lovesouthernsocial.com

Među biogeohemijskim ciklusima, azot je najviše proučavan. Proverite rezime i znajte njegovu važnost

Azot je esencijalni hemijski element za postojanje života na Zemlji, jer je komponenta svih aminokiselina u našem telu, pored azotnih baza (koje čine DNK i RNK molekule). Otprilike 78% vazduha koji udišemo sastoji se od atmosferskog azota (N 2 ), koji je njegov najveći rezervoar. Jedan od razloga za to je što je N 2 inertni oblik azota, odnosno gas koji u uobičajenim situacijama nije reaktivan. Dakle, ona se akumulira u atmosferi od nastanka planete. Uprkos tome, malo živih bića je u stanju da ga apsorbuje u njegovom molekularnom obliku (N 2 ). Ispostavlja se da azot, poput gvožđa i sumpora, učestvuje u prirodnom ciklusu tokom kojeg njegova hemijska struktura prolazi kroz transformacije u svakoj od faza, služeći kao osnova za druge reakcije i na taj način postajući dostupnim drugim organizmima – to je veliki značaj ciklus azota (ili "ciklus azota").

Da bi atmosferski N 2 dospeo u zemljište, ulazeći u ekosistem, mora da prođe kroz proces koji se zove fiksacija, koji sprovode male grupe nitrifikujućih bakterija, koje uklanjaju azot u obliku N 2 i ugrađuju ga u svoje organske molekule. Kada fiksaciju vrše živi organizmi kao što su bakterije, to se naziva biološka fiksacija ili biofiksacija. Trenutno je takođe moguće koristiti komercijalna đubriva za fiksaciju azota, koja karakteriše industrijsku fiksaciju, metod koji se široko koristi u poljoprivredi. Pored ovih, postoji i fizička fiksacija koja se vrši gromom i električnim varničenjem, preko koje se azot oksiduje i padavinama prenosi u zemljište, ali ova metoda ima smanjen kapacitet fiksacije azota, što nije dovoljno za organizme. i život na Zemlji da se održe.

Bakterije pri fiksiranju N 2 oslobađaju amonijak (NH 3 ). Amonijak, kada je u kontaktu sa molekulima vode u zemljištu, formira amonijum hidroksid koji, kada se jonizuje, proizvodi amonijum (NH 4 ), u procesu koji je deo ciklusa azota i naziva se amonifikacija. U prirodi postoji ravnoteža između amonijaka i amonijaka, koja je regulisana pH. U sredinama gde je pH kiseliji, preovlađuje formiranje NH 4, a u bazičnim sredinama najčešći proces je stvaranje NH 3 . Ovaj amonijum ima tendenciju da se apsorbuje i koristi uglavnom od biljaka koje imaju bakterije povezane sa svojim korenima (bakteriorizuju). Kada ga proizvode slobodno živeće bakterije, ovaj amonijum ima tendenciju da bude dostupan u zemljištu za upotrebu od strane drugih bakterija (nitrobakterija).

Nitrobakterije su hemosintetici, odnosno autotrofna bića (koja proizvode sopstvenu hranu) koja iz hemijskih reakcija izvlače energiju neophodnu za svoj opstanak. Da bi dobili ovu energiju, oni teže da oksidiraju amonijum, pretvarajući ga u nitrit (NO 2 - ), a kasnije u nitrat (NO 3 - ). Ovaj proces ciklusa azota naziva se nitrifikacija.

Nitrati ostaju slobodni u tlu i nemaju tendenciju da se akumuliraju u prirodno netaknutim sredinama, što znači da može ići na tri različita puta: da ga apsorbuju biljke, da se denitrifikuje ili dospe u vodena tela. I denitrifikacija i tok nitrata u vodena tela imaju negativne posledice po životnu sredinu.

Uticaji na životnu sredinu

Denitrifikacija (ili denitrifikacija) je proces koji sprovode bakterije zvane denitrifikatori, koji ponovo transformišu nitrat u N 2, vraćajući azot u atmosferu. Pored N 2 , drugi gasovi koji se mogu proizvesti su azotni oksid (NO), koji se kombinuje sa atmosferskim kiseonikom, pogodujući formiranju kiselih kiša, i azot oksid (N 2 O), koji je važan uzročni efekat staklene bašte, što pogoršava globalno zagrevanje.

Treći put, koji je put kojim nitrati dospevaju u vodena tela, izaziva ekološki problem koji se naziva eutrofikacija. Ovaj proces karakteriše povećanje koncentracije hranljivih materija (uglavnom jedinjenja azota i fosfora) u vodama jezera ili brane. Ovaj višak hranljivih materija pogoduje ubrzanom razmnožavanju algi, što na kraju otežava prolaz svetlosti, neravnotežu vodenog okruženja. Drugi način da se obezbedi ovaj višak hranljivih materija u vodenoj sredini je ispuštanje otpadnih voda u nju bez adekvatnog tretmana.

Još jedno pitanje koje treba razmotriti je činjenica da azot takođe može biti štetan za biljke kada je prisutan u količinama koje prevazilaze njihove sposobnosti asimilacije. Dakle, višak azota fiksiranog u zemljištu može ograničiti rast biljaka, štetiti usevima. Dakle, odnos ugljenik/azot se takođe mora uzeti u obzir u procesima kompostiranja, tako da metabolizam kolonija mikroorganizama uključenih u proces razlaganja uvek bude aktivan.

Unošenje azota od strane ljudi

Ljudi i druge životinje imaju pristup nitratu kroz gutanje biljaka koje su apsorbovale ovu supstancu ili, prema lancu ishrane, kroz gutanje drugih životinja koje su se hranile ovim biljkama. Ovaj nitrat se vraća u ciklus odumiranja organizma (organska materija) ili izlučivanjem (uree ili mokraćne kiseline, kod većine kopnenih životinja, i amonijaka, u izmetu riba) koji sadrži azotna jedinjenja. Dakle, bakterije koje se raspadaju će delovati na organsku materiju oslobađajući amonijak. Amonijak se takođe može transformisati u nitrite i nitrate pomoću istih nitrobakterija koje transformišu amonijak, integrišući se u ciklus.

Alternativa đubrivima

Kao što smo videli, fiksacija azota u zemljištu može imati pozitivne efekte, ali se proces odvija u višku, može imati negativne posledice po životnu sredinu. Do mešanja čovečanstva u ciklus azota dolazi kroz industrijsku fiksaciju (kroz upotrebu đubriva), što povećava koncentraciju azota koji treba da se fiksira, izazivajući probleme kao što su gore pomenuti.

Alternativa upotrebi đubriva bio bi plodored, naizmenične kulture biljaka koje fiksiraju azot i ne fiksiraju azot. Biljke koje fiksiraju azot su one koje imaju bakterije i druge fiksirajuće organizme povezane sa svojim korenima, kao što se dešava kod mahunarki (kao što su pasulj i soja). Rotacija bi favorizovala fiksaciju azota u sigurnijim količinama od upotrebe đubriva, obezbeđujući hranljive materije kompatibilne sa kapacitetom asimilacije biljaka, favorizujući njihov razvoj i smanjujući nivoe hranljivih materija koje dospevaju u vodna tela. Sličan proces koji se zove "zeleno đubrivo" takođe se može koristiti umesto đubriva.

Ovaj proces se sastoji od kultivisanja biljaka koje fiksiraju azot i košenja pre nego što daju seme, ostavljajući ih na mestu kao malč, tako da se kasnije mogu napraviti kulture drugih vrsta. Odmah ispod možemo da proverimo sliku koja nam donosi rezime onoga što smo videli u članku:

ANAMMOX

Akronim na engleskom (što znači anaerobna oksidacija amonijaka) imenuje inovativni biološki proces za uklanjanje amonijaka iz vode i gasova.

To je prečica, jer amonijak ne bi morao da se nitrifikuje u nitrit, a nitrat da bi se denitrifikovao nazad u N 2 oblik. Sa ANAMMOX procesom, amonijak bi se direktno konvertovao u gas azota (N 2 ). Prva velika stanica postavljena je 2002. godine u Holandiji, a do 2012. godine već je bilo u funkciji 11 objekata.

Efikasan i održiv, ANAMMOX proces se može koristiti za uklanjanje amonijaka iz efluenta u koncentracijama većim od 100 mg/l. Unutar reaktora koegzistiraju nitrifikujuće bakterije i ANAMMOX, gde prvi oko polovine amonijaka transformišu u nitride (hemijska jedinjenja koja imaju azot u svom sastavu), a ANAMMOX bakterije deluju tako što transformišu nitride i amonijak u gasoviti azot.

Pokazalo se da je anaerobna oksidacija amonijaka obećavajuća i već se može naći u industrijskim procesima kao što su tretman otpadnih voda, organski čvrsti otpad, u industriji hrane i đubriva, između ostalog.