Способны ли растения усваивать свободный азот

Азот (Nitrogene, N)

Азот

Азот — химический элемент, который известен каждому. Его обозначают буквой N. Он, можно сказать, основа неорганической химии, и поэтому его начинают изучать еще в восьмом классе. В этой статье мы подробно рассмотрим азот, а также его характеристики и свойства.

История открытия элемента

Такие соединения, как аммиак, селитра, азотная кислота, были известны и применялись на практике задолго до получения чистого азота в свободном состоянии.

История открытия азота

Во время эксперимента, проведенного в 1772 году, Даниель Резерфорд сжигал фосфор и прочие вещества в колоколе из стекла. Он выяснил, что газ, остающийся после сгорания соединений, не поддерживает горения и дыхания, и назвал его «удушливым воздухом».

В 1787 году Антуан Лавуазье установил, что газы, входящие в состав обычного воздуха, — это простые химические элементы, и предложил название «Азот». Чуть позже (в 1784 г.) физик Генри Кавендиш доказал, что это вещество входит в состав селитры (группы нитратов). Отсюда происходит латинское название азота (от позднелатинского nitrum и греческого gennao), предложенное Ж. А. Шапталем в 1790 году.

К началу XIX века учеными были выяснены химическая инертность элемента в свободном состоянии и его исключительная роль в соединениях с другими веществами. С этого момента «связывание» азота воздуха стало важнейшей технической проблемой химии.

Физические свойства

Физические свойства азота

Азот немного легче воздуха. Его плотность составляет 1,2506 кг/м³ (0 °С, 760 мм рт. ст.), температура плавления — -209,86 °С, кипения — -195,8 °С. Азот с трудом сжижается. Его критическая температура относительно низка (-147,1 °С), при этом критическое давление довольно высоко — 3,39 Мн/м². Плотность в жидком состоянии — 808 кг/м³. В воде этот элемент менее растворим, чем кислород: в 1 м³ (при 0 °С) Н₂О может раствориться 23,3 г N. Этот показатель выше при работе с некоторыми углеводородами.

Химические свойства азота

При нагревании до невысоких температур этот элемент взаимодействует только с активными металлами. Например, с литием, кальцием, магнием. С большинством других веществ азот вступает в реакцию в присутствии катализаторов и/или при высокой температуре.

Хорошо изучены соединения N с О₂ (кислородом) N₂O₅, NO, N₂O₃, N₂O, NO₂. Из них при взаимодействии элементов (t — 4000 °С) образуется оксид NO. Далее в процессе охлаждения он окисляется до NO₂. Оксиды азота образуются в воздухе при прохождении атмосферных разрядов. Их можно получить действием ионизирующих излучений на смесь N с О₂.

Химические свойства азота

При растворении в воде N₂O₃ и N₂O₅ соответственно получаются кислоты HNO₂ и HNO₂, образующие соли — нитраты и нитриты. Азот соединяется с водородом исключительно в присутствии катализаторов и при высокой температуре, образуя NH₃ (аммиак). Кроме того, известны и другие (они довольно многочисленны) соединения N с H₂, к примеру диимид HN = NH, гидразин H₂N-NH₂, октазон N₈H₁₄, кислота HN₃ и другие.

Стоит сказать, что большинство соединений водород + азот выделены исключительно в виде органических производных. Этот элемент не взаимодействует (непосредственно) с галогенами, поэтому все его галогениды получают только косвенным путем. К примеру, NF₃ образуется при взаимодействии аммиака с фтором.

Большинство галогенидов азота — малостойкие соединения, более устойчивы оксигалогениды: NOBr, NO₂F, NOF, NOCl, NO₂Cl. Непосредственного соединения N с серой также не происходит, N₄S₄ получается в процессе реакции аммиак + жидкая сера. Во время взаимодействия раскаленного кокса с N образуется циан (CN)₂. В процессе нагревания ацетилена С₂Н₂ с азотом до 1500 °С можно получить цианистый водород HCN. При взаимодействии N с металлами при относительно высоких температурах образуются нитриды (к примеру, Mg₃N₂).

