Меню
Головна
 
Главная arrow Экология arrow ТВЕРДЫЕ ОТХОДЫ: ТЕХНОЛОГИИ УТИЛИЗАЦИИ, МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ, МОНИТОРИНГ
Посмотреть оригинал

Биогеохимический цикл азота

Круговорот азота, так же как и углерода, происходит в атмосфере, литосфере и гидросфере. Основная масса его в формах N2 (75,6%) и оксидов NvO,y сосредоточена в атмосфере, часть растворена в воде Мирового океана. В ионной форме NH^, N02, N03 азот присутствует в органическом и неорганическом веществе.

Вследствие своей химической стабильности молекулярный азот выполняет функцию инертного «растворителя» для других газов и вступает в химические реакции только в жестких условиях (высокие температуры, электрический разряд, УФ-излучение). Запасы атмосферного азота непрерывно пополняются в результате циклических процессов массообмена, связывающих атмосферу с поверхностным почвенным слоем и океаном. В водных и почвенных экосистемах соединения азота подвергаются химической и биологической трансформации, что может приводить либо к его накоплению, либо к его потерям.

Глобальный цикл азота весьма сложен и взаимосвязан с несколькими круговоротами (рис. 2.6). Как было сказано выше, один из круговоротов обусловлен фотохимическими реакциями в тропосфере и связан с образованием газообразных соединений азота: аммиака NH3 и оксидов N20, NO, N02. Пары воды в результате фотохимических реакций и образования свободных радикалов соединяются с газообразными оксидами NO и N02, образуя азотистую и азотную кислоты, а в дальнейшем их соли — нитриты и нитраты.

Аммиак, являющийся в основном продуктом биохимических процессов, попадая в атмосферу, реагирует с оксидами серы и образует растворимый гидросульфат аммония NH4HS04, легко вымывающийся атмосферными осадками. На поверхность земли с выпадающими осадками поступает до 10—40 млн т связанного азота в год, 70% этого количества — биогенного происхождения. Связанный азот также вступает в круговорот в результате процессов эрозии и метаморфизма горных пород.

Основной путь вовлечения азота в естественный круговорот — биологический. Биологические процессы превращения, протекающие с вовлечением неорганического азота в процессы метаболизма, включают: азотфик- сацию, ассимиляцию, аммонификацию, нитрификацию, денитрификацию. Биологический круговорот азота представляет собой практически замкнутый цикл, протекающий в твердой и жидкой средах и практически не оказывающий прямого влияния на химический состав атмосферы. Особенность биологического цикла азота — двухстадийность окислительно-восстановительны х процессов: 1) окисление аммонийных катионов до нитрит- или нитрат-ионов; 2) восстановление до молекулярной формы N2 (рис. 2.7).

Глобальный цикл азота

Рис. 2.6. Глобальный цикл азота

(но Д. А. Шабанову, М. А. Кравченко, 2009)

Азотфиксация: N2 —> nh^ (NH3T). Многие бактерии, в том числе клубеньковые (симбионты бобовых растений), могут фиксировать атмосферный азот, восстанавливая его до аммонийной формы. Данный процесс имеет планетарное значение и по масштабам сопоставим с фотосинтезом. Из воздуха почвенными бактериями фиксируется от 40 • 106 до 200 • 106 т азота в год или 100—300 кг азота в год на 1 га почвы[1].

Ассимиляция: NH3 —» аминокислоты. В процессе ассимиляции растения и аминогетеротрофные микроорганизмы потребляют азот, обеспечивая биосинтез аминокислот и растительных белков. В организме животных растительные белки трансформируются в животные.

Биохимический круговорот азога

Рис. 2.7. Биохимический круговорот азога

(по А. Е. Кузнецову, Н. Б. Градовой, 2006)

Аммонификация (гниение): белок —> NH3T. В результате ферментативного гидролиза органическое вещество в форме белков и аминокислот разлагается под действием аммонифицирующих (гнилостных) микроорганизмов в конечном счете до аммиака и сероводорода, а на промежуточной стадии — до первичных или вторичных аминов (путресцин, кадаверин). Эти соединения обладают сильным неприятным запахом и токсичны для человека.

Нитрификация: NH3 (NH4 ) —> N02, N03. Основную форму азотного питания растений составляют нитраты, которые образуются под действием нитрифицирующих хемосинтезирующих бактерий в аэробных условиях в почве. Процесс окисления протекает последовательно в две стадии: окисление до нитрит-ионов, а затем — до нитрат-ионов, поэтому недостаток кислорода останавливает процесс.

Денитрификация: N03 —> N2. Анаэробный процесс восстановления нитратных и нитритных форм до молекулярного азота, а иногда — до закиси N20 или окиси азота NO, является завершающим этапом круговорота азота. Процесс денитрификации активно протекает в средах, обедненных кислородом, — влажных или затопленных, плохо аэрируемых почвах, в эвтрофных водоемах; с одной стороны, он приводит к обеднению почв азотом, с другой — препятствует накоплению в атмосфере токсичных оксидов азота.

В глобальном круговороте азота объем продукции процессов денитрификации несколько превышает объем продукции процессов азотфиксации в связи со значительным поступлением в окружающую среду соединений азота техногенного происхождения: в виде газообразных продуктов сгорания топлива, в виде солей с бытовыми и промышленными стоками.

Перечисленные биохимические процессы используются в системах биологической очистки сточных вод для удаления азота из стоков: в результате денитрификации в сочетании с нитрификацией соединения азота удаляются достаточно полно.

В системах биоремедиации природных сред также необходимо учитывать особенности цикла азота. В частности, при использовании биопрепаратов для очистки экосистем от таких соединений, как нефтепродукты и фенолы, требуется растворимый минеральный азот для эффективной работы микроорганизмов-деструкторов[2].

  • [1] Шабанов Д. А., Кравченко М. А. Материалы для изучения курса общей экологии с основами средоведеиия и экологии человека : учеб, пособие. Харьков : XI1У им. В. Н. Каразина,2009.
  • [2] Кузнецов Л. Е., Градова Н. Б. Указ. соч.
 
Посмотреть оригинал
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы