Information

Kvävecykel


Växter kräver ett antal andra element än de som de får direkt från atmosfären (kol och syre i form av koldioxid) och från grundvatten (väte och syre).

Alla utom ett av dessa element kommer från sönderdelning av stenar och fångas av växter från marken. Undantaget är kväve, vilket representerar 78% av jordens atmosfär.

den jordytor stenar De är också den primära kvävekällan, som penetrerar jorden, indirekt genom atmosfären, och genom jorden, penetrerar växterna som växer på den.

De flesta levande saker kan inte använda atmosfäriskt kväve för att syntetisera proteiner och andra organiska ämnen. Till skillnad från kol och syre är kväve mycket kemiskt oreaktiv och endast säkert bakterier och blå alger De har den högt specialiserade förmågan att assimilera kväve från atmosfären och omvandla det till en form som kan användas av celler. Användbar kvävebrist är ofta den huvudsakliga begränsande faktorn för växttillväxt.

Den process som kväve cirkulerar genom växter och jord genom levande organismer verkar kallas kvävecykeln.

Ammonifiering

Mycket av kväve som finns i jord kommer från döda organiska material, som finns i form av komplexa organiska föreningar som proteiner, aminosyror, nukleinsyror och nukleotider. Emellertid sönderdelas dessa kvävehaltiga föreningar generellt snabbt till enklare ämnen av jordlevande organismer.

den saprofytiska bakterier och olika svamparter är huvudsakligen ansvariga för nedbrytningen av döda organiska material. Dessa mikroorganismer använder proteiner och aminosyror som källa för sina egna proteiner och frigör överskott av kväve i form av ammonium (NH4+). Denna process kallas ammonifiering. Kväve kan tillföras som ammoniakgas (NH3), men denna process sker vanligtvis endast när de sönderdelar stora mängder kväverika material, till exempel i en stor del av gödselmedel eller gödningsmedel. I allmänhet löses ammoniak producerad ammoniak i markvatten, där den kombineras med protoner för att bilda ammoniumjonen.

Nitrifiering

Flera arter av bakterier som vanligen finns i jord kan oxidera ammoniak eller ammonium. Ammoniakoxidation, känd som nitrifieringär en process som producerar energi och den frisatta energin används av dessa bakterier för att minska koldioxid, precis som autotrofiska växter använder lätt energi för att minska koldioxid. Sådana organismer är kända som kemosyntetiska autotrofiska läkemedel (skiljer sig från fotosyntetiska autotrofer som växter och alger). den nitrifierande bakterier chemosynthetic Nitrosomonas och Nitrosococcus oxidera ammoniak till nitrit (NO2-):

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

(ammoniakgas) (nitrit)

Nitrit är giftigt för högre växter, men samlas sällan i jord. Nitrobacter, en annan släkt av bakterier oxiderar nitrit för att bilda nitrat (NO3-), igen med energiutlösning:

2 NO2- + O2 ---------> 2 NO3-

(nitrit) (nitrat)

Nitrat är den form i vilken nästan allt kväve rör sig från jorden till rötterna.

Få växtarter kan använda animaliskt protein som kvävekälla. Dessa arter, som omfattar köttätande växter, har speciella anpassningar som används för att locka till och fånga små djur. De smälter genom att absorbera kvävehaltiga föreningar och andra organiska och mineraliska föreningar som kalium och fosfat. De flesta köttätande växter finns i träsk, som i allmänhet är starkt sura och därför ogynnsamma för tillväxten av nitrifierande bakterier.

Kväveförlust

Som vi har observerat återgår kväveföreningarna i klorofyllatväxter till jorden efter deras död (eller djur som matas av dem), och de bearbetas av jordorganismer och mikroorganismer, absorberas av rötter i form av nitrat upplöst i jordvattnet. konverterade till organiska föreningar. Under denna cykel finns det alltid en "förlust" av en viss mängd kväve, vilket gör det oanvändbart för växten.

En av de främsta orsakerna till denna kväveförlust är markborttagningsväxter. Odlade jordar uppvisar ofta en stadig minskning av kvävehalten. Kväve kan också gå förlorad när överjordsmarken halshuggas av erosion eller när dess yta förstörs av brasa. Kväve tas också bort av urlakning; nitrater och nitriter, som är anjoner, är särskilt mottagliga för vattenutlakning genom jorden. I vissa jordar bryter denitrifierande bakterier ned nitrater och släpper ut kväve i luften. Denna process som förser bakterierna med syre som behövs för andning är kostsamt vad gäller energibehov (dvs.2 kan minskas snabbare än NEJ3-) och förekommer i stor utsträckning endast i syrefattig jord, det vill säga i jordar som är dåligt tömda och därför dåligt ventilerade.

Ibland är en hög andel kväve i marken inte tillgänglig för växter. Denna immobilisering sker när det finns överskott av kol. När kolrika men kvävefattiga organiska ämnen är halm ett bra exempel, om de är i överflöd i jorden, kommer mikroorganismerna som attackerar dessa ämnen att behöva mer kväve än de innehåller för att fullt utnyttja det kol som finns. Som ett resultat kommer de inte bara att använda det kväve som finns i halm eller liknande material, utan också alla tillgängliga kvävesalter i jorden. Följaktligen tenderar denna obalans att normaliseras när kol tillförs som koldioxid genom mikrobiell andning och när förhållandet mellan kväve och kol i jorden ökar.

Fortsätter efter reklam

Kvävefixering

Som vi ser, om allt kväve som avlägsnas från marken inte ständigt skulle fyllas på skulle praktiskt taget livgivande på denna planet slutligen försvinna. Kväve fylls på i jorden av kvävefixering. Kvävefixering är den process genom vilken kvävgas i luften införlivas i kvävehaltiga organiska föreningar och därmed införs i kvävcykeln. Fixering av denna gas, som i betydande grad kan göras av bara några få bakterier och blåalger, är en process som alla levande organismer i dag är beroende av, precis som de i slutändan är beroende av fotosyntes för att få energi.

Ett till två hundra miljoner ton kväve tillsätts jordens yta varje år av biologiska system. Mannen producerar 28 miljoner ton, varav de flesta används som gödselmedel; Men denna process genomförs med höga energikostnader när det gäller fossila bränslen. Den totala mängden energi som krävs för produktion av ammoniumgödningsmedel beräknas för närvarande motsvara 2 miljoner fat olja per dag. Det beräknas faktiskt att kostnaderna för kvävegödsling når den punkten att minska vinsten. Traditionella grödor i områden som Indien uppnår inte avsevärt ökade avkastningar med kvävegödselmedel men har låga kvävebehov, men ersätts nu av "mirakel spannmål" och andra grödor som inte längre producerar med kvävegödsling. - just i en tid då en sådan behandling blir oöverkomligt dyr.

Bland de olika klasserna av kvävefixerande organismer är symbiotiska bakterier den absolut viktigaste med avseende på de totala mängderna kväve som är fixerade. De vanligaste kvävefixerande bakterierna är Rhizobium, som är en typ av bakterier som invaderar rötter från baljväxter (angiosperms of the family) Fabaceae eller Leguminosae) såsom klöver, ärtor, bönor, vetches och lucerna.

Baljväxternas positiva effekter på marken är så uppenbara att de erkändes för hundratals år sedan. Theophrastus, som levde under det tredje århundradet f.Kr., skrev att grekerna använde böngrödor för att berika jorden. Där baljväxter växer kan en viss mängd "extra" kväve släppas ut i jorden, där det blir tillgängligt för andra växter. I det moderna jordbruket är det vanligt att växla en skörd som inte är baljväxter, till exempel majs, med en baljväxter, som t.ex. lucerna. Baljväxter skördas sedan för hö och lämnar de kväverika rötterna, eller ännu bättre, plöjas tillbaka i fältet. En bra skörd av lucerna, som flyttas till marken, kan ge 450 kg kväve per hektar. Applicering av spårelementen kobolt och molybden som krävs av symbiotiska bakterier ökar kraftigt kväveproduktionen om dessa element finns i begränsade mängder, som i stora delar av Australien.

Frilivande kvävefixerande mikroorganismer

Icke-symbiotiska bakterier av släkten Azotobacter och Clostridium kan fixa kväve. Azotobacter är aerob, medan Clostridium är anaerob; Båda är vanliga saprofytiska bakterier som finns i jorden. De beräknas antagligen leverera cirka 7 kg kväve per hektar mark per år. En annan viktig grupp inkluderar många fotosyntetiska bakterier. Frilivande blåalger spelar också en viktig roll i kvävefixeringen. De är avgörande för risodlingen, som är den viktigaste dieten för mer än hälften av världens befolkning. Blåalger kan också spela en viktig ekologisk roll i kvävefixering i haven.

Skillnaden mellan kvävefixering av frittlevande och symbiotiska organismer kanske inte är så strikt som traditionellt trodde. Vissa mikrober förekommer regelbundet i marken runt rötterna på vissa kolhydratutarmande växter genom att konsumera dessa föreningar och samtidigt indirekt tillföra kväve till växterna. Symbiotiska föreningar mellan normalt levande bakterier, t.ex. Azotobacteroch högre växtceller i vävnadskulturer inducerade deras tillväxt i ett kväveberövat artificiellt medium.

Nästa innehåll: Väderprognos