При воздействии на обычный азот электроразрядов [при давлении 130–270 н/м² (соответствует 1–2 мм рт. cт.)] и при разложении Mg₃N₂, BN, TiNx и Ca₃N₂, а также при электроразрядах в воздухе может быть образован активный азот, обладающий повышенным запасом энергии. Он, в отличие от молекулярного, весьма энергично взаимодействует с водородом, парами серы, кислородом, некоторыми металлами и фосфором.

Азот входит в состав довольно многих важнейших органических соединений, в том числе — аминокислот, аминов, нитросоединений и прочих.

Получение азота

В лаборатории этот элемент может быть легко получен в процессе нагревания концентрированного раствора нитрита аммония (формула: NH₄NO₂ = N₂ + 2H₂O). Технический метод получения N основан на разделении заранее сжиженного воздуха, который в дальнейшем подвергается разгонке.

Область применения

Применение азота

Основная часть получаемого свободного азота используется при промышленном производстве аммиака, который потом в довольно больших количествах перерабатывается на удобрения, взрывчатые вещества и т. п.

Кроме прямого синтеза NH₃ из элементов, применяется разработанный в начале прошлого века цианамидный метод. Он основан на том, что при t = 1000 °С карбид кальция (образованный накаливанием смеси угля и извести в электропечи) реагирует со свободным азотом (формула: СаС₂ + N₂ = CaCN₂ + С). Полученный цианамид кальция под действием разогретого водяного пара разлагается на CaCO₃ и 2NH₃.

В свободном виде данный элемент применяется во многих отраслях промышленности: в качестве инертной среды при разнообразных металлургических и химических процессах, при перекачке горючих жидкостей, для заполнения пространства в ртутных термометрах и т. д. В жидком состоянии он используется в различных холодильных установках. Его транспортируют и хранят в стальных сосудах Дьюара, а сжатый газ — в баллонах.

Широко применяют и многие соединения азота. Их производство стало усиленно развиваться после Первой мировой войны и на данный момент достигло поистине огромных масштабов.

Роль азота в биологии

Роль азота в биологии

Это вещество является одним из основных биогенных элементов и входит в состав важнейших элементов живых клеток — нуклеиновых кислот и белков. Однако количество азота в живых организмах невелико (примерно 1–3 % на сухую массу). Имеющийся в атмосфере молекулярный материал усваивают лишь сине-зеленые водоросли и некоторые микроорганизмы.

Довольно большие запасы этого вещества сосредоточены в почве в виде различных минеральных (нитраты, аммонийные соли) и органических соединений (в составе нуклеиновых кислот, белков и продуктов их распада, включая еще не полностью разложившиеся остатки флоры и фауны).

Растения отлично усваивают азот из грунта в виде органических и неорганических соединений. В природных условиях большое значение имеют особые почвенные микроорганизмы (аммонификаторы), которые способны минерализировать органический N почвы до солей аммония.

Нитратный азот грунта образуется в процессе жизнедеятельности нитрифицирующих бактерий, открытых С. Виноградским в 1890 году. Они окисляют аммонийные соли и аммиак до нитратов. Часть усвояемого флорой и фауной вещества теряется из-за воздействия денитрифицирующих бактерий.

Микроорганизмы и растения отлично усваивают как нитратный, так и аммонийный N. Они активно превращают неорганический материал в различные органические соединения — аминокислоты и амиды (глутамин и аспарагин). Последние входят в состав многих белков микроорганизмов, растений и животных. Синтез аспарагина и глутамина путем амидирования (ферментативного) аспарагиновой и глутаминовой кислот осуществляется многими представителями флоры и фауны.

Читайте:  ООО ПИТОМНИК РАСТЕНИЙ ИНН 5024174206

Производство аминокислот происходит при помощи восстановительного аминирования ряда кетокислот и альдегидокислот, возникающих путем ферментативного переаминирования, а также в результате окисления различных углеводов. Конечными продуктами усвоения аммиака (NH₃) растениями и микроорганизмами являются белки, которые входят в состав ядра клеток, протоплазмы, а также откладываются в виде так называемых запасных белков.

Человек и большинство животных могут синтезировать аминокислоты лишь в довольно ограниченной мере. Они не способны производить восемь незаменимых соединений (лизин, валин, фенилаланин, триптофан, изолейцин, лейцин, метионин, треонин), и потому для них главным источником азота являются потребляемые с пищей белки, то есть, в конечном счете, — собственные белки микроорганизмов и растений.

