Азот почвы. круговорот азота в природе. биологическое связывание азота микробами-азотфиксаторами

Нитрификация и денитрификация

Под Нитрификацией понимают процессы окисления аммиака до нитритов и нитратов. Процесс идет в две фазы. Возбудителями фаз являются последовательно:

I фаза: возбудители бактерии рода Nitrosomonas : имеют овальную, иногда кокковидную форму. Размеры 1,5-3 мкм. Подвижны монотрихи (или лофотрихи), спор не образуют. Окисляют аммиак до нитритов по реакции:

2NH3 + 3O2 2HNO2 + 2H2O + Энергия

II фаза — возбудители бактерии рода Nitrobacter — мелкие тонкие палочки (0,5 х 1 мкм). Клетки подвижные (монотрихи) или неподвижные. Часто в колонии наблюдается полиморфизм (клетки различной формы). Для нитробактерий характерно размножение почкованием.

2NH O2 + O2 2HNO3 + Энергия

Энергию бактерии используют для ассимиляции углекислого газа.

Микроорганизмы-нитрификаторы являются хемоавтотрофами, облигатными аэробами, аминоавтотрофами.

В природе, являясь автотрофами участвуют в накоплении первичного органического вещества. Почвообразователи. Приняли участие в образовании залежей природной селитры (например, в пустыне Атакама в Чили).

Количество нитратов в почве — показатель плодородия. Однако нитраты легко вымываются из почвы, поэтому чересчур высокая нитрифицирующая способность почвы может привести к потерям больших количеств доступного азота.

Денитрификация. В этом процессе происходит восстановление нитратов до молекулярного азота.

Возбудители — Бактерии вида Paracoccus Denitrificans.

Химизм: восстановление нитратов происходит по диссимиляционному типу:

+ +

 NO3 NO2 N2

H2O H2O

Ключевые ферменты процесса : нитратредуктаза, нитритредуктаза

Биологический смысл: использование кислорода нитратов в качестве акцептора водорода при окислении углеводов (анаэробное нитратное дыхание).

Возбудители процесса денитрификации гетеротрофы, аминоавтотрофы, факультативные анаэробы.

Роль процесса в природе весьма двусмысленна. С одной стороны в результате процесса происходит потеря доступных форм азота из почвы. С другой стороны, возбудители процесса выделяют в зону корней различные биологически активные вещества, вызывая стимуляцию роста корней.

Врачи и экологи подчеркивают важность азота для здоровья экосистем и человека. Азот является основным элементом, необходимым для синтеза белков и ДНК, однако в свободной форме он недоступен для большинства организмов. Круговорот азота в природе включает несколько этапов, начиная с фиксации атмосферного азота микробами-азотфиксаторами, такими как Rhizobium и Azotobacter. Эти микроорганизмы преобразуют атмосферный азот в доступные для растений соединения, что способствует их росту и развитию.

Врачи отмечают, что здоровая почва, богатая азотом, способствует получению качественных продуктов питания, что, в свою очередь, влияет на здоровье человека. Нехватка азота в почве может привести к снижению урожайности и ухудшению питательной ценности сельскохозяйственных культур. Таким образом, поддержание баланса азота в экосистеме является важной задачей для обеспечения продовольственной безопасности и здоровья населения.

Круговорот азота в природе

Применение азота в сельском хозяйстве

Удобряя землю азотистыми соединениями из расчета — килограмм удобрений на гектар земли, можно повысить урожайность зерновых культур на несколько процентов. В сельском хозяйстве в виде урожая азот выносится в количестве 1 млн. тонн, при этом азотистых удобрений используется в два раза меньше. Несмотря на высокую рентабельность использования минеральных удобрений, потребности растений в этом веществе покрываются искусственным путем всего на 20-25%. Остальное его количество извлекается из грунта за счет биологической фиксации (естественные удобрения). Дальнейшее повышение урожайности будет зависеть лишь от рационального применения навоза, наращивания производства минеральных удобрений и эффективного использования «биологического» (произведенного микроорганизмами) связанного азота.

Круговорот азота

Главный источник азота органических соединений – газообразный азот N₂ в составе атмосферы. Молекулярный азот не усваивается живыми организмами. Переход его в доступные живым организмам соединения (фиксация) может происходить несколькими путями. Фиксация азота частично происходит в атмосфере, где при грозовых разрядах образуется оксид азота (II), который окисляется до оксида азота (IV), с последующим образованием азотной кислоты и нитратов, выпадающих на поверхность Земли с атмосферными осадками.

