Колообіг азоту (нітрогену)

Рис.15

Азот входить до складу амінокислот, які є основним будівельним матеріалом для білків. Хоча азот потрібний в менших кількостях, ніж наприклад вуглець, тим не менш дефіцит азоту негативно позначається на продуктивність живих організмів. Основним джерелом азоту є атмосфера (рис.15), звідки в ґрунт, а потім у рослини азот потрапляє тільки у формі нітратів, які є резуль­татом діяльності орга­нізмів-азо­т­­­­фік­са­­торів (ок­ре­­мі види бак­терій, синьо-зеле­них водо­рос­­тей і грибів), а та­кож елек­трич­них розрядів (бли­ска­вок) та інших фізич­них про­цесів. Решта спо­лук азоту рос­ли­­­нами не засвою­ються.

Друге джерело азоту для рослин - результат розкладання органіки, зокрема, білків. При цьому на початку утворюється аміак, який перетворюється бактеріями-нітрифікаторами в нітрити та нітрати.

Повернення азоту в атмос­феру відбувається внас­лідок діяль­ності бактерій- деніт­ри­фі­ка­­торів, що розкладають нітра­ти до вільного азоту і кисню.

Значна частина азоту, потрапляючи в океан (в основному зі стічними континентальними водами), частково використовується водною рослинністю, а потім по харчових ланцюгах через тварин повертаються на сушу. Невелика частина азоту випадає з колообігу, йдучи в осадові сполуки. Проте ця втрата компенсується надходженням азоту в повітря з вулканічними газами, а також з індустріальними викидами. Якби наша цивілізація досягла такої технічної потужності, що змогла б блокувати всі вулкани на Землі, то при цьому через припинення надходжень вуглецю, азоту та інших речовин від голоду могло б загинути більше людей, ніж страждає зараз від вивержень вулканів (правда наближаються часи, коли людина за кількістю викидів в атмосферу буде успішно конкурувати з вулканами).

Антропогенний азот надходить в природу в основному у формі азотних добрив. Їх кількість приблизно дорівнює природній фіксації азоту в атмосфері, але нижче біологічної фіксації.

У природних екосистемах близько 20% азоту - це новий азот, отриманий з атмосфери шляхом азотофіксації. Інші 80% повертається в колообіг внаслідок розкладання органіки. В агросистемах з азоту, що надійшов на поля з добривами, дуже невелика частина використовується повторно, більша ж частина втрачається з зібраним урожаєм, а також в результаті вилуговування (виносу водою) і денітрифікації.

Лише прокаріоти, без'ядерні, найпримітивніші мікроорганізми, можуть перетворювати біологічно марний газоподібний азот у форми, необхідні для побудови та підтримки живої протоплазми. Коли ці мікроорганізми утворюють взаємовигідні асоціації з вищими рослинами, фіксація азоту значно посилюється. Рослини надають бактеріям відповідне місцепроживання (кореневі бульби), захищає мікроби від надлишків кисню і поставляє їм необхідну високоякісну енергію. За це рослина отримує легкозасвоюваний фіксований азот. Мрія сучасних фахівців з генної інженерії - створити сорти зернових культур, здатні до само удобрювання, які мали б на коренях бульбочки з азотфіксуючими бактеріями, аналогічні бульбочкам на коренях бобових рослин. Вважають, що це дозволило б здійснити суттєвий прорив у сільському господарстві. Однак хтозна, чи не порушить подібне збільшення природного фіксації вільного азоту того крихкого балансу припливу і відтоку азоту в атмосфері, який забезпечує стабільність концентрації азоту в повітрі, яким ми дихаємо.

Колообіг фосфору

Фосфор є необхідним компонентом нуклеїнових кислот (РНК і ДНК), що виконують в біосистемах функції, пов'язані із записом, зберіганням і зчитуванням інформації про будову організму. Фосфор - досить рідкісний елемент. Відносна кількість фосфору, необхідна живим організмам, набагато вище, ніж відносний вміст його в тих джерелах, звідки організми черпають необхідні їм елементи. Тобто дефіцит фосфору більшою мірою обмежує продуктивність в тому чи іншому районі, ніж дефіцит якої-небудь іншої речовини, за винятком води.

Фосфор зустрічається лише в небагатьох хімічних сполуках. Він циркулює, переходячи з органіки в фосфати, які можуть потім використовуватися росли­нами (рис. 16). Особливість колообігу фосфору в тому, що в ньому відсутня газопо­дібна фаза. Тобто ос­нов­­ним резер­вуаром азо­ту є не атмо­сфера, а гір­сь­кі поро­ди та інші від­кла­ди, що утво­ри­ли­ся в ми­­нулі епохи. Породи ці піддаються ерозії, вивільняючи фосфати в екосистеми. Після неодноразового споживання його організмами суші та моря фосфор в кінцевому підсумку виводиться в донні опади. Це загрожує дефіцитом фосфору. В минулому морські птахи, мабуть, повертали фосфор в колообіг. Зараз основним постачальником фосфору є людина, виловлюючи велику кількість морської риби, а також переробляючи донні відклади в фос­фа­ти. Однак видобуток і переробка фосфатів створює серйозні проблеми з забруднен­ням навко­лишнього середовища.

Колообіг сірки

Сірка є елементом, необхідним для синтезу багатьох білків. Для біосистем потрібно дуже мало сірки.

Колообіг сірки охоплює повітря, воду і ґрунт (рис. 17). Сульфат SO₄, аналогічно нітра­ту і фосфату, - основна доступ­на форма сірки, яка від­нов­лю­ється рослинами і вклю­чає­ться в білки. Потім вона проходить по харчових ланцю­гах екосис­тем і повертається в коло­обіг з екскре­ментами тва­рин. Основ­ними джерелами над­ход­­ження спо­лук сірки в біос­феру є вироб­нича діяльність люди­ни (спа­лю­вання вугілля і сірко­вмісних вуглеводнів), вул­кани, розкладання органіки і роз­пад сірковмісних руд і міне­ра­лів.

"Кільце" в центрі схеми ілю­струє процеси окислення (О) та відновлення (R), завдяки яким відбувається обмін сірки між фондом доступного сульфату і фондом сульфіду заліза, що знаходиться глибоко в ґрунті і опадах.

Осадовий цикл

Більшість важливих для життя елементів, таких як залізо, кальцій, калій, магній, марганець, мідь, хлор та ін, більше прив'язані до землі, ніж, наприклад, азот або вуглець (рис.18). Їх колообіг входять до загального осадового циклу, циркуляція в якому здійснюється шляхом ерозії, опадоутво­рен­ня, горотворення, вулканізму і біологічного пере­носу.

Чим менша ерозія, тим менший потік речовин буде потрібний ззовні. У періоди мінімальної гео­логічної активності накопичення мінеральних еле­мен­тів живлення відбувається на низовинах і в глибинах океанів за рахунок піднесених районів. Цьо­му сприяє, наприклад, розорювання земель, що збід­нює ґрунти. Але надлишок цих речовин в низинах може привести до того, що життя буде задушене потоками мулу, бруду, токсичних речовин і т.п.

Поиск по сайту: