If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Եթե գտնվում ես վեբ զտիչի հետևում, խնդրում ենք համոզվել, որ *.kastatic.org և *.kasandbox.org տիրույթները հանված են արգելափակումից։

Հիմնական նյութ

Ազոտի շրջապտույտ

Մանրէների հիմնական դերը ազոտի ֆիքսացիայիում։ Ինչպես կարող է ազոտ պարունակող պարարտանյութերի չափից շատ օգտագործումը հանգեցնել ջրիմուռների ծաղկման։

Հիմնական դրույթներ

  • Ազոտը կենդանի օրգանիզմների համար առանցքային բաղադրիչ է։ Ազոտի ատոմները առկա են բոլոր սպիտակուցներում և ԴՆԹ-ում։
  • Ազոտը մթնոլորտում գտնվում է N2 գազի տեսքով։ Ազոտի կլանման ժամանակ բակտերիաները N2-ը վերածում են ամոնիակի՝ ազոտ պարունակող միացության, որը կարող են օգտագործել բույսերը։ Երբ կենդանիները սնվում են բույսերով, դրանք ստանում են ազոտի միացություններ, որոնք կարող են օգատգործել։
  • ազոտը բնության և գյուղատնտեսության մեջ հաճախ հանդիպող սահմանափակող սննդանյութ է։ Սահմանափակող սննդանյութը այն սննդանյութն է, որի քանակները քիչ են և որը կարող է սահմանափակել օրգանիզմների աճը։
  • Երբ ազոտ և ֆոսֆոր պարունակող պարարտանյութերը անձրևների հետևանքով հայտնվում են լճերում և գետերում, դրանք կարող են հանգեցնել ջրիմուռների ծաղկման։ Այս գործընթացը կոչվում է էվտրոֆիկացիա։

Ներածություն

Ազոտն ամենուր է։ Իրականում N2-ը կազմում է մթնոլորտի ծավալի 78%-ը՝ գերազանցելով O2-ին, որը մենք հաճախ համարում ենք «օդ»: 1
Բայց շրջակայքում ազատ ազոտ ունենալը և այն օգտագործելը երկու տարբեր բաներ են: Քո մարմինը, բույսերն ու կենդանիները չեն կարողանում փոխակերպել N2 - ը օրգանիզմի համար կիրառելի ձևերի: Մենք՝ կենդանիներս, և բույսերը պարզապես չունենք համապատասխան ֆերմենտներ՝ մթնոլորտային ազոտը կլանելու համար:
Այնուամենայնիվ, ձեր ԴՆԹ և սպիտակուցները բավականին քիչ ազոտ են պարունակում: Որտեղի՞ց է գալիս այդ ազոտը: Բնական աշխարհում այն գալիս է բակտերիայից:

Բակտերիաները ազոտի կենսացիկլում կարևոր դեր ունեն

Ազոտը ներմուծվում է կենդանի օրգանիզմների աշխարհ բակտերիաների և այլ միաբջիջ նախակորիզավորների միջոցով, որոնք փոխակերպում են մթնոլորտային ազոտը՝ N2 դրա կենսաբանորեն կիրառելի ձևերի մի գործընթացի արդյունքում, որը կոչվում է *ազոտի կլանում։ Ազոտ կլանող բակտերիաների որոշ տեսակներ ազատ ապրում են հողում կամ ջրում, իսկ մյուսները օգտակար սիմբիոզ են առաջացնում բույսերի հետ՝ ապրելով դրանց օրգանիզմում։
Ազոտ կլանող միկրոօրգանիզմները կլանում են մթնոլորտային ազոտը՝ այն վերածելով ամոնիակի NH3, որը կարող են վերցնել բույսերը և օգտագործել օրգանական մոլեկուլներ սինթեզելու համար: Երբ կենդանիները սնվում են բույսերով, ազոտ պարունակող մոլեկուլները փոխանցվում են կենդանիներին: Նրանք կարող են ներառվել կենդանու մարմնի կազմում կամ քայքայվել և հեռացվել թափոնների տեսքով, օրինակ՝ մեզի մեջ պարունակվող միզանյութի:
Նախակորիզավորները ազոտի ցիկլում մի քանի կարևոր դերեր են կատարում։ Ազոտ ֆիքսող բակտերիաները, որոնք բնակվում են հողում և որոշ բույսերի արմատներում մթոլորտային ազոտը փոխակերպում են ամոնիակի։ Նիտրիֆիկացնող բակտերիաները ամոնիակը փոխակերպում են նիտրատների կամ նիտրիտների։ Ամոնիակը, նիտրատները և նիտրիտները բոլորը ազոտի կլանված տարբերակներ են, որոնց բույսերը կարող են կլանել։ Դենիտրիֆիկացնող բակտերիաները նիտրատները կրկին վերածում են ազոտ գազի։
Նկարի աղբյուր՝ Nitrogen cycle ըստ Johann Dréo (CC BY-SA 3.0); փոփոխված նկարի լիցենզիան՝ CC BY-SA 3.0
Ազոտը հավերժ չի մնում կենդանի օրգանիզմների մարմիններում: Փոխարենը բակտերիաները օրգանական ազոտը փոխակերպում են N2 գազի: Այս գործընթացը սովորաբար իրականանում է ցամաքային էկոհամակարգերում մի քանի քայլերի արդյունքում: Մահացած օրգանիզմներից կամ թափոններից բակտերիաները ազոտային միացությունները փոխակերպվում են ամոնիակի՝ NH3, իսկ ամոնիակը՝ նիտրիտների և նիտրատների: Ի վերջո, դենիտրիֆիկացնող բակտերիաները փոխակերպվում են նիտրատները N2 գազի։

Ծովային էկոհամակարգերում ազոտի շրջապտույտը

Մինչ այժմ մենք կենտրոնացած էինք բնական ազոտի ցիկլի վրա, որը տեղի է ունենում ցամաքային էկոհամակարգերում: Այնուամենայնիվ, ընդհանուր առմամբ նմանատիպ քայլեր են տեղի ունենում ազոտի ջրային ցիկլում: Այնտեղ ամոնիֆիկացման, նիտրիֆիկացման և դենիտրիֆիկացