Фиксация атмосферного азота

Огромные запасы газообразного азота совершенно недоступны для высших растений и животных. Вовлечение его в биогенный круговорот совершается двумя путями. В первом случае азот превращается в двуокись азота NO₂ под влиянием электрических разрядов, происходящих во время гроз, или в результате фотохимического окисления. Двуокись азота растворяется в воде, в почве и окисляется дальше. Этим путем за год 1 м² поверхности получает 30 мг NO₃.

Второй путь вовлечения азота в круговорот осуществляется азотфиксирующими микроорганизмами. Эти микробы разделяются на две группы: 1) клубеньковые бактерии, фиксирующие азот в симбиозе с бобовыми растениями, и 2) свободноживущие бактерии. Еще в глубокой древности было замечено, что большинство растений с течением времени истощает почву, бобовые же растения, наоборот, повышают плодородие почвы.

Итак, круговорот (рисунок). Растения усваивают азот в виде ионов аммония NH4+ или в виде нитрат-ионов из почвы или из дождевых вод. Животные получают азот из пищи в виде го­товых органических соединений. Важнейшую роль играют организмы, фиксирую­щие атмосферный азот: бактерии-азотфиксаторы (Rhizobium, Clostridium, Azoto-bacter) и сине-зеленые водоросли (Anabaena, Nostoc). Это основной путь поступления азота в биосферу (до 200 кг N2 / га).

Второй по значению путь поступления азота в биосферу - грозовые разряды, в ходе которых азот окисляется и с осадками поступает в почву (4-10 кг N2/ra). Вулканические газы тоже являются источниками азотистых соединений особенно важен этот источник для океана. Вы удивитесь, но вспышки молний происходят гораздо чаще, чем вы думаете, — порядка ста молний каждую секунду. Пока вы читали этот абзац, во всем мире сверкнуло примерно 500 молний. Электрический разряд нагревает атмосферу вокруг себя, азот соединяется с кислородом (происходит реакция горения) с образованием различных оксидов азота. И хотя это довольно зрелищная форма связывания, она охватывает только 10 миллионов тонн азота в год.

Возвращение азота в круговорот живые растения осуществляют с опадом, животные - с выделением продуктов обмена (мочевина и др.). Эти вещества и тела отмерших организмов включаются в процессы аммонификации.

Затем ион аммония нитрифи­кацией окисляется сначала до нитрит-иона (бактериями Nitro-somonas), а затем - до нитрат-иона (Nitrobacter).

Около 10 % аммонифицированного и нитрифицированного азота усваивается растениями, остальное участвует в процессе денитрификации (Pseudomonas denitri-ficans, Thiobacillus denitrificans, Micrococcus) - восстановлении нитрит (N0₂-)- и нитрат-ионов (N0₃-) до молекулярного азота или оксида азота (I). Денитрификаторы используют кислород нитратов и нитритов для окисления органических веществ, получая энер­гию для своей жизнедеятельности. В ходе денитрификации в атмосферу выделяет­ся до 50-60 кг N2/ra.

Промышленная фиксация азота и производство азотных удобрений зачастую превышают объемы природной азотфиксации, в результате чрезмерного примене­ния азотных удобрений и выбросов в атмосферу оксидов азота баланс азота нару­шается, что приводит к загрязнению почв и продукции нитратами, эвтрофикации водоемов.