Круговорот азота представляет собой биогеохимический цикл, посредством которого азот превращается в различные химические формы по мере его циркуляции в атмосфере, наземных и морских экосистемах. Конверсия азота может осуществляться посредством биологических или физических процессов.
Важные процессы в круговороте азота включают нитрификацию, денитрификацию, фиксацию и аммонификацию. Большая часть атмосферы Земли состоит из азота. На его долю приходится 78%, что делает его ведущим источником азота. Однако атмосферный азот имеет ограниченную доступность для биологического использования. Это приводит к нехватке пригодного для использования азота во многих типах экосистем.
Круговорот азота представляет большой интерес для экологов, поскольку доступность азота может влиять на скорость важных экосистемных процессов, таких как разложение и первичное производство. Деятельность человека, такая как сжигание ископаемого топлива, использование искусственных азотных удобрений и выброс азота в сточные воды, сильно изменила глобальный азотный цикл. Изменение человеком глобального круговорота азота может негативно сказаться на системе природной среды, а также на здоровье человека.
ПРОЦЕССЫ АЗОТНОГО ЦИКЛА
Азот доступен в окружающей среде в различных химических формах, таких как органический азот, нитрит (NO - 2 ), аммоний ( NH4+ ) , закись азота (N2O), нитрат ( NO3 ), неорганический газообразный азот ( N2 ) или оксид азота (NO).
Органический азот может находиться в виде гумуса, живого организма или промежуточных продуктов разложения органического вещества. Процессы азотного цикла заключаются в преобразовании азота из одной формы в другую. Многие из этих процессов осуществляются микробами в их стремлении накапливать азот или собирать энергию. Например, азотистые отходы в моче животных расщепляются нитрифицирующими бактериями в почве для использования растениями.
АЗОТНАЯ ФИКСАЦИЯ
Преобразование газообразного азота в нитриты и нитраты с помощью промышленных, биологических и атмосферных процессов известно как фиксация азота. Атмосферный азот должен быть (фиксирован) или переработан в пригодные для использования формы, чтобы его могли усваивать растения. Фиксация может быть произведена ударом молнии, но в основном это делается свободноживущими или симбиотическими бактериями, называемыми диазотрофами. В большинстве случаев биологическая фиксация азота происходит за счет активности Мо-нитрогеназы, которая обнаружена у большого количества бактерий и у некоторых архей. Примером свободноживущих бактерий является азотобактер. Симбиотические азотфиксирующие бактерии, такие как Rhizobium, обычно живут в корневых клубеньках бобовых, таких как горох и люцерна. Затем они формируют мутуалистические отношения с растением, производя аммиак в обмен на углеводы.
АССИМИЛЯЦИЯ
Растения могут поглощать аммоний или нитраты из почвы через свои корневые волоски. В тех случаях, когда нитрат поглощается, он сначала восстанавливается до ионов нитрита, а затем до ионов аммония для включения в хлорофилл, аминокислоты и нуклеиновые кислоты.
АММОНИФИКАЦИЯ
Когда животное или растение умирает или животное выделяет отходы, исходная форма азота является органической. Грибы или бактерии превращают органический азот в останках обратно в аммоний (NH 4 + ), процесс, известный как минерализация или аммонификация. Некоторые из задействованных ферментов включают Gln-синтетазу и Glu-дегидрогеназу.
НИТРИФИКАЦИЯ
Превращение аммония в нитраты осуществляется почвенными бактериями и другими нитрифицирующими бактериями. Бактерии, такие как виды Nitrosomonas, выполняют первичную стадию нитрификации, окисление аммония. Это превращает аммиак в нитриты. Другие виды бактерий, такие как Nitrobacter, осуществляют окисление нитритов (NO 2 ) в нитраты (NO - 3 ).
ДЕНИТРИФИКАЦИЯ
Денитрификация относится к восстановлению нитратов обратно в газообразный азот. На этом круговорот азота завершается. Этот процесс осуществляется такими видами бактерий, как Paracoccus и Pseudomonas, в анаэробных условиях.
ДРУГИЕ ПРОЦЕССЫ
Несмотря на то, что фиксация азота является основным источником доступного для растений азота в большинстве экосистем, в районах с богатой азотом коренной породой разрушение этой породы также служит источником азота.