Источник

Способны ли растения усваивать свободный азот?

Непосредственно растения не усваивают свободный азот, но бобовые научились жить в симбиозе с клубеньковыми бактериями, которые, в свою очередь, умеют усваивать свободный азот. И уже эти бактерии служат источником азот содержащих органических веществ. Думаю, что кроме бактерий фиксацией азота заниматься не может никто.

Растениям азот жизненно необходим, так как способствует росту зеленой массы, играя роль удобрения. Именно с этой целью садоводы всегда подкармливают свои растения азотными удобрениями. Ведь несмотря на то, что в нашей атмосфере содержится более 70% азота, усваивать этот азот непосредственно из воздуха растения не могут — азот должен быть в виде химических соединений, обычно нитратов или ионов аммония.

Поэтому растения усваивают азот только из почвы.

Когда говорят, что бобовые растения могут усваивать азот прямо из воздуха, имеют ввиду не сами растения, а клубеньковые бактерии, которые живут с этими растениями в симбиозе. Такие бактерии действительно усваивают атмосферный азот и снабжают им растения, а излишек еще и накапливается в земле.

Среди обывателей существует ошибочное мнение, что процесс дыхания в растениях происходит днём, путая с интенсивным процессом фотосинтеза. Растения, каждой живой клеточкой, дышат круглосуточно, как и всё живое, вдыхая кислород и выделяя углекислый газ и пары воды, но за счет интенсивного светового фотосинтеза, при котором образуются полисахариды — крахмал, целлюлоза и другие сложные органические вещества, выделяя при этом бОльшее количество кислорода, чем требуется для дыхания. Ночью в растениях происходит теневая фаза фотосинтеза, когда крахмал и целлюлоза (клетчатка) превращаются в растворимые моносахариды — глюкозу, фруктозу и др., которые усваиваются растениями, двигаясь по сосудам флоэмы. Поэтому можно сказать, что они не спят, являясь вечными тружениками, создавая пищу как для себя, так и для всех животны

Растения от других организмов отличает процесс ФОТОСИНТЕЗА.

Фотосинтез — это процесс образования клетками зеленых растений органических веществ(крахмал,сахара) из неорганических(углекислого газа и воды). Происходит сей процесс на свету. Свет поглощается при участии фотосинтетических пигментов (хлорофилла и других).

Фактов, конечно, не будет, однако. Традиция соления и консервирования в целом происходит от наших далёких Предков — древних славян. Наши Предки хорошо знали, как, когда и чем нужно питаться, чтобы должным образом перестроить свой организм с одного вида пищи на другой, в зависимости от сезонов. Отсюда и пошло консервирование различных видов пищи, и сложно сказать насколько древний этот обычай, лишними нолями я вас пугать нет буду.

К примеру, у древних славян была своя система Постов, ещё до прихода иудо-христианства:

И прямо сейчас согласно славяно-арийскому колендарю, у нас идёт один из 5 постов: Даждьбожий Пост.

Источник

Формы,усвоение и влияние азота на растения

Азот — один из важнейших элементов развития растения. В природе существует несколько форм азота. Азот также составляет 78% от содержания атмосферы и 3% человеческого тела.

Комплекс NPK является основным «поставщиком» любого растения. Это часть белков, хлорофилла, гормонов, витаминов и т. д.

Краткая история элемента

Породы, которые составляют Землю, имеют очень малое содержание азота. Что-то в минимальных количествах по сравнению с другими типами выделения азота высвобождается в почву, когда происходит выветривание этих пород.

Тем не менее, действительно интересна фиксация атмосферного азота (о 78% которого мы говорили). Когда мы говорим о фиксации, то мы имеем в виду обеспечение сельскохозяйственных культур усвояемым азотом.

Этот переход атмосферного азота в почву может быть осуществлен двумя способами. С одной стороны, это будет биотический «путь», где активность микроорганизмов (как животных, так и растений) имеет крайне важное значение для утилизации этого усвояемого элемента.

Существует также еще один путь, абиотический, где фиксация происходит с помощью дождя, снега и т. д., в общем, атмосферных явлений.

Если бы вам пришлось выбирать способ фиксации, какой бы вы выбрали? Несомненно, тот, который предполагает большую работу, проводимую микроорганизмами, т. е. биотический путь.

