbirajući dušične spojeve i druge organske i mineralne spojeve poput kalija i fosfata. Većina biljaka mesoždera nalazi se u močvarama koje su uglavnom jako kisele i stoga nepovoljne za rast nitrificirajućih bakterija.

Gubitak dušika

Kao što smo opazili, dušični spojevi biljaka klorofilata vraćaju se u tlo nakon njihove smrti (ili životinje koje su se hranile njima), pri čemu ih organizmi tla i mikroorganizmi preradjuju u korijenu, a korijenje ih apsorbira u obliku nitrata otopljenog u zemljišnoj vodi. pretvoreni u organske spojeve. Tijekom ovog ciklusa uvijek dolazi do "gubitka" određene količine dušika, što ga čini neupotrebljivim za biljku.

Jedan od glavnih uzroka ovog gubitka dušika je biljke za uklanjanje tla, Kultivirana tla često pokazuju stalni pad sadržaja dušika. Dušik se također može izgubiti ako obrubimo vrhnji tlo erozija ili kada je njegova površina uništena od vatra, Dušik se također uklanja ispiranje; nitrati i nitriti, koji su anioni, posebno su osjetljivi na ispiranje vode kroz tlo. U nekim tlima denitrificirajuće bakterije razgrađuju nitrate i ispuštaju dušik u zrak. Ovaj postupak koji opskrbljuje bakterije kisikom potrebnim za disanje je skup s obzirom na energetske potrebe (tj.2 može se smanjiti brže od NO3-) i pojavljuje se široko samo na tlima sa nedostatkom kisika, to jest na tlima koja su slabo drenirana i zbog toga su slabo prozračena.

Ponekad biljkama nije dostupan visok udio dušika u tlu. Ova imobilizacija dolazi kada postoji višak ugljika. Kad su organske tvari bogate ugljikom, ali dušikom slama je dobar primjer, ako ih ima u zemlji u izobilju, mikroorganizmima koji napadaju te tvari trebat će više dušika nego što ih sadrže kako bi u potpunosti iskoristili prisutni ugljik. Kao rezultat, neće koristiti samo dušik prisutan u slami ili sličnom materijalu, već i sve dostupne dušične soli u tlu. Slijedom toga, ta se neravnoteža normalizira jer se ugljik dovodi kao ugljični dioksid mikrobnim disanjem, a kako se omjer dušika i ugljika u tlu povećava.

Nastavlja se nakon oglašavanja

Fiksacija dušika

Kao što vidimo, da se sav dušik koji se uklanja iz zemlje ne bi neprestano nadopunjavao, praktično bi život na ovom planetu konačno nestao. Dušik se u tlu nadopunjuje fiksacija dušika. Fiksacija dušika je postupak kojim se plin dušika u zraku ugrađuje u dušične organske spojeve i tako uvodi u dušični ciklus. Fiksacija ovog plina, koju u znatnoj mjeri može učiniti samo nekoliko bakterija i plavih algi, proces je o kojem danas ovise svi živi organizmi, baš kao što svi oni u konačnici ovise o fotosintezi za dobivanje energije.

Biološkim sustavima svake se godine na Zemljinu površinu dodaje od jedne do dvjesto milijuna metričkih tona dušika. Čovjek proizvodi 28 milijuna tona, od kojih se većina koristi kao gnojiva; Međutim, ovaj se proces provodi s visokim troškovima energije u smislu fosilnih goriva. Ukupna količina energije potrebna za proizvodnju amonijevih gnojiva trenutno se procjenjuje na 2 milijuna barela nafte dnevno. Zapravo, procjenjuje se da troškovi gnojidbe dušikom dostižu točku smanjenja dobiti. Tradicionalne kulture na područjima kao što je Indija ne postižu značajno povećane prinose koristeći dušična gnojiva, ali imaju male potrebe za dušikom, ali sada se zamjenjuju „čudo žitaricama“ i drugim kulturama koje se više ne proizvode gnojidbom dušikom. - upravo u vrijeme kada takav tretman postaje neizmjerno skup.

Od različitih klasa organizama koji učvršćuju dušik, simbiotske bakterije daleko su najvažnije u pogledu ukupnih količina fiksiranog dušika. Najčešće su bakterije koje učvršćuju dušik Rhizobium, koja je vrsta bakterija koja upada u korijen mahunarki (angiospermi iz porodice) Fabaceae ili Leguminosae) poput djeteline, graška, graha, vepra i lucerke.

Blagotvorno djelovanje mahunarki na tlo toliko je očito da su prepoznate prije stotine godina. Teofrast, koji je živio u trećem stoljeću prije Krista, napisao je da su Grci koristili usjeve graha za obogaćivanje tla. Tamo gdje mahunarke rastu, određena količina „dodatnog“ dušika može se ispustiti u tlo, gdje postaje dostupna drugim biljkama. U modernoj poljoprivredi uobičajena je praksa usjeva bez mahunarki, poput kukuruza, s mahunarkama poput lucerne. Tada se beru mahunarke za sijeno, ostavljajući korijenje bogato dušikom, ili još bolje, oranje natrag u polje. Dobar usjev lucerne, koji je preseljen u zemlju, može dati 450 kilograma dušika po hektaru. Primjena elemenata u tragovima kobalta i molibdena potrebnih simbiotskim bakterijama uvelike povećava proizvodnju dušika ako su ti elementi prisutni u ograničenim količinama, kao u većem dijelu Australije.

Slobodno živi mikroorganizmi koji učvršćuju dušik

Nesimbiotske bakterije rodova Azotobacter i Clostridium su u stanju popraviti dušik. Azotobacter je aerobna, dok Clostridium je anaerobni; Obje su uobičajene saprofitne bakterije koje se nalaze u tlu. Procjenjuje se da godišnje osiguravaju oko 7 kilograma dušika po hektaru tla. Druga važna skupina uključuje mnoge fotosintetske bakterije. Slobodno živeće plave alge također igraju važnu ulogu u fiksaciji dušika. Oni su presudni za uzgoj riže, što je glavna prehrana više od polovice svjetskog stanovništva. Plave alge mogu igrati važnu ekološku ulogu u fiksaciji dušika u oceanima.

Razlika između fiksacije dušika slobodnim životom i simbiotskih organizama možda nije tako stroga kao što se tradicionalno misli. Neki se mikrobi redovito pojavljuju u tlu oko korijena određenih biljaka koje smanjuju ugljikohidrate trošeći ove spojeve i istovremeno posredno opskrbljujući biljkama dušik. Simbiotske povezanosti između normalno živećih bakterija kao što su Azotobacter, a više biljne stanice u tkivnim kulturama inducirale su njihov rast u umjetnom mediju lišenom dušika.

Sljedeći sadržaj: Vremenska prognoza