Наиболее важной формой фиксации азота является ферментативная фиксация в процессе жизнедеятельности сравнительно немногих видов организмов-азотфиксаторов. Отмирая, они обогащают среду органическим азотом, который быстро минерализуется

Наиболее эффективна фиксация азота, осуществляемая бактериями, формирующими симбиотические связи с бобовыми растениями.

В результате их деятельности в наземных и подземных органах растений (например, клевера или люцерны) за год накапливается азота до 150-400 кг на 1 га. Азот связывают также свободноживущие азотфиксирующие почвенные бактерии, а в водной среде – сине-зеленые водоросли (цианобактерии). Все азотфиксаторы включают азот в состав аммиака (NH₃), и он сразу же используется для образования органических веществ, в основном для синтеза белков. Минерализация азотсодержащих органических веществ редуцентами происходит в результате процессов аммонификации и нитрификации.

Аммонифицирующие бактерии в процессе биохимического разложения мертвого органического вещества переводят азот органических соединений в аммиак, который в водном растворе образует ионы аммония (NH₄+). В результате деятельности нитрифицирующих бактерий в аэробной среде аммиак окисляется в нитриты (NO₂-), а затем в нитраты (NO₃-).

Большинство растений получают азот из почвы в виде нитратов. Поступающие в растительную клетку нитраты восстанавливаются до нитритов, а затем до аммиака, после чего азот включается в состав аминокислот, составляющих белки. Часть азота растениями усваивается непосредственно в виде ионов аммония из почвенного раствора.

Животные получают азот по пищевым цепям прямо или опосредованно от растений. Экскреты и мертвые организмы, составляющие основу детритных пищевых цепей, разлагаются и минерализуются организмами-редуцентами, превращающими органический азот в неорганический.

Возвращение азота в атмосферу происходит в результате деятельности бактерий-денитрофикаторов, осуществляющих в анаэробной среде процесс, обратный нитрификации, восстанавливая нитраты до свободного азота.

Значительная часть азота, попадая в океан (в основном со стоком вод с континентов), используется водными фотосинтезирующими организмами, прежде всего фитопланктоном, а затем, попадая в цепи питания животных, частично возвращаются на сушу с продуктами морского промысла или птицами. Небольшая часть азота попадает в морские осадки. Схема круговорота азота приведена на рис.6.

Азот является одним из ключевых элементов для жизни на Земле, играя важную роль в формировании белков и ДНК. Однако в атмосфере он присутствует в виде молекул N₂, которые недоступны для большинства организмов. Круговорот азота в природе включает несколько этапов, начиная с фиксации атмосферного азота микробами-азотфиксатором, такими как Rhizobium, которые образуют симбиотические отношения с корнями бобовых растений. Эти микроорганизмы преобразуют молекулярный азот в аммоний, который затем используется растениями для роста.

После того как растения поглощают азот, он возвращается в почву через разложение органических остатков, а также в результате выделения азота при дыхании и разложении. Важно отметить, что некоторые бактерии, такие как нитрифицирующие и денитрифицирующие, также участвуют в этом процессе, превращая аммоний в нитраты и обратно в атмосферный азот. Таким образом, азотный цикл поддерживает баланс в экосистемах, обеспечивая доступность этого важного элемента для всех живых организмов.

[Пятиминутка Био] Круговорот азота в природе. Азотфиксирующие бактерии автотрофы?

Нахождение азота в природе

Большая часть азота в природе находится в свободном состоянии. Он является главной составной частью воздуха (объемная доля – 78,9%, массовая доля – 75,6%). Содержание азота в земной коре – 10*-2% масс.

Рис. 1. Формула азота.

Из соединений азота большое значение имеет натриевая (чилийская) селитра NaNO3, образующая большие пласты на побережье Тихого океана в Чили. Калиевая (индийская) селитра KNO₃ обнаружена в ряде районов Индии. Нитрат кальция Ca(NO₃)₂*nH₂O (n=0-4), также встречающийся в природе, называют «норвежской» селитрой.

Рис. 2. Норвежская селитра.

Незначительные количества азота преимущественно в виде солей азотной кислоты содержит почва. Азот также входит в состав белковых веществ и многих естественных органических соединений.

