Тема. Кругообіг азоту
Азот, який є уособленням білкового життя у біосфері, в основному зосереджений в атмосфері, де його частина становить близько 78%. Тобто на 1 га поверхні Землі припадає товща повітря з приблизно 80 тис. т азоту. Проте в такому вигляді він недоступний рослинам. У кругообігу сполук азоту надзвичайно велике значення відводиться мікроорганізмам і азотофіксаторам, нітрофіксаторам і денітрофіксаторам. Тільки завдяки їм елементарний азот з повітря надходить до ґрунту (рис. 1).
Рис. 1. Кругообіг азоту.
Найбільшу роль, як зазначалося, у цих процесах відіграють бульбашкові бактерії, які тісно співпрацюють з бобовими рослинами. При високому урожаї цих рослин можна збагатити ґрунт близько 400 кг азоту на 1 га. Якщо навіть урожай цих рослин буде вивезений із поля, значна частина азоту залишиться з корінням у ґрунті.
Кількість азоту, зв'язаного біологічним кругообігом, є неоднаковою в різних екосистемах. Наприклад, на орних землях -- 7-28 кг/га за рік, на сінокосах з участю злакових трав і бобових -- 73-865, а в лісах -- 58-594 кг/га за рік. Подібним чином деякі лишайники фіксують аз;-за допомогою симбіотичних синьо-зелених водоростей.
Відомо, що Ю. Лібіх (1843) сформулював твердження, згідно з яким рослини можуть повністю забезпечувати свої потреби азотом, що надходить у землю разом із атмосферними опадами (27 кг/га). Однак уже через декілька років В.І. Лавес та І.Г. Гільберт, вивчивши баланс азоту в плодоношенні, довели, що додаткове внесення азоту до ґрунту є необхідне, що визнав і сам Ю. Лібіх [1, 53].
Поява в атмосфері окислів азоту пов'язана із грозовими електричними розрядами. Окисли азоту утворюють з водою азотну і азотисті кислоти:
Ці кислоти разом із атмосферними опадами потрапляють у ґрунт. Кількість азоту, яку він одержує, є дуже різною і залежить передусім від кліматичних умов, зокрема, кількості і частоти опадів, пори року, температури тощо. У помірному кліматі ця кількість становить декілька кілограмів на рік, а в тропічному, де спостерігаються часті бурі, його значно більше, але в середньому не більше 10 кг.
В атмосферу азот в певних кількостях потрапляє з ґрунту. Це відбувається з участю мікроорганізмів під час мінералізації органічної матерії, коли в процесі амоніфікаці виділяється аміак. Біологічна фіксація молекулярного азоту мікроорганізмами, як тими, що вільно пересуваються, так і симбіонтами (бульбашковими), відбувається в автотрофному і гетеротрофному блоках біогеоценозів. Для кругообігу азоту необхідним є молібден, який в окремих випадках виступає як лімітуючий фактор. Незважаючи на величезні запаси цього елемента в атмосфері й осадовій оболонці літосфери, у кругообігу бере участь лише фіксований мікроорганізмами азот.
До цієї категорії азоту обмінного фонду входять: а) азот річної продукції біомаси; б) азот біологічної фіксації бактеріями й іншими організмами; в) ювенільний (вулканічний) азот; г) атмосферний (фіксований у момент грозового розряду); д) техногенний.
У великий кругообіг весь час надходить частина азоту у вигляді різних сполук, які ріки виносять у моря. Вміст сполук азоту найбільший у районах, де в океан впадають великі ріки, найменший -- в центральних частинах океанів. Азотомісткі сполуки використовуються водоростями для синтезу органічних речовин і надходять у кругообіг океану, частина поступово осідає на дно. Отже, винесення азоту з суші не збільшує його концентрації у морській воді.
Межа азоту, зв'язаного в біомасі суші, становить 14020 млн т, а в зольних елементах -- 34062 млн т азоту і 2762 млн т зольних елементів. У біомасі Світового океану цих елементів в 1000 разів менше. Однак завдяки багаторазовому відтворенню організмів планктону через них протягом року проходить азоту і зольних елементів більше, ніж на суші: азоту -- 2762 млн т, зольних елементів -- 12274 млн т.
Якщо розглядати кругообіг азоту в масштабах біосфери, то завдяки саморегулюючим механізмам і зворотному зв'язку він вважається досить досконалим (рис. 2). Частина азоту, який "виробляється" в густозаселених районах, у прісних водах і мілководних морях, виноситься у глибоководні океанічні відклади і залишається там, виключаючись на мільйони років із кругообігу. Ці втрати компенсуються надходженням азоту в повітря з вулканічними газами.
Рис. 2. Глобальний кругообіг азоту. Цифри відповідають 10 г азоту за рік. Представлені тільки чисті потоки азоту.
Сьогодні спостерігаємо тенденцію до зменшення біогенної фіксації азоту в його загальному кругообігу на планеті внаслідок знищення лісів, заміни бобових злаками, руйнування багатих на мікрофлору гумусових обріїв ґрунтів,зменшення площі природних територій через будівництво населених пунктів, прокладання доріг тощо. Ще важливішим чинником, що спричиняє порушення балансу, рівня концентрацій і форм сполук азоту в атмосфері, і особливо в гідросфері та ґрунтах, є промислові забруднення. Виділення оксидів азоту і аміаку під час спалювання вугілля, нафти, мазуту, бензину, торфу, сланців тощо сягає десятків мільйонів тонн і призводить до утворення розведеної азотної кислоти і частково амонієвих солей, що потрапляють із опадами на сушу і поверхню океану. Імовірно, що ці викиди сполук азоту можуть спричинити небезпечне забруднення навколишнього середовища нітратами і аміаком. Сьогодні у багатьох частинах планети можна спостерігати випадіння підкислених атмосферних вод і поступове збільшення їх кислотності. Підкислення середовища посилює вивітрювання мінералів, спричиняє вимивання із ґрунту кальцію, магнію та інших елементів живлення, що в результаті знижує врожайність сільськогосподарських культур.
