<<
>>

БИОГЕОХИМИЧЕСКОМ ЦИКЛЕ АЗОТА В.Н.Куд еяров Институт агрохимии и почвоведения АН СССР

Азот является необходимым элементом для всех живых существ. Когда азот или его соединения находятся в недостаточном количестве, производство продуктов питания и волокна резко отстает от уровней потребления.

Однако его избыток» особенно в растворимых и легкоподвижных формах, может приводить к вредным последствиям. Подвижные соединения азота, попадая в водоемы, вызывают повышенную эутрофикацию, а высокие концентрации нитратов в питьевой воде могут вызывать заболевание людей и животных.

Переселение людей в города, концентрация на ограниченных территориях домашнего скота, развитие промышленности приводит к перераспределению и смещению баланса азота по отдельным регионам земли. Внедрение азотных удобрений и азотосодержащих выбросов промышленности и транспорта в природный биогеохимический цикл ставит перед человечеством серьезные задачи по защите окружающей среды от вредных последствий промышленной революции, (цит. по Ryers, Branson, 1973) подсчитал, что земля имеет возраст от 5 до 10 млрд, лет, а атмосфера возникла около 4 млрд лет тому назад. В этот период интенсивной геологической деятельности азот в форме Н3, наряду с другими газами выделялся с магматическими извержениями. Затем, 2 или 3 млрд лет тому назад синтезировались первые органические вещества не биологическим путем. Органические и неорганические азотистые соединения, как считают, аккумулировались в Мировом океане, где и возникли первые живые организмы около 1-2 млрд лег гбму назад.

Это было начало нашей биосферы. В результате фотосинтеза растения выделяли кислород, особенно интенсивно после выхода их на сушу в девоне, около 400 млн. лет тому незад. И когда атмосфера обогатилась кислородом, остаток аммиака окислился до молекулярного азота. Эволюция живущих зеленых растений дала толчок биохимической трансформации азота. Растения, например, усваивали неорганические азотистые соединения и синтезировали комплесы органических азотистых соединений (протеин).

Животные, напротив, усваивали растительные белки и трансформировали их в животные белки. После смерти и животные и растительные белки разлагались до более простых неорганических форм азота под действием бактерий и грибов. Так начался биогеохимический азотный цикл и наша атмосфера достигла настоящего уровня молекулярного азота 78,09% к объему или 75,51% к весу (Hutchinson,. 1954цит. по Ryers, Branson, 1973).

В таблице 1 приведено геохимическое распределение азота в оболочках нашей планеты.

В биосфере, как видно из таблицы 1, находится ничтожно малое количество азота от общего его количества на земле, но азот биосферы, участвующий в биогеохимическом цикле, в основном поддерживает жизнь на планете.

Геохимическое распределение азога (Bartholomew и Clark, 1965 по Ryers, Branson, 1973)

Среда

Общее количество азота

% от общего азота

в каждой среде

в каждой среде

Атмосфера

0.425.1016

1,96

Литосфера

2,127.10 17

98,03

Биосфера

1.804.1011

0,01

17

Общее количество азога на земном шаре - 2,170.10

Механизмы транспорта и химические превращения соединений азота в основных природных компонентах биосферы

В таблице 2 приведены энергетические характеристики основных реакций круговорота азога (Дельвич, 1972). Азот с его большим числом степеней окисления, или валентностей, способен соединяться с водородом, кислородом и другими элементами, образуя множество биологически важных соединений. Переводя этот элемент из одной формы в другую, организмы получают энергию для своей жизнедеятельности.

Из всех этих реакций только фиксация азота, выполняемая в две стадии, идет с затратой энергии.

Процесс биологической фиксации азота осуществляется двумя большими группами микроорганизмов: живущими самостоятельно и живущими в симбиозе с высшими растениями. Точных данных о размере фиксации азота в природных условиях свободноживущими микроорганизмами пока нет, но считают, что за 1 год на 1 га эти микроорганизмы фиксируют 2-3 кг самое большое 5-6 кг (Дельвич, 1972). Синезеленые водоросли при культуре риса фиксируют большие количества азота.

Важнейшим же источником биологического связывания азога на земле являются бобовые растения. Микроорганизмы в симбиозе с такими бобовыми растениями как люцерна, клевер, могут фиксировать в благоприятных условиях до 350 кг N на га (Дельвич, 1972).

Все прогрессирующим источником связанного азота в мире становится азот промышленных удобрений. В промышленности на фиксацию 1 кг азота затрачивается около 6000 ккал. Считают, что прирост урожая от внесения ( 1 кг азога дает примерно столько же калорий (Дельвич, 1972). В современном балансе и круговороте азота в биосфере промышленный азот уже занимает видное место (табл. 3) (Easier 1972).

В настоящее время промышленное связывание азота почти равно размеру фиксации микроорганизмами на земле. К 2000 году ожидается промышленная фиксация азота приблизительно в 4—5 раз больше, чем будет фиксировано биологическим путем. Хотя это количество азога практически не изменит содержания азота в атмосфере, но возможны существенные изменения в других частях азотного цикла.

1

2

3

4

5

Атмосферная фиксация

4

100

4

100

азота

Промышленная фиксация азота в удобрениях - окислы в результате выбросов при горении

30

14

5

25

6

25

Возвращение улетучивающихся азотных соединений с дождем

Речной сток

-

30

50

Общее поступление

Потери

Денитрификация

92+

43

50

40

100

Улетучивание

Речной сток (включая обогащения

30

50

за счет удобрений) Отложения

0,2

50

во всех процес

сах фиксации

в дожде

-

-

-

-

-

-

-

-

Общиее потери

73

-

40,2

-

<< | >>
Источник: Ковда.В.А. БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ В БИОСФЕРЕ. 1976

Еще по теме БИОГЕОХИМИЧЕСКОМ ЦИКЛЕ АЗОТА В.Н.Куд еяров Институт агрохимии и почвоведения АН СССР:

  1. БИОГЕОХИМИЧЕСКОМ ЦИКЛЕ АЗОТА В.Н.Куд еяров Институт агрохимии и почвоведения АН СССР