Нахождение азота в природе во многом связано с жизнедеятельностью бактерий и водорослей, так как многие микроорганизмы извлекают азот из разлагающихся отходов

Круговорот серы

В глобальном круговороте серы (рис. 8) кроме бактерий, грибов и растений, использующих сульфат природных вод и почвы для синтеза серосодержащих аминокислот, работают еще несколько групп специализированных бактерий, осуществляющих превращения в реакциях H₂S о S SO₄ и H₂S SO₄.

Потребность биоты в сере относительно невелика (биофильность S»1), а природные резервуары серы огромны. Поэтому сера редко оказывается лимитирующим биогеном. Биотический круговорот серы включен в общий, в значительной своей части абиогенный, процесс постепенного превращения восстановленных форм серы (в основном сульфидных руд), сложившихся в восстановительной обстановке древней Земли, в окисленные формы. Эта тенденция существенно усиливается техногенезом.

Круговорот азота

Микробная трансформация азота в биосфере Земли

Запасы азота на планете Земля огромны. Основная масса его находится в атмосфере в молекулярной форме (N2). Эта форма азота химически инертна и может усваиваться лишь ограниченной группой микроорганизмов ─ бактериями, которые называются азотофиксаторами. Связанный ферментами бактерий азот называется биологическим и, циркулируя в биосфере, формирует биогеохимический цикл азота (рис.29). Круговорот азота происходит следующим образом: диазотрофы поглощают атмосферный азот и образуют аммиак, который служит исходным веществом для образования белков.

Рис. 29 . Круговорот азота в природе

Белки растений и животных могут разлагаться с помощью бактерий─аммонификаторов с образованием аммиака и ионов аммония, затем в процессе микробной нитрификации образуются нитраты. В результате денитрификации образуется молекулярный азот. Все эти превращения происходят с участием микроорганизмов.

Азотофиксация

К азотофиксаторам относят две основные группы бактерий: свободноживущие (ассоциативные) и симбиотические (или клубеньковые) (табл.4).

Таблица 4. Основные группы диазотрофов

Свободноживущие (ассоциативные) азотофиксаторы	Симбиотические азотофиксаторы
ПРЕДСТАВИТЕЛИ
Azotobacter, Azospirillium, Klebsiella, Enterobacter, Nostoc, Anabaena, Clostridium	Симбионты бобовых – Род Rhizobium Симбионты небобовых растений – род Frankia
Обитают в ризосфере, ризоплане растений, обладают Нитрогеназной Активностью, могут в значительной мере заменить минеральный азот, предохраняют от избытка нитратов в продукции. Обладают высокой антибиотической активностью (комплексное питательное и защитное действие)	Образуют симбиотические клубеньки На корнях растений

Обогащение почвы

Естественное азотное обогащение почвы – работа исключительно микроорганизмов, в том числе и клубеньковых. До недавнего времени считалось, что только клубеньковые бактерии относятся к микроорганизмам, которые способны фиксировать атмосферный азот из воздуха. Причем ключевую роль в этом процессе играют бобовые растения, поскольку они единственные могут являться симбионтами клубеньковых микробов.

Однако сегодня такая позиция считается устаревшей, поскольку за последнее время найдено огромное количество самых разных бактерий, которые способны превращать молекулярный азот в соединения аммония, а именно аммоний (NH₄) уже может усваиваться растениями. Так, например, актиномицеты живут в азотфиксирующем симбиозе как минимум со ста видами деревьев.

Так как же происходит это обогащение почв:

1. Растения, заинтересованные в симбиозе с клубеньковыми бактериями, насыщают почву вокруг своих корней особыми органическими соединениями – флавинами. При этом каждый вид растений вырабатывает индивидуальные и уникальные флавины, на которые реагирует только один вид бактерий. В микробиологии даже названия таким бактериям дают по названию растения, которое для них является напарником по симбиозу.
2. Привлеченные флавинами бактерии, способные фиксировать азотные молекулы воздуха, подбираются ближе к корневым волоскам такого растения и, проникая через клеточные стенки покровной ткани корневого волоска, пробираются внутрь корня.
3. Проникнув внутрь, бактерии размножаются, а чтобы создать для них достаточное пространство для выполнения возложенной роли, клетки корня начинают делиться и формируют клубенек.
4. В процессе своей жизнедеятельности в клубеньке бактерии снабжают растение добытым из воздуха и почв аммонием, а от растения получают углеводы, которые являются для бактерий источником энергии (АТФ).
5. Когда растение-симбионт отмирает или сбрасывает листву, его насыщенные аммонием органические ткани попадают в верхние слои почвы и, перегнивая, насыщают это почву азотистыми соединениями в органических молекулах.
6. Главная роль этого перегнившего естественного азотного удобрения – стать источником органических азотистых соединений для тех растений, которые впоследствии будут расти на этих почвах, но сами не в состоянии вступить в симбиоз с фиксирующими из воздуха азот бактериями и получить необходимый аммоний напрямую из атмосферы.

