Круговорот азота в природе

Азот является одним из элементов, поведение которого в условиях земного шара тесно связано с биологическими процессами. Главная часть запасов азота Земли сосредоточена в атмосфере. Сотни миллионов тонн азота находятся в биомассе растений и животных. Довольно велико содержание азота в каменном угле и других горючих ископаемых, в почвенном перегное и в природных водных бассейнах.

При гниении отмерших частей растений и других органических остатков часть азота биоорганических соединений в результате гидролитических процессов при участии микроорганизмов превращается в аммиак, который нитрофицирующими бактериями превращается в ионы азотной кислоты. Катионами в почвенных нитратах могут быть К⁺, Na⁺, NHJ, Са²⁺ и другие широко распространенные катионы. Некоторая часть биологического азота при гниении различных остатков превращается в диазот и выделяется в атмосферу. Таким образом, почва непрерывно теряет доступный для растений азот, возвращая его в атмосферу.

Рис. 20.4. Клубеньки с азотфиксирующими бактериями на корнях бобового растения.

Непрерывная убыль азотных соединений в почве давно должна была бы привести к катастрофическому дефициту азота, доступного для живых организмов. Однако в природе есть механизмы превращения атмосферного азота в химические соединения. К числу таких процессов относятся происходящие в атмосфере грозовые разряды, при которых образуется некоторое количество оксидов азота. При последующем участии кислорода и воды оксиды превращаются в азотную кислоту. Она растворяется в атмосферной воде и с ней переходит в почву. Здесь азотная кислота реагирует с карбонатами и образует нитраты.

За счет этого восполняется содержание нитратов в почве.

Другим источником повышения содержания азота в почве является жизнедеятельность нитробактерий, усваивающих непосредственно атмосферный азот. Эти бактерии содержат фермент нитрогеназу, катализирующий восстановление азота. Нитрогеназа подробно изучена, и установлено, что в этом ферменте имеются атомы молибдена, играющие ключевую роль в восстановлении азота. Нитробактерии обнаружены в клубеньках на корнях растений из семейства бобовых (рис. 20.4). Нитрифицирующие бактерии имеются также на корнях ольхи. Соединения азота, синтезированные бактериями, используются и самими растениями. За 1 год на 1 га земли нитробактериями может быть накоплено до 48 кг азота в составе органических соединений.

Встречными процессами выведения азота из почвы в атмосферу и обратного перевода его в почву в виде соединений обусловлен круговорот азота, схема которого показана на рис. 20.5.

Рис. 205. Круговорот азота в природе.

При сельскохозяйственной деятельности человека происходит дополнительное обеднение почвы по содержанию азота и некоторых других элементов. Этот процесс постоянно нарастает из-за быстрого увеличения численности населения. Земля должна производить все большие массы продуктов питания. Человек вынужден был разработать третий путь пополнения содержания азота в почве. Он состоит во внесении в почву минеральных азотных удобрений. Лзот для этих удобрений происходит от аммиака, производство которого достигло огромных масштабов. Среди веществ, производимых для применения в качестве азотных удобрений, можно назвать нитрат аммония, сульфат аммония, нитрат натрия, нитрат кальция. Мировое производство азотных удобрений в пересчете на содержание азота достигает 100 млн т в год.