Біологія. Довідник школяра та абітурієнта

Кругообіг Нітрогену

Нітроген, який є уособленням білкового життя в біосфері, в основному зосереджений в атмосфері, де його частка становить близько 78 %. Тобто на 1 га поверхні Землі припадає товща повітря з близько 80 000 т Нітрогену. Проте в такому вигляді він недоступний рослинам. У кругообігу сполук Нітрогену надзвичайно велике значення належить мікроорганізмам і нітрогенфіксаторам, нітрофіксаторам, денітрофіксаторам. Лише завдяки їм елементарний Нітроген з повітря надходить до ґрунту. Найбільшу роль у цих процесах відіграють бульбочкові бактерії, які тісно «співпрацюють» з бобовими рослинами. За високого врожаю цих рослин можна збагатити ґрунт близько 400 кг Нітрогену на 1 га. Якщо навіть урожай цих рослин буде вивезений з поля, значна частина Нітрогену залишиться з корінням у ґрунті. Кількість Нітрогену, зв’язаного біологічним кругообігом, є неоднаковою у різних екосистемах. Наприклад, на орних землях — 7-28 кг/га за рік, на сінокосах з участю злакових трав і бобових — 73-865 кг/га, а в лісах — 54-594 кг/га за рік. Подібним чином деякі лишайники фіксують Нітроген за допомогою симбіотичних ціанобактерій. Поява в атмосфері оксидів Нітрогену пов’язана з грозовими електричними розрядами. Оксиди нітрату утворюють з водою кислоти ΗNΟ₃ і ΗNΟ₂:

N₂ + О₂ → 2NΟ; 2NΟ + О₂ → 2NΟ₂;

2NΟ₂ + Н₂О → ΗNΟ₂ + ΗNΟ₃.

Ці кислоти разом із атмосферними опадами потрапляють у ґрунт.

Кількість Нітрогену, яку він одержує, є дуже різною і залежить передусім від кліматичних умов, зокрема кількості і частоти опадів, пори року, температури. У помірному кліматі ця кількість становить кілька кілограмів на рік, а в тропічному, де спостерігають часті бурі, його значно більше, але в середньому не більше 10 кг/рік. В атмосферу Нітроген у певних кількостях потрапляє з ґрунту.

Це відбувається з участю мікроорганізмів під час мінералізації органічної матерії, коли в процесі амоніфікації виділяється аміак. Біологічна фіксація молекулярного Нітрогену мікроорганізмами, як тими, що вільно пересуваються, так і симбіонтами (бульбочковими бактеріями), відбувається в автотрофному й гетеротрофному блоках біогеоценозів. Для кругообігу Нітрогену необхідним є Молібден, який в окремих випадках виступає як лімітувальний фактор. Незважаючи на величезні запаси цього елемента в атмосфері й осадовій оболонці літосфери, у кругообігу бере участь лише фіксований мікроорганізмами Нітроген.

До цієї категорії Нітрогену обмінного фонду входять:

• а) Нітроген річної продукції біомаси;
• б) Нітроген біологічної фіксації бактеріями й іншими організмами;
• в) ювенільний (вулканічний) Нітроген;
• г) атмосферний (фіксований у момент грозового розряду);
• д) техногенний.

Кругообіг Нітрогену в біосфері

У великий кругообіг весь час надходить частина Нітрогену у вигляді різних сполук, які ріки виносять у моря. Уміст сполук Нітрогену найбільший у районах, де в океани впадають великі ріки, найменший — у центральних частинах океанів. Нітрогенумісні сполуки використовуються водоростями для синтезу органічних речовин і надходять в кругообіг океану, частина поступово осідає на дно. Отже, винесення Нітрогену із суходолу не збільшує його концентрації у морській воді. Межа Нітрогену, зв’язаного в біомасі суходолу, становить 14 020 млн т, а в загальних елементах — 34 062 млн т Нітрогену і 2 762 млн т зольних елементів. У біомасі Світового океану цих елементів у 1 000 разів менше. Однак завдяки багаторазовому відтворенню організмів планктону через них протягом року проходить Нітрогену й зольних елементів більше, ніж на суходолі: Нітрогену — 2 762 млн т, зольних елементів — 12 274 млн т. Якщо розглядати кругообіг Нітрогену в масштабах біосфери, то завдяки саморегульованим механізмам і зворотному зв’язку його вважають доволі досконалим. Частина Нітрогену, який «виробляється» в густозаселених районах, у прісних водах і мілководних морях, виноситься у глибинні океанічні відклади й залишається там, випадаючи на мільйони років із кругообігу. Ці втрати компенсуються надходженням Нітрогену в повітря з вулканічними газами.