Однако, на нашей земле нет оптимальных условий для развития микроорганизмов.

По крайней мере, они не такие, чтобы эти «жуки» могли создавать азот в количествах, достаточных для нормального развития сельскохозяйственных культур.

ФУНКЦИИ АЗОТА В РАСТЕНИЯХ

С «общей» точки зрения можно сказать, что смысл азота в растениях заключается в создании растительной массы.

Однако, это утверждение не содержит ничего конкретного, поэтому давайте добавим еще несколько вещей. Таким образом, мы увидим истинную важность этого элемента в растениях.

Самая важная роль азота в культурах — быть частью растительных белков (то, что мы говорили о создании массы).

Однако, мы не можем забыть о его роли в качестве запаса либо в семенах (его способность поддерживать семена «живыми», не будучи посаженными, или энергия, которую нужно преобразовать в растение после их посева), либо в других репродуктивных органах.

Что, если мы посмотрим на функциональную точку зрения?

Он участвует во всех этих ферментативных процессах:

  • Оксидазы, каталазы и пероксидазы
  • Дегидрогеназы
  • Гидролазы
  • Нуклеопротеины
  • Трансфосфорилазы и трансаминазы
  • Карбоксилазы

А также стимулирует образование ауксинов, образует лигнин, участвует в производстве хлорофилла и т. д.

СКОЛЬКО ВИДОВ АЗОТА СУЩЕСТВУЕТ?

Фиксация азота в почве не происходит в органической форме, которая не усваивается любым растением. До этого он должен пройти еще один «процесс деградации», потому что он должен перейти от органического к минеральному.

Когда вы услышите слово «минерализация» в будущем, вы узнаете, что это значит.

Что касается этих минеральных форм, нам представлены две, которые вы, несомненно, знаете:

  • Аммонийная форма (NH4+)
  • Нитратная форма (NО3-)

Аммонийная форма, со временем и под действием климата и микроорганизмов переходит в нитратную форму, легко поглощаемую растениями. Однако, все это несколько сложнее, минерализация органического азота проходит через несколько этапов, но мы можем обобщить, что аммонийный N переходит в нитратный N.

Читайте:  Состав и механизм действия препарата Делан

Здесь необходимы микроорганизмы и качество почвы, поскольку без них было бы невозможно перейти от NH4+ к NO3-. Ничего не остается, как заботиться о своих почвенных микроорганизмах.

Мочевина представляет собой химическую форму диамида угольной кислоты. Предположим, что это соединение находится в процессе нитрификации сверху. Мочевина разлагается на аммоний, который, в свою очередь, переходит в нитрат.

КАК РАСТЕНИЕ ПОГЛОЩАЕТ АЗОТ?

Как упоминалось ранее, растения поглощают нитратный азот. Следовательно, многие фермеры используют в качестве основного удобрения аммиачный азот или мочевину, поскольку они, как ожидается, останутся в почве как можно дольше.

Еще одна вещь, о которой мы еще не говорили, заключается в том, что это соединение может поглощаться растением как на корневом уровне (обычно корнями), так и листвой (при непосредственном применении).

Тем не менее, для азота является обычной практикой внесение в почву как в аммиачной (NH4+), так и в нитратной (NO3-) форме.

Корни растений поглощают азот из почвы в виде нитрата (NO3-) или аммония (NH4+). В большинстве почв действие нитрифицирующих бактерий приводит к тому, что культуры поглощают в основном N-NO3-. В других особых ситуациях в почве, таких как анаэробные условия, растения могут поглощать относительно больше NH4+, чем NO3-. Точно так же это может произойти сразу же после применения аммонийных удобрений или на ранних стадиях роста, когда температура по-прежнему низкая для быстрой нитрификации. В некоторых случаях они также поглощают N в виде мочевины.

Предпочтение растением NH4+ или NO3-, когда обе формы присутствуют, в основном, зависит от вида культуры. Зерновые культуры поглощают любую форму N, в то время как пасленовые, например, томаты отдают предпочтение более высокому соотношению NO3-/NH4+. Рис является типичным примером адаптации к NH4+. Другими видами, адаптированными к питанию с NH4+, являются те, которые выращиваются на кислых почвах тропических и субтропических регионов, где процесс нитрификации ограничен.

