Азот является незаменимым элементом для синтеза белков и нуклеиновых кислот. Без достаточного поступления азота растения быстро погибают. Многие почвы испытывают дефицит азота. При недостатке азота в среде обитания тормозится рост растений, ослабляется образование боковых побегов и кущение у злаков, наблюдается мелколистность.
Общие запасы азота в пахотном слое зависят от типа почв. Они составляют (в т/га): в дерново-подзолистых – 1, 5– 6, в черноземных – 6– 15, в торфяных – 16– 20, в песчаных и супесчаных – 0, 9– 2. . В 1 т гумуса содержится от 30 до 60 кг азота.
Для компенсирования недостатка азота - в почву вносят азотные удобрения. Азот поглощается растениями в виде двух форм аммонийной (NH 4+) Натуральными источниками аммонийного азота являются компост и навоз, т. е. ионы аммония образуются при разложении органических соединений. нитратной (NO 3–) Нитраты являются конечной формой разложения органических веществ. Большая часть газообразного азота недоступна для растений, газ в основном уходит в атмосферу.
Однако небольшая его часть возвращается обратно в почву по двум путям: 1) Во время гроз под действием атмосферного электричества азот переводится в нитраты и другие соединения, которые попадают в почву вместе с осадками. 2) Благодаря действию группы бактерий, связывающих газообразный азот в более сложные органические вещества в почве.
Одним из основных продуктов разложения является газ аммиак - NH 3. Этот газ чрезвычайно хорошо растворим в воде, с которой реагирует с образованием иона аммония (NH 4+). Растения поглощают аммоний, и используют содержащийся в нем азот для синтеза питательных веществ. Этот процесс составляет короткий круг цикла азота. Две группы нитрифицирующих бактерий переводят аммиак в другие формы, а именно – одна группа бактерий превращает его в нитрит-ионы (NO 2 -), а другая превращает нитрит-ионы в нитрат-ионы (NO 3 -).
Нитрификация Азот в форме аммиака и соединений аммония, получающийся в процессах биогенной азотфиксации, быстро окисляется до нитратов и нитритов. Этот процесс носит название нитрификации: NН 3 или NH 4+ до NO 3–. Микробиолог С. Н. Виноградский открыл бактерии нитрификации и определил две фазы этого процесса. Он осуществляется нитрифицирующими бактериями. Однако нет такой бактерии, которая бы прямо превращала аммиак в нитрат.
В его окислении всегда участвуют две группы бактерий: одни окисляют аммиак, образуя нитрит, а другие окисляют нитрит в нитрат. Наиболее известные виды нитрифицирующих бактерий - это Nitrosomonas и Nitrobacter. Nitrosomonas окисляет аммиак: NH 3 + 1½ O 2 = (NO 2 -) + 2 H+ + H 2 O Nitrobacter окисляют нитрит: (NO 2 -) + ½ O 2 = NO 3 - Ионы NH 4+ не слишком подвижны, хорошо адсорбируются анионами, трудно вымываются осадками, и поэтому в почвенном растворе их концентрация значительно выше, чем NO 3–. В почвах, богатых глинистыми минералами, содержание азота в форме NH 4+ может достигать 2– 3 т/га.
Анионы NO 3–, напротив, подвижны, плохо фиксируются в почве, легко вымываются почвенными водами в более глубокие слои и водоемы. Количество азота NO 3– в почвенном растворе сильно варьируется в зависимости от скорости поглощения нитратов растениями, интенсивности микробиологических процессов и вымывания. Бактерии, окисляющие аммиак, поставляют субстрат для бактерий, окисляющих нитрит. Поскольку высокие концентрации аммиака оказывают на Nitrobacter токсическое действие, Nitrosomonas, используя аммиак и образуя кислоту, тем самым улучшает и условия существования для Nitrobacter.
Нитрификаторы - грамотрицательные бактерии Им не нужны восстановленные соединения углерода для нормального роста и размножения, они способны восстанавливать CO 2 до органических соединений, используя для этого энергию окисления минеральных соединений азота - аммиака и нитритов. Хемосинтез - путь усвоения живыми существами неорганического углерода, альтернативный фотосинтезу. Растения используют нитраты для образования разных органических веществ. Животные потребляют с пищей растительные белки, аминокислоты и азотсодержащие вещества.
Все живые организмы поставляют азот в окружающую среду. С одной стороны, все они выделяют в ходе жизнедеятельности продукты азотистого обмена: аммиак, мочевину и мочевую кислоту. Последние два соединения разлагаются в почве с образованием аммиака (который при растворении в воде дает ионы аммония).