Этот естественный биологический механизм испокон веков используется в сельском хозяйстве. Заметив ту важную роль, которую играют бобовые растения в деле повышения плодородности почв, земледельцы засевают поля бобовыми, после чего перепахивают поле вместе с выросшей на нем зеленой массой, и уже через несколько недель на таком поле можно высаживать сельскохозяйственные культуры, которые после такой азотной обработки дадут хороший урожай.

Круговорот фосфора

В круговороте фосфора, в отличие от круговоротов углерода и азота, отсутствует газовая фаза. Фосфор в природе в больших количествах содержится в минералах горных пород и попадает в наземные экосистемы в процессе их разрушения. Выщелачивание фосфора осадками приводит к поступлению его в гидросферу и соответственно в водные экосистемы. Растения поглощают фосфор в виде растворимых фосфатов из водного или почвенного раствора и включают его в состав органических соединений – нуклеиновых кислот, систем переноса энергии ( АДФ, АТФ), в состав клеточных мембран. Другие организмы получают фосфор по пищевым цепям. В организмах животных фосфор входит в состав костной ткани, дентина.

В процессе клеточного дыхания происходит окисление органических соединений, содержащих фосфор, при этом органические фосфаты поступают в окружающую среду в составе экскретов. Организмы-редуценты минерализуют органические вещества, содержащие фосфор, в неорганические фосфаты, которые вновь могут быть использованы растениями и, таким образом, снова вовлекаться в круговорот.

Поскольку в круговороте фосфора отсутствует газовая фаза, фосфор как и другие биогенные элементы почвы, циркулирует в экосистеме лишь в том случае, если отходы жизнедеятельности откладываются в местах поглощения данного элемента. Нарушение круговорота фосфора может происходить, например, в агроэкосистемах, когда урожай вместе с извлеченными из почвы биогенами перевозится на значительные расстояния, и они не возвращаются в почву в местах потребления.

После неоднократного потребления фосфора организмами на суше и в водной среде, в конечном итоге он выводится в донные осадки в виде нерастворимых фосфатов. После поднятия осадочных пород над уровнем моря в ходе большого круговорота вновь начинают действовать процессы выщелачивания и бигенного разрушения.

Внесение фосфорных удобрений, представляющих собой продукты переработки осадочных пород, позволяет восполнить потребленный фосфор в регионах с интенсивным сельскохозяйственным производством. Однако, смыв удобрений с полей, а также поступление в водоемы фосфатов с продуктами жизнедеятельности животных и человека может приводить к перенасыщению водных экосистем фосфатами и нарушению в них экологического равновесия.

Схема круговорота фосфора приведена на рис. 7.

Симбиотическая азотофиксация

Этот процесс осуществляется многими микроорганизмами в симбиозе как с бобовыми, так и с не бобовыми растениями.

Наиболее изучена фиксация азота бактериями рода Rhizobium в симбиозе с бобовыми растениями (рис.31). Известно 1300 видов бобовых, на корнях которых бактерии образуют клубеньки.

Представители рода Rhizobium — грамотрицательные бесспоровые палочки размером 0,5-0,9 х 1,2-3 мкм (рис.32а). Имеют жгутики (монотрихи или перитрихи). При старении теряют подвижность, накапливают жировые включения.

А б в г

Рис. 31. Клубеньки на корнях: А)люпина; б)люцерны; в)фасоли; г)вики.