Есть исследования, которые показывают, что некоторые культуры лучше растут, если дается смесь NH 4+ и NO3-. В частности, было обнаружено, что некоторые растения могут не только показывать более высокий уровень урожайности, но и более высокие уровни белка.

Поглощение и усвоение NO3-

NO3- всасывается активно, т.е. с затратой энергии. Специальные ферменты катализируют прохождение ионов NO3- через клеточные мембраны, особенно на уровне корневых волосков. Как уже указывалось, NO3- поглощаются в меньшей степени при низких температурах. На поглощение также влияет молибден, так как на поверхности корневых клеток образуется молибдропротеин для переноса NO3-.

Когда NO3- проник, растение может отложить его про запас как таковой корневыми тканями, или восстановить и синтезировать в аминокислотах, или отложить в ксилеме, чтобы транспортировать в стебли.

Усвоение NO3- осуществляется через ряд этапов. Во-первых, NO3- восстанавливается до NO2- посредством ферментативного действия и в присутствии фотосинтетов. Затем NO2- восстанавливается до NH3, под действием нитритредуктазы. Полученный NH3 быстро включается в глутаминовую кислоту под действием глутаминсинтетазы и глутаматсинтазы, расположенных как внутри так снаружи клеток.

Поглощение и усвоение NH4+

Поглощение NH4+ достигается посредством активного и пассивного процесса. Эксперименты, в которых были использованы метаболические ингибиторы, показали, что при ингибировании высвобождение дыхательной энергии при поглощении NH4+ уменьшается вдвое, но не полностью ингибируется, как в случае поглощения NO3-. Поглощение NH4+ увеличивается при значениях рН, близких к 8. Его поглощение приводит к увеличению поглощения неорганических анионов (H2PO4-, SO42- и Cl-), а рН ризосферы может уменьшаться из-за высвобождения H+ с помощью корня для поддержания электрической нейтральности.

Несмотря на то, что NH4+ может пассивно поглощаться, его скорость поглощения в большей степени зависит от скорости подачи энергии, чем скорость поглощения NO3. Это связано с тем, что после поглощения NH4+ должен быть немедленно включен в углеродные скелеты. Если для этого процесса отсутствуют углеводы, NH4+ может накапливаться до токсичных уровней в корне. Это приводит к остановке роста и уменьшению поглощения K+ с симптомами дефицита этого питательного элемента у растения.

После поглощения NH4+ не нужно восстанавливать, поэтому по сравнению с NO3- растение экономит энергию. Однако, в некоторых ситуациях эти энергетические затраты могут быть незначительными. Когда NO3 восстанавливается в листе, энергия, используемая для процесса восстановления, поступает непосредственно из солнечной энергии и не включает использование углеводов в качестве источника энергии. Только когда NO3- восстанавливается в корне, энергия, используемая растением для этого процесса, исходит из катаболизма углеводов.

АТМОСФЕРНЫЙ АЗОТ

Существуют растения, способные захватывать азот из атмосферы, восстанавливая его и превращая в аминокислоты и белки, которые будут служить пищей.

Согласно Бермудесу де Кастро, атмосферный азот фиксируют следующие культуры:

  • Бобовые (с Rhizobium)
  • Лишайники (Peltigera, Lichina, Collena)
  • Водный папоротник AzollaAnabaena
  • Гуннера — Nostoc
  • Злаковые с бактериями Azotobacter
  • Голосеменные с Cyanophyta
  • Симбиоз междуPhsychotriaи бактериями

КАК ДИАГНОСТИРОВАТЬ НЕДОСТАТОК АЗОТА?

Недостаток азота, к счастью, довольно легко обнаружить. Поскольку этот элемент оказывает влияние на хлорофилл, его недостаток вызывает ингибирование производства зеленого пигмента.

Следовательно, мы можем наблюдать листья с полным хлорозом.

Поскольку азот тесно связан с ростом, если растению не хватает этого элемента, мы увидим чахлые растения, которые в конечном итоге, одревеснеют в ближайшее время.

В целом, чтобы правильно поставить диагноз, необходимо иметь в виду, что первые симптомы (хлороз и отсутствие роста) появляются на старых листьях.

