Oplysninger

Kvælstofcyklus

Kvælstofcyklus



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Planter kræver et antal andre elementer end dem, de får direkte fra atmosfæren (kulstof og ilt i form af kuldioxid) og fra grundvand (brint og ilt).

Alle undtagen et af disse elementer kommer fra opløsning af klipper og fanges af planter fra jorden. Undtagelsen er nitrogen, der repræsenterer 78% af jordens atmosfære.

den jordoverflader klipper De er også den primære nitrogenkilde, der penetrerer jorden, indirekte gennem atmosfæren, og gennem jorden, trænger gennem de planter, der vokser på den.

De fleste levende ting kan ikke bruge atmosfærisk nitrogen til at syntetisere proteiner og andre organiske stoffer. I modsætning til kulstof og ilt er nitrogen meget kemisk ureaktiv og kun sikkert bakterier og blå alger De har den højt specialiserede evne til at assimilere nitrogen fra atmosfæren og omdanne det til en form, der kan bruges af celler. Brugbar kvælstofmangel er ofte den vigtigste begrænsende faktor for plantevækst.

Den proces, hvormed nitrogen cirkulerer gennem planter og jord gennem virkningen af ​​levende organismer, er kendt som nitrogencyklus.

Ammonifikation

Meget af nitrogenet findes i jord kommer fra døde organiske materialer, der findes i form af komplekse organiske forbindelser såsom proteiner, aminosyrer, nukleinsyrer og nukleotider. Imidlertid nedbrydes disse nitrogenholdige forbindelser generelt hurtigt til enklere stoffer af jordlevende organismer.

den saprofytiske bakterier og forskellige svampearter er primært ansvarlige for nedbrydning af døde organiske materialer. Disse mikroorganismer bruger proteiner og aminosyrer som kilde til deres egne proteiner og frigiver overskydende nitrogen i form af ammonium (NH4+). Denne proces kaldes ammonifikation. Kvælstof kan leveres som ammoniakgas (NH3), men denne proces forekommer normalt kun, når der nedbrydes store mængder nitrogenrige materialer, såsom i en stor del af gødning eller gødning. Generelt opløses ammoniak produceret ammoniak i jordvand, hvor det kombineres med protoner til dannelse af ammoniumion.

Nitrifikation

Flere arter af bakterier, der ofte findes i jord, er i stand til at oxidere ammoniak eller ammonium. Ammoniakoxidation, kendt som nitrifikationer en proces, der producerer energi, og den frigjorte energi bruges af disse bakterier til at reducere kuldioxid, ligesom autotrofiske planter bruger let energi til at reducere kuldioxid. Sådanne organismer er kendt som kemosyntetiske autotrofiske midler (adskiller sig fra fotosyntetiske autotrofer som planter og alger). den nitriferende bakterier chemosynthetic Nitrosomonas og Nitrosococcus oxiderer ammoniak til nitrit (NO2-):

2 NH 3 + 302 --------> 2 NO2- + 2 H+ + 2 H2den

(ammoniakgas) (nitrit)

Nitrit er giftigt for højere planter, men akkumuleres sjældent i jorden. nitrobacter, en anden slægt af bakterier oxiderer nitrit til dannelse af nitrat (NO3-), igen med energiudgivelse:

2 NR2- + O2 ---------> 2 NO3-

(nitrit) (nitrat)

Nitrat er den form, hvor næsten alt kvælstof bevæger sig fra jorden ind i rødderne.

Få plantearter er i stand til at bruge animalsk protein som en kilde til nitrogen. Disse arter, der omfatter kødædende planter, har specielle tilpasninger, der bruges til at tiltrække og fange små dyr. De fordøjer ved at absorbere nitrogenholdige forbindelser og andre organiske og mineralforbindelser såsom kalium og fosfat. De fleste kødædende planter findes i sumpe, som generelt er stærkt sure og derfor ugunstige for væksten af ​​nitrifiserende bakterier.

Kvælstoftab

Som vi har observeret, vender nitrogenforbindelserne i klorofyllatplanter tilbage til jorden efter deres død (eller dyrene, der fodres med dem), der oparbejdes af jordorganismer og mikroorganismer, absorberes af rødderne i form af nitrat opløst i jordvandet. omdannet til organiske forbindelser. Under denne cyklus er der altid et "tab" af en bestemt mængde nitrogen, hvilket gør det ubrugeligt for planten.

En af hovedårsagerne til dette kvælstoftab er planter til fjernelse af jord. Dyrkede jordarter udviser ofte en konstant nedgang i nitrogenindhold. Kvælstof kan også gå tabt, når jordbunden halshugges af erosion eller når dens overflade ødelægges af brand. Kvælstof fjernes også af udvaskning; nitrater og nitriter, der er anioner, er især modtagelige for vandudvaskning gennem jorden. I nogle jordbunder nedbryder denitrifierende bakterier nitrater og frigiver nitrogen i luften. Denne proces, der forsyner bakterierne med det ilt, der er nødvendigt til respiration, er dyrt med hensyn til energibehov (dvs.2 kan reduceres hurtigere end NEJ3-) og forekommer i vidt omfang kun i iltmangel jord, dvs. i jord, der er dårligt drænet og derfor dårligt ventileret.

