1 Процессы преобразования соединений азота в почве и роль микроорганизмов в этих процессах 1
2 Характеристика условий почвообразования таежной зоны России. Систематика дерново-карбонатных и аллювиальных почв. Описание почвенного профиля дерново-карбонатной выщелоченной почвы. 5
Литература 13
Процессы преобразования соединений азота в почве и роль микроорганизмов в этих процессах
Для всех экосистем в биосфере характерен постоянный обмен веществом и энергией между биотическим и абиотическим компонентами. В результате возникает так называемый круговорот веществ. Круговорот веществ является одним из важнейших условий существования экосистем. Посредством круговорота, деятельность живых организмов, населяющих разные среды, интегрируется на уровне биосферы как целостной функциональной системы. Основной ее функцией является поддержание жизни благодаря непрерывному потоку вещества и энергии. Тесная связь биотической и абиотической составляющей экосистем является главным принципом ее организации и выделения как целостного образования.
Говоря о круговороте вещества в экосистеме, обычно имеют в виду не столько само вещество, сколько химические элементы: углерод, кислород, азот, фосфор, сера. Их относят к так называемым биогенным элементам, т. е. элементам, порождающим жизнь.
Азот и фосфор часто являются лимитирующими элементами и могут контролировать численность организмов. Азот играет важную роль в жизнедеятельности организмов. Как и кислород, азот необходим для дыхания животных. Азот входит в состав многих органических соединений, прежде всего белков. В молекуле белка он образует прочные амидные связи с углеродом или соединяется.с водородом, присутствуя в виде аминных ( - NH3) или амидных ( - NH2) групп.
Образование амидных (пептидных) связей (С-N-связи) является главным механизмом синтеза белковых молекул и пептидов, составляющих сущность всего живого на Земле.
Биогеохимический цикл азота – пример очень сложного круговорота вещества с резервным фондом в атмосфере. Азот присутствует в атмосфере в молекулярной форме. Молекула азота является весьма прочной и для ее разрушения необходимо затратить огромную энергию. По сути дела, азот является почти инертным газом. Связывание атмосферного азота происходит различными путями, например, при вспышке молнии, в процессе сжигания топлива и т.д. Основную же массу связанного азота производят симбиотические азотфиксирующие бактерии рода Rhizobium и Frankia, обитающие соответственно на корнях бобовых растений и некоторых древесных пород, таких, как ольха. Трудность процесса связывания молекулярного азота является причиной того, что, содержание азота в усвояемой форме является одним из основных лимитирующих факторов развития автотрофных организмов.
Источником азота для автотрофов являются нитраты (соли азотной кислоты HNO3 ), а также молекулярный азот атмосферы. Азот нитратов через корневую систему растений попадает по проводящим путям в листья, где используется для синтеза растительного белка.
Второй путь, которым азот попадает в организмы - прямая фиксация азота из атмосферы. Связывание атмосферного азота происходит различными путями: при вспышке молнии, в процессе сжигания топлива. Но наиболее важно биологическое связывание атмосферного азота. Это явление совершенно уникально и свойственно прокариотам - безъядерным микроорганизмам. Основную массу связанного азота производят симбиотические азотфиксирующие бактерии рода Rhizobium и Frankia, обитающие на корнях бобовых растений и некоторых древесных пород, таких, к примеру, как ольха.
До 1950 г. были известны всего три таксона микроорганизмов, способных связывать атмосферный азот:
• свободноживущие бактерии родов Azotobacter и Clostridium;
• симбиотические клубеньковые бактерии рода Rhizobium;
• сине-зеленые водоросли (цианобактерии) родов Anabaena, Nostoc, а также другие члены порядка Nostocales.
Затем были обнаружены и другие виды организмов, способных к фиксации азота из атмосферы: пурпурные бактерии рода Rhodospirillum, a также почвенные бактерии, близкие к Pseudomonas, актиномицеты из корневых клубеньков ольхи (Ainus, Ceanothus, Myrica и другие). Было так же установлено, что сине-зеленые водоросли рода Anabaena (надо подчеркнуть, что эти водоросли обладают способностью к гетеротрофному питанию и имеют другие признаки, позволяющие относить их к бактериям) могут быть симбионтами грибов, мхов, папоротников и даже семенных растений, и способность к фиксации азота является полезной для обоих участников. Эта удивительная способность служит причиной того, что при выращивании риса и бобовых на одном и том же поле в течение нескольких лет можно получать хорошие урожаи, не внося азотных удобрений.
В результате связывания каким-либо из перечисленных выше способов азот становится компонентом органических соединений в составе живых организмов. Далее, азот, входящий в состав белков и других азотсодержащих соединений, переводится из органической формы в неорганическую в результате деятельности ряда бактерий – редуцентов.
Образующиеся в растениях азотсодержащие органические соединения по трофическим цепям попадают в организм гетеротрофов (животных), а также в почву - после отмирания растений. В почве они подвергаются распаду при участии сапрофагов, минерализуются и используются затем другими растениями. Конечным звеном разложения являются организмы-аммонификаторы, образующие аммиак (NH3). Аммиак включается в реакции нитрификации, т.е. образования нитритов и их превращения в нитраты. Таким образом, цикл круговорота азота в почве поддерживается постоянно.
В то же время часть азота возвращается в атмосферу благодаря деятельности бактерий-денитрификаторов, разлагающих нитраты до молекулярного азота (N2). В результате бактериальной денитрификации ежегодно с 1 га почвы улетучивается до 50 - 60 кг азота.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