Это связано с тем, что азот является очень подвижным элементом в растении, поэтому он легко перемещается в самые активные точки с функциональной точки зрения.

И ИЗБЫТОК?

Избыток азота в растениях может приводить к преувеличенному росту, более мощному развитию побегов и ветвей (большее клеточное размножение), более нежным растениям (менее лигнифицированным), задержкам появления древесных частей, задержке зрелости, и т. д.

Поэтому, если в растении есть «более мягкие» части, оно будет более восприимчивым к вредителям и болезням, уменьшится урожайность, будет производить меньше семян (зерновые) или плодов (овощи), будет более чувствительно к недостатку влаги и т. д.

Источник



Растения усваивающие свободный азот

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки

Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина Российской академии наук

Первичную продукцию обычно отождествляют с фотосинтезом, преимущественно планктонных водорослей. На самом деле ее следует отождествлять со всем первичным биосинтезом, который складывается из фотосинтеза и минерального питания.

Читайте:  Какие быстрорастущие вьющиеся растения подходят для выращивания на балконе

Элементы минерального питания оказывают влияние на всю жизнедеятельность гидрофитов. Уменьшение или увеличение их количества отражается на интенсивности фотосинтеза и на составе образующихся в этом процессе продуктов.

Минеральные элементы влияют на фотосинтез, изменяя состояние мембран и соответственно на фотосинтетическое фосфорелирование и транспорт электронов. Для синтеза протоплазмы живым организмам необходимо.около 40 элементов, из которых самым важными считается углерод, азот, фосфор, кремний, железо, марганец и некоторые микроэлементы. Биогены, содержащиеся в воде не только исчерпываются растениями, но и непрерывно возобновляются (регенерируют) в результате отмирания гидробионтов и их разложения, так что химическая база фотосинтеза непрерывно восстанавливается.

Углерод. В качестве углеродного минерального питания растения способны использовать различные соединения. Некоторые водоросли могут утилизировать углерод бикарбонатов. У некоторых интенсивность фотосинтеза зависит только от присутствия свободных молекул СО2. Для пресноводных синезеленых водорослей например установлено преимущественное потребление углерода в форме бикарбонатов. В наилучшей степени обеспечивает ход фотосинтеза присутствие в воде свободной углекислоты, диффундирующей из атмосферы или выделяющейся из бикарбонатов. Чем интенсивнее растения потребляют углекислоту, тем большее количество ее поступает в воду. Поскольку при ее поглощении растения повышают рН воды, происходит переход бикарбонатов в монокарбонаты с высвобождением молекул СО2. Пока в воде достаточно бикарбонатов, фотосинтез не ограничивается недостатком источников углеродного питания.

Фосфор. Фосфор относится к числу наиболее важных биогенных элементов. Фосфор присутствует в клеточном материале. Фосфатные группы являются основными структурными элементами нуклеиновых кислот, фосфолипидов и частью АТФ, участвующих в энергетических и анаболических процессах. Фосфор ассимилируется из среды обитания в процессах фотосинтеза, хемосинтеза и разложения органических остатков. В природных водах он содержится в виде минеральных и органических соединений. Запасы фосфора в водоемах пополняются за счет выщелачивания почвенных и горных пород и биохимического распада водной и наземной растительности.

В состав общего фосфора входят:

Содержание общего фосфора варьирует от десятых до нескольких сотых мг/л. При отсутствии фосфора водоросли не фотосинтезируют и вскоре отмирают. При избытке фосфора водоросли могут накапливать его в своих клетках и некоторое время функционировать в среде лишенной фосфора. Наиболее легко усваиваемая фитопланктоном форма фосфора — ортофосфат (H2PO4 — при рН 3-7, HPO4 — при рН 8-12). Различные формы фосфора находятся в непрерывном взаимодействии, что создает трудности при изучении динамики биогенных элементов.

Взвешенный фосфор — адсорбирован на поверхности взвешенного материала или связанный с его структурами. Взвешенные частицы в состоянии покоя оседают на дно под действием силы тяжести и могут там находиться неопределенно долго. Органический (связанный с углеродом) взвешенный фосфор может потребляться организмами и бактериями, питающимися детритом. Неорганический (минеральный) взвешенный может растворяться и усваиваться растениями и бактериями. В результате взмучивания, перемешивания, диффузии фосфор из донных отложений попадает в толщу воды.

