Азот является одним из элементов, в котором все живые существа в мире нуждаются для производства собственных белков.
Цикл азота, связанный с живыми существами, можно разделить на четыре части:
- фиксация атмосферного азота,
- ассимиляция азота в растениях,
- преобразование органических соединений азота,
- превращение органических соединений азота в неорганические.
Азот и азотсодержащие соединения интегрированы в азотный цикл. Азот является одним из элементов, который необходим всем живым существам на Земле для выработки собственных белков.
Азот в достаточном количестве присутствует в атмосфере. Однако молекулярный азот настолько инертен, что не может быть напрямую поглощен живыми организмами. Растения живут в симбиозе с клубеньковыми бактериями, которые способны превращать атмосферный азот в азотсодержащие соли.
Растения могут расти благодаря этому симбиозу на бедных азотом почвах. Наиболее важным примером так называемой биологической фиксации являются сине-зеленые водоросли в воде. Они превращают молекулярный азот в аммиак.
Во время грозы энергия электрических разрядов приводит к образованию оксидов азота в воздухе. Поскольку в воздухе всегда присутствует водяной пар, эти оксиды растворяются в воде до соответствующих кислот. Поэтому дождь всегда содержит небольшие дозы азотной кислоты. Если осадки со следами азотной кислоты достигают почвы, образуются соли азотной кислоты — нитраты. Этот процесс также называется атмосферной фиксацией.
Однако нитраты и нитриты вырабатываются в почве главным образом почвенными бактериями, которые производят их в процессе обмена веществ, например, путем разложения мертвого органического (белоксодержащего) вещества. Белки сначала превращаются в соединения аммония, а затем в нитриты и нитраты.
Нитраты особенно хорошо усваиваются в растворенном виде растениями и используется для строительства белков. Этот процесс называется ассимиляцией. Меньшая часть нитратов далее разлагается до молекулярного азота (денитрификация), который попадает в атмосферу.
Азотный цикл подразделяется на четыре раздела:
Фиксация атмосферного азота
Только определенные бактерии имеют соответствующие ферменты для преобразования молекулярного азота воздуха в аммиак (ионы аммония). На втором этапе аммиак затем окисляется другими видами бактерий до нитритов и нитратов. Окисление в нитрит и нитрат-ионы называется нитрификацией.
Ассимиляция азота у растений
Большинство высших растений также поглощают растворенные ионы с водой из почвы, например, ионы аммония, нитрита и нитрата. Азот в этих ионах необходим, помимо прочего, для накопления аминокислот.
Преобразование органических соединений азота
Животные поглощают белки растений или других животных с пищей, расщепляют их в процессе обмена веществ и превращают их в собственные органические соединения азота.
Превращение органических соединений азота в неорганические
В экскрементах животных органических соединений азота, которые разлагаются бактериями. Микроорганизмы преобразуют белки и другие азотсодержащие соединения в соединения аммония (аммонификация) и другие неорганические соединения с помощью кислорода. Этот процесс называется распадом. Ионы аммония превращаются в нитриты и нитраты в результате нитрификации. Однако при этом процессе часть аммонийного азота превращается в закись азота N2O, которая улетучивается в атмосферу. Как и углекислый газ, этот газ является парниковым газом.
Благодаря промышленной фиксации азота, синтезу аммиака с помощью процесса Хабера-Боша и его дальнейшей переработке в азотные удобрения для сельского хозяйства человек оказывает значительное влияние на природный азотный цикл.
Другая проблема заключается в том, что, в отличие от ионов аммония, нитрат как анион не связывается с такими компонентами почвы, как гуминовые кислоты. В результате его можно легко смыть в более глубокие слои почвы или в грунтовые воды.