 В зрелой клубеньковой ткани бактериальные клетки превращаются в бактероиды: грушевидные, сферические или ветвистые образования (рис.32б). В таком виде клубеньковые бактерии наиболее энергично усваивают атмосферный азот. На питательных средах бактерии рода Rhizobium усваивают органические вещества (гетеротрофы), аэробы, могут использовать в качестве источника азота как минеральные, так и органические его формы, но не атмосферный азот. Способность к азотфиксации у ризобий сохраняется только в симбиозе с тканями бобовых растений.

Химизм симбиотической азотофиксации и ферменты те же, что и у свободноживущих микроорганизмов.

Бактерии как основной двигатель круговорота азота

Азот содержится не только в атмосфере. Почти столько же его в гидросфере, земной коре и в мантии (примерно 4×10¹⁵ т). Геохимический круговорот требует, чтобы этот азот постоянно был включен в общий круговорот, поддерживая тем самым геохимическое стабильное состояние Земли.

Как известно, суть круговорота состоит в том, что элементы из атмосферы попадают в земную кору (разные ее слои) и в гидросферу, а из литосферы и гидросферы назад возвращаются в атмосферу. Исключение составляет только мантия, ее элементы извергаются в атмосферу с извержениями вулканов и уже туда не возвращаются. Но в мантии азота не так уж и много, поэтому его количество, извергаемое регулярно в атмосферу, не в состоянии изменить общий геохимический цикл.

Как уже говорилось, бактерии являются в азотном цикле единственным биогенным элементом:

1. Клубеньковые и другие прокариоты поглощают молекулярный азот атмосферы и  плодородных почв – верхнего слоя земной коры, после чего превращают его в органические соединения, которые могут усваиваться растениями.
2. Растения поглощаются животными, в том числе и людьми, которые, погибая и разлагаясь, возвращают азотные соединения в воздух через процесс денитрификации, который также осуществляют бактерии, только уже представители другой группы – денитрификаторы.

Аммонификация белков (минерализация азота)

Процесс выделения азота из аминокислот и превращение его в аммиачную форму называется аммонификацией. Микроорганизмы, вызывающие этот процесс, выделяют в окружающую среду протеолитические ферменты, под действием которых белки гидролизуются до аминокислот» Последние поступают в клетку и в ней дезаминируются с образованием аммиака, органических кислот и других продуктов.

Возбудителями процесса аммонификации являются аммонифицирующие или гнилостные бактерии. Их можно разделить на три группы по отношению к источникам кислорода:

1.Аэробы: Bacillus mycoides, Bacillus subtilis, Bacillus megatherium, Bacillus mesentericus.

Bacillus Mycoides – палочки 5-10 х 1,0-1,5 мкм, перитрихи, соединяются в цепочки, образуя жирные пленки на поверхности жидкой среды. Споры овальные, расположены эксцентрально (рис.33А).

Bacillus Subtilis — палочки короткие и тонкие, 3-5 х 0,6 мкм, нередко соединены в длинные нити. Споры овальные, расположены без строгой локализации (рис.33Г).

Bacillus Mesentericus -палочки тонкие, длинные и короткие, 3-10 х 0,5-0,6 мкм, одиночные или соединены в длинные нити. Споры овальные и продолговатые, бациллярного типа.

Bacillus Megatherium -клетки толстые до 2 мкм в диаметре, длина от 3 до 12 мкм. Содержимое клеток грубозернистое с большим количеством питательных веществ (жир, гликоген) (рис.33Б).

2. Анаэробы факультативные:

Proteus Vulgaris -палочки длиной от 1 до 20 мкм, перитрихи, спор не образуют, грамотрицательны (рис.33В) .

Escherichia СOli — кишечная палочка. Небольшие грамотри-цательные палочки, перитрихи, спор не образуют.

3.Анаэробы облигатные:

Bacillus Cadaveris, ВасIllus Putrificus — небольшие палочки до 5 мкм, образуют споры плектридиального типа. Выделяют трупные яды (кадаверин, путресцин).

А) Bacillus Mycoides	Б) Bacillus Megatherium
В) Proteus Vulgaris	Г) Bacillus subtilis

Рис. 33. Аммонификаторы белка (гнилостные бактерии)

Химизм процесса аммонификации:

1 этап — протеолиз белка – Проходит по схеме

NH2

Протеаза

Белок + N H2O аминокислоты (АК) : R—CH—COOH

2 этап – дезаминирование. — Бывает трех видов:

А)простое дезаминирование

 NH2

R—CH—COOH R ═ CH—COOH + NH3

Б)окислительное дезаминирование:

 NH2

R—CH—COOH + ½ O2 R—CO—COOH + NH3

В)восстановительное дезаминирование:

 NH2

R—CH—COOH + H2 R—CH 2—COOH + NH3

Основные ферменты: протеазы, дезаминазы, трансаминазы.