Растворенный фосфор — к этой форме относятся свободные ионы и частицы < 1мкм. Они находятся в толще воды и биологически доступный фосфор сосредоточен гл. образом в поверхностных слоях (в эвфотической зоне — зоне фотосинтеза). Ниже зоны фотосинтеза потребление фосфора не будет. Фосфор, который не утилизируется водорослями, может ассимилироваться бактериями и превращаться в органический фосфор. Он может также осаждаться и связываться с частицами донных отложений и может быть вынесенным из водоема водным потоком.

Для оценки количества биологически доступного фосфора или общего фосфора, поступающего в водоем в течение года, используют меру — фосфорная нагрузка. Это основной показатель возможности обогащения биогенными элементами. Например в оз. Балатон фосфорная нагрузка составляет 0.62 г/м 2 год, в Рыбинском водохранилище — 1.4 г/м 2 год.

Круговорот фосфора в окружающей среде существенно однонаправлен (рис. 3). В отличие от азота он не может вернуться в газовую фазу. Он поступает в биосферу в результате эрозии горных и осадочных пород, глинистых материалов и торфяников. Антропогенными источниками фосфора являются очищенные сточные воды и смываемые с водосбора удобрения.

Азот. Азот необходим для жизни, так как он входит в структурный состав белков и аминокислот. В водоемах он существует в нескольких формах, имеющих динамическую взаимозависимость, которую можно описать в виде круговорота азота (рис.4).

Минеральные соединения азота присутствуют воде в 3-х формах

— аммонийный, нитритный и нитратный. В воде преобладают нитратные формы, нитриты присутствуют в меньшем количестве, чем нитраты. Различные виды водорослей нуждаются в разной концентрации солей азота. Например, синезеленая водоросль Anabaena усваивает в первую очередь аммиачный азот, некоторые другие преимущественно используют нитраты. Очень требовательны к азоту синезеленые водоросли и некоторые зеленые (хлорококковые). Избыток солей азота приводит к угнетению развития водорослей, особенно при высоких концентрациях аммиачного азота.

Одним из основных источников азотных соединений в водоемах является усвоение молекулярного азота синезелеными водорослями и разными видами бактерий. Основное количество азотфиксаторов принадлежит бактериям, второе место занимают синезеленые. Однако последние имеют наибольшее значение в фиксации молекулярного азота.

Схематично круговорот азота биогенного происхождения в водоемах можно представить так:

Нитрификация — поэтапное бактериальное окисление:

и вновь потребление азота фитопланктоном и макрофитами. Органические формы азота находятся в продуктах частичного распада водных организмов.

Следует знать, что нитриты являются нестойкой промежуточной формой и составляют формой и составляют в воде тысячные доли мг/л, аммонийные соли — сотые или десятые доли мг/л, нитраты изменяются в более широких пределах от 0 до 3 мг/л, иногда 4-5 мг/л.

Потери азота происходят за счет потребления водорослями и денитрификации. В анаэробных условиях происходит восстановление NO3 до N и O2 2NO3 → N2 + 3O3

Этот процесс идет в придонном слое водоемов.

Для оценки количества биологически доступного азота или общего азота, поступающего в водоем в течение года, используют меру — азотная нагрузка. Например в оз. Балатон — азотная нагрузка составляет 1.3 г/м 2 год, в Рыбинском водохранилище — 14.3 г/м 2 год.

Абиогенные источники азота :

1. При грозовых разрядах образуется окись азота.

2. Образующийся при сгорании топлива, окисляется при высокой температуре с образованием значительного количества оксида азота (NO) и диоксида азота (NO2), которые потом поступают в атмосферу.

3. Азот поступает с водосборной площади и атмосферными осадками. В наиболее индустриальных районах атмосферные осадки ежегодно поставляют до 15-17 кг аммонийного и нитратного азота на 1 га земельных угодий. С расширением использования минеральных удобрений приток азота в водоемы возрастает.

Таким образом, наиболее важные биогенные элементы в эвтрофировании водоемов — фосфор и азот Их круговорот имеет некоторые общие черты, но для фосфора отсутствует обратный путь в газовую фазу, поэтому он часто накапливается в озерах и водохранилищах.

Источник