Undertiden er en høj andel nitrogen i jorden ikke tilgængelig for planter. Denne immobilisering sker, når der er overskydende kulstof. Når kulstofrige, men kvælstoffattige organiske stoffer, er halm et godt eksempel, hvis de er i overflod i jorden, har mikroorganismerne, der angriber disse stoffer, brug for mere kvælstof end de indeholder for fuldt ud at udnytte det tilstedeværende kulstof. Som et resultat vil de ikke kun bruge det nitrogen, der findes i halmen eller lignende materiale, men også alle tilgængelige kvælstofsalte i jorden. Følgelig har denne ubalance en tendens til at normalisere sig, når kulstof tilføres som kuldioxid ved mikrobiel respiration, og når forholdet mellem nitrogen og kulstof i jorden øges.

Fortsætter efter reklame

Kvælstoffiksering

Som vi kan se, hvis alt nitrogen, der fjernes fra jorden ikke konstant blev genopfyldt, ville praktisk talt livgivende på denne planet endelig forsvinde. Kvælstof genopfyldes i jorden af kvælstoffiksering. Kvælstoffiksering er den proces, hvormed nitrogengas i luften inkorporeres i nitrogenholdige organiske forbindelser og således introduceres i nitrogencyklus. Fiksering af denne gas, som i vidt omfang kan udføres med kun få bakterier og blå alger, er en proces, som alle levende organismer i dag er afhængige af, ligesom de alle i sidste ende er afhængige af fotosyntesen for at få energi.

Ét til to hundrede millioner ton nitrogen tilsættes til jordoverfladen hvert år af biologiske systemer. Mennesket producerer 28 millioner ton, hvoraf de fleste bruges som gødning; Imidlertid udføres denne proces med høje energiomkostninger med hensyn til fossile brændstoffer. Den samlede mængde energi, der kræves til ammoniumgødningsproduktion, estimeres i øjeblikket til at svare til 2 millioner tønder olie om dagen. Faktisk skønnes det, at omkostningerne ved kvælstofgødning når det punkt, at overskuddet mindskes. Traditionelle afgrøder i områder som Indien opnår ikke markant øget udbytte ved hjælp af kvælstofgødning, men har lave kvælstofbehov, men erstattes nu af ”mirakelkorn” og andre afgrøder, der ikke længere producerer med kvælstofgødning. - netop på et tidspunkt, hvor en sådan behandling bliver uforholdsmæssigt dyr.

Blandt de forskellige klasser af nitrogenfikserende organismer er symbiotiske bakterier langt den vigtigste med hensyn til de samlede mængder af kvælstof, der er fast. De mest almindelige nitrogenfikserende bakterier er Rhizobium, som er en type bakterier, der invaderer rødderne af bælgplanter (angiospermer af familien Fabaceae eller Leguminosae) såsom kløver, ærter, bønner, vinker og lucerne.

Bøndernes gunstige virkninger på jorden er så indlysende, at de blev anerkendt for hundreder af år siden. Theophrastus, der levede i det tredje århundrede f.Kr., skrev, at grækerne brugte bønne afgrøder til at berige jorden. Når bælgplanter vokser, kan en vis mængde "ekstra" nitrogen frigives i jorden, hvor det bliver tilgængeligt for andre planter. I det moderne landbrug er det almindelig praksis at skifte en ikke-bælgplanteafgrøder, såsom majs, med en bælgplante såsom lucerne. Bælgplanter høstes derefter til hø og efterlader de kvælstofrige rødder, eller endnu bedre, pløjet tilbage i marken. En god afgrøde af lucerne, der er flyttet til jorden, kan give 450 kg nitrogen pr. Ha. Anvendelse af sporelementerne kobolt og molybdæn, som kræves af symbiotiske bakterier, øger nitrogenproduktionen meget, hvis disse elementer er til stede i begrænsede mængder, som i store dele af Australien.

Fritlevende nitrogenfikserende mikroorganismer

Ikke-symbiotiske bakterier af slægter Azotobacter og Clostridium er i stand til at fikse nitrogen. Azotobacter er aerob, hvorimod Clostridium er anaerob; Begge er almindelige saprofytiske bakterier, der findes i jorden. De anslås sandsynligvis at levere omkring 7 kg nitrogen pr. Ha jord pr. År. En anden vigtig gruppe inkluderer mange fotosyntetiske bakterier. Fritlevende blåalger spiller også en vigtig rolle i nitrogenfiksering. De er afgørende for risdyrkning, som er den vigtigste diæt for mere end halvdelen af ​​verdens befolkning. Blåalger kan også spille en vigtig økologisk rolle i nitrogenfiksering i verdenshavene.

Forskellen mellem nitrogenfiksering af fritlevende og symbiotiske organismer er muligvis ikke så streng som traditionelt tænkt. Nogle mikrober forekommer regelmæssigt i jorden omkring rødderne af visse kulhydrathedbrydende planter ved at konsumere disse forbindelser og samtidig indirekte give nitrogen til planterne. Symbiotiske forbindelser mellem normalt frit-levende bakterier såsom Azotobacterog højere planteceller i vævskulturer inducerede deres vækst i et nitrogenberøvet kunstigt medium.

Næste indhold: Vejrudsigt