Аммонификация Разложение органических веществ почвы до аммиака, называемое аммонификацией, происходит при помощи разных групп аэробных и анаэробных микроорганизмов Для того чтобы сделать доступными для питания растений основные запасы азота в гумусе, необходимо разложить органическое вещество почвы. Этот процесс невозможен без участия различных микроорганизмов
АММОНИФИКАЦИЯ осуществляется гетеротрофными микроорганизмами (питаются готовыми органическими веществами) и схематически может быть представлен следующим образом: органический азот почв ® RNН 2 + СО 2 + побочные продукты, RNН 2 + Н 2 О = NH 3 + RОН, NН 3 + Н 2 О = NH 4+ + ОH–.
Денитрификация Продукты нитрификации — NO 3 - и (NO 2 -) в дальнейшем подвергаются денитрификации. Этот процесс целиком происходят благодаря деятельности денитрифицирующих бактерий, которые обладают способностью восстанавливать нитрат через нитрит до газообразной закиси азота (N 2 O) и азота (N 2). Эти газы свободно переходят в атмосферу. 10 [ H ] + 2 H+ +2 NO 3 - = N 2 + 6 H 2 O В отсутствии кислорода нитрат служит конечным акцептором водорода. Способность получать энергию путем использования нитрата как конечного акцептора водорода с образованием молекулы азота широко распространена у бактерий.
Факторы, влияющие на круговорот азота в антропогенных биоценозах В отсутствие деятельности человека процессы связывания азота и нитрификации практически полностью уравновешены противоположными реакциями денитрификации. Часть азота поступает в атмосферу из мантии с извержениями вулканов, часть прочно фиксируется в почвах и глинистых минералах, кроме того, постоянно идёт утечка азота из верхних слоёв атмосферы в межпланетное пространство. Но в настоящее время на круговорот азота влияют много факторов, вызванных человеком. Вопервых, это кислотные дожди — явление, при котором наблюдается понижение p. H дождевых осадков и снега из-за загрязнений воздуха кислотными оксидами (например, оксидами азота). Вторая группа антропогенных факторов, влияющих на азотистый обмен почв, — это технологические выбросы.
Оксиды азота - одни из самых распространенных загрязнителей воздуха. А неуклонный рост производства аммиака, серной и азотной кислоты напрямую связан с увеличением объёма отходящих газов, а следовательно, с увеличением количества выбрасываемых в атмосферу оксидов азота. Третья группа факторов — переудобрение почв нитритами, нитратами (селитрой) и органическими удобрениями. И наконец, на азотистый обмен почв отрицательно влияет повышенный уровень биологического загрязнения. Возможные его причины: сброс сточных вод, несоблюдение санитарных норм (выгул собак, неконтролируемые свалки органических отходов, плохое функционирование канализационных систем и др. ). Как следствие почва загрязняется аммиаком, солями аммония, мочевиной, индолом, меркаптанами и другими продуктами разложения органики. В почве образуется дополнительное количество аммиака, который затем перерабатывается бактериями в нитраты.
Роль азота в жизни растений Ø Основной питательный элемент Ø Входит в состав важнейших органических веществ Ø Влияет на процессы Ø развития растений И самое главное: Ø Влияет на количество и качество урожая
Потери азота из почвы и растений Удобрения (+ вода для орошения) Источники природных поступлений азота (осадки, биологическая фиксация, адсорбция NH 4 и др. ) Система почва - растение Выщелачивание Денитрификация Вынос урожаем Физические потери (эрозия, сток и т. д. )
Способы снижения потерь азотных удобрений • 1. Применение оптимальных доз и форм; • 2. Приближение сроков внесения удобрений; • 3. Внедрение новых форм азотных удобрений; • 4. Использование ингибиторов нитрификации
Меры, способствующие повышению эффективности азотных удобрений 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Строгое соблюдение агрономической технологии использования азотных удобрений с учетом доз, форм, сроков и способов их внесения. Правильное соотношение азота с другими питательными макро- и микроэлементами в зависимости от плодородия почвы и биологических требований культуры. Совершенствование методов оптимизации азотного питания сельскохозяйственных культур в процессе всей вегетации растения. Использование ингибиторов нитрификации. Совершенствование форм азотных удобрений в плане пролонгированного их действия. На кислых почвах, особенно дерново-подзолистого типа, систематическое применение азотных удобрений требует проведения периодического известкования в севообороте. Применение комплекса агротехнических приемов, направленных на регулирование процессов мобилизации и иммобилизации азота в почве и процесс гумификации.
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!!!
Скачать презентацию Азот является незаменимым элементом для синтеза белков и
ЛЕКЦ 8 азот,формы.ppt