Все аммонификаторы — гетеротрофы, аминогетеротрофы.

Значение процесса: перевод соединений азота в доступную для растений форму, подщелачивание кислых почв, порча пищевых продуктов. Многие аммонификаторы выделяют токсичные вещества (трупные яды – путресцин и кадаверин, а также ботулин – самый сильный пищевой яд).

Фиксация атмосферного азота свободноживущими бактериями (ассоциативная диазотрофия)

Ассимиляция атмосферного азота микроорганизмами – диазотрофия — имеет важное значение в балансе азота в почве. Её осуществляют свободноживущие и симбиотические микроорганизмы: бактерии, актиномицеты, цианобактерии.. Среди свободноживущих наиболее распространены бактерии родов Azotobacter и Clostridium.

Среди свободноживущих наиболее распространены бактерии родов Azotobacter и Clostridium.

Бактерии Azotobacter Chroococcum фиксируют азот в аэробных условиях. На агаре образует слизистые колонии. Молодые клетки имеют вид попарно соединенных крупных, коротких палочек с закругленными концами. Они подвижны, перитрихи. По мере развития они теряют подвижность, становятся эллипсоидными, а затем круглыми. Часто окружены слизистой капсулой, которая выявляется после окраски клеток фуксином и смешивания с разбавленной тушью (рис. 30). Внутри клеток ясно выражена зернистость. В качестве источника углерода азотобактер использует моно-, дисахариды, спирты и соли органических кислот, в том числе и бензойной. В неблагоприятных условиях образуют цисту.

Clostridium Pasteurianum — облигатный анаэроб. Энергию для всех процессов жизнедеятельности, в том числе для ассимиляции атмосферного азота, бактерии этого вида получают за счет маслянокислого брожения.

Цианобактерии-азотофиксаторы относятся к родам Nostoc, Anabaena. Все цианобактерии фотоавтотрофы, аминоавтотрофы, аэробы. Образуют специализированные клетки – Гетероцисты, Которые защищены от окисления кислородом воздуха толстой оболочкой. Это имеет большое значение, так как процесс азотофиксации восстановительный, кислородом он ингибируется.

Химизм: Процесс усвоения азота происходит по восстановительному пути и отражается схемой:

 NH2

2 2 2

N ≡ N NH=NH NH2 – NH2 2NH3 R—CH 2—COOH

Азот диимид гидразин аммиак аминокислота

АТФ АТФ АТФ

Аммиак используется для аминирования кетокислот с образованием аминокислот. Процесс идет с использованием восстановительных эквивалентов (НАДФ•H2) и энергии АТФ. Для восстановления 1 молекулы N2 до аммиака затрачивается 12 молекул АТФ.

Способность к фиксации атмосферного азота обусловлена наличием сложной системы ферментов – Нитрогеназой. Эти ферменты кодируются 17 генами и подразделяются на 2 фракции:

·  молибдобелок – фракция, содержащая молибден;

·  железобелок – фракция, содержащая железо.

Процесс играет колоссальную роль в природе, так как в нем происходит превращение азота в доступные для живых организмов формы, повышается почвенное плодородие.

Какие бактерии играют активную роль в круговороте азота

Основную роль в фиксации азота из воздуха играют уже не раз упомянутые клубеньковые микроорганизмы. Какие виды относятся к этой группе?

1. Род бактерий ризобиум (Rhizobium). Это грамотрицательные микроорганизмы, факультативные либо облигатные анаэробы, чаще всего имеют форму палочек, не образуют колоний, а функционируют поодиночке или попарно. Есть виды, которые являются патогенными для людей, зараженных вирусом СПИДа.
2. Некоторые виды актиномицетов, которые живут в корнях деревьев (облепиха, ольха и др.), способных образовать для них клубеньки. Актиномицеты образовывают в клубеньках деревьев мицелии (тонкие нити). Грамположительны и хемоорганотрофы.

К производителям аммония также относятся цианобактерии Анабена, которые играют ту же роль, что и клубеньковые микробы, в симбиозе с папоротниками. Так же, как и актиномицеты, имеют нитчатый вид и положительно реагируют на окраску по Граму.

Распространенным в почве азотфиксатором является Clostndium pasteurianum. Они не вступают в симбиоз и свободно живут в почвах, играя роль азотного обогатителя почв в одиночку. Это подвижные спорообразующие палочки, которые питаются имеющимися в почве углеводами (в отличие от клубеньковых, которые питаются углеводами за счет растений) и, используя углеводы в качестве источников энергии, фиксируют азот  насыщенного им воздуха.

Актуальность изучения круговорота азота в антропогенных биоценозах

Между литосферой, гидросферой, атмосферой и живыми организмами Земли постоянно происходит обмен химическими элементами. Этот процесс имеет циклический характер: переместившись из одной сферы в другую, элементы вновь возвращаются в первоначальное состояние.

Антропогенные биоценозы — это особые природные сообщества, сформировавшиеся под непосредственным влиянием человека, который сам может создавать новые ландшафты и серьёзным образом изменять экологическое равновесие. Кроме того, деятельность человека оказывает огромное влияние на круговорот элементов. Особенно заметным оно стало в последнее столетие, потому что произошли серьёзные изменения в природных круговоротах за счет добавления или удаления присутствующих в них химических веществ в результате вызванных человеком воздействий.

Азот является элементом, необходимым для существования животных и растений, он входит в состав белков, аминокислот, нуклеиновых кислот, хлорофилла, гемов и др. В связи с этим значительное количество связанного азота содержится в живых организмах, «мёртвой органике» и дисперсном веществе морей и океанов.

Очень важно изучать и контролировать круговорот азота, особенно в антропогенных биоценозах, потому что небольшой сбой в какой-либо части цикла может привести к серьёзным последствиям: сильным химическим загрязнениям почв, зарастанию водоемов и загрязнению их продуктами разложения отмершей органики (аммиак, амины и др.), высокому содержанию растворимых соединений азота в питьевой воде.

Для изучения особенностей круговорота азота можно использовать комплексную методику по изучению содержания ионов нитритов (NO₂-), нитратов (NO₃-) и аммония (NH₄+)в почве и её микробиологических показателях.

Вопрос-ответ

Каковы основные этапы круговорота азота в природе?

Круговорот азота включает несколько ключевых этапов: фиксация азота из атмосферы микробами-азотфиксаторами, превращение аммиака в нитраты и нитриты через нитрификацию, усвоение этих соединений растениями, а также разложение органических веществ, что возвращает азот в почву в виде аммония. Завершающим этапом является денитрификация, когда нитраты возвращаются в атмосферу в виде газообразного азота.

Какую роль играют микробы-азотфиксаторы в экосистеме?

Микробы-азотфиксаторы, такие как Rhizobium и Azotobacter, играют ключевую роль в экосистеме, так как они способны преобразовывать атмосферный азот в доступные для растений формы. Это способствует увеличению плодородия почвы и поддерживает устойчивость экосистем, обеспечивая растения необходимыми питательными веществами.

Какие факторы могут влиять на эффективность биологического связывания азота?

Эффективность биологического связывания азота может зависеть от различных факторов, включая тип почвы, уровень влажности, температуру, наличие органических веществ и взаимодействие с другими микроорганизмами. Также важна симбиотическая связь между азотфиксирующими бактериями и корнями растений, которая может быть нарушена при неблагоприятных условиях.

Советы

СОВЕТ №1

Изучите основные этапы круговорота азота в природе, чтобы лучше понимать, как азот влияет на здоровье почвы и растений. Это знание поможет вам оптимизировать использование удобрений и улучшить урожайность.

СОВЕТ №2

Поддерживайте разнообразие растений в своем саду или огороде, включая бобовые культуры, которые способны фиксировать азот. Это не только улучшит качество почвы, но и снизит необходимость в химических удобрениях.

СОВЕТ №3

Регулярно проверяйте уровень азота в почве с помощью тестов. Это поможет вам определить, нужно ли вносить дополнительные удобрения или, наоборот, сократить их использование для поддержания экологического баланса.

СОВЕТ №4

Стимулируйте активность микробов-азотфиксаторов, добавляя в почву органические вещества, такие как компост или перегной. Это улучшит структуру почвы и повысит ее плодородие за счет естественного связывания азота.