Схема круговорота азота Круговорот азота

5 ключевых процессов круговорота азота

• Азотфиксация — превращение атмосферного N₂ в аммиак (NH₃) азотфиксирующими бактериями Rhizobium (в корневых клубеньках) и Azotobacter (свободноживущими), а также при разрядах молний
• Нитрификация — двухэтапный аэробный процесс: Nitrosomonas преобразует аммиак (NH₃) в нитрит (NO₂⁻), затем Nitrobacter — нитрит в нитрат (NO₃⁻)
• Ассимиляция — растения поглощают нитраты (NO₃⁻) и аммоний (NH₄⁺) из почвы через корни и включают азот в органические молекулы: аминокислоты и белки
• Аммонификация (разложение) — редуценты разрушают мёртвое органическое вещество и экскременты животных, возвращая азот в почву в виде аммиака (NH₃) или аммония (NH₄⁺)
• Денитрификация — анаэробные бактерии Pseudomonas превращают нитраты (NO₃⁻) обратно в молекулярный азот (N₂) или закись азота (N₂O), возвращая азот в атмосферу
• Все пять процессов образуют непрерывный цикл, поддерживающий баланс азота в экосистемах

Азотфиксирующие бактерии и их роль

Азотфиксирующие бактерии — основа круговорота азота: только они обладают ферментом нитрогеназой, способным разорвать тройную связь в молекуле N₂. Симбиотические бактерии Rhizobium образуют взаимовыгодные отношения с бобовыми растениями (фасоль, горох, клевер), обитая в корневых клубеньках и превращая N₂ в аммиак в обмен на углеводы. Свободноживущие бактерии Azotobacter и Clostridium фиксируют азот непосредственно в почве. Цианобактерии фиксируют азот в водных экосистемах и рисовых полях. Суммарная биологическая азотфиксация составляет около 100–300 млн метрических тонн связанного азота в год.

Антропогенное воздействие на круговорот азота

• Процесс Габера-Боша (изобретён в 1913 году) синтетически превращает атмосферный N₂ в аммиак для производства удобрений, удваивая природные темпы азотфиксации в глобальном масштабе
• Избыточное применение удобрений приводит к смыву питательных веществ и эвтрофикации — цветению водорослей, истощающему кислород и создающему мёртвые зоны в водоёмах
• Сжигание ископаемого топлива выбрасывает оксиды азота (NOx) в атмосферу, способствуя образованию смога, кислотных дождей и приземного озона
• Сброс сточных вод добавляет реакционноспособный азот в водоёмы, загрязняя питьевую воду нитратами
• Животноводство производит большое количество аммиака и закиси азота — парникового газа, в 300 раз более мощного, чем CO₂
• Понимание этих воздействий необходимо для разработки устойчивых агропрактик и экологической политики

Значение круговорота азота для экосистем

Круговорот азота жизненно важен для здоровья и продуктивности экосистем. Азот часто является лимитирующим биогеном как в наземных, так и в водных экосистемах — его доступность непосредственно контролирует темпы роста растений и первичную продуктивность. В сельском хозяйстве понимание круговорота азота помогает оптимизировать внесение удобрений, снижать потери и повышать урожайность. В природных экосистемах круговорот азота поддерживает биоразнообразие, регулируя доступность питательных веществ на разных трофических уровнях. Нарушения круговорота азота — из-за загрязнения, изменения землепользования или климатических изменений — могут вызывать каскадные эффекты: подкисление почв, потерю биоразнообразия и выбросы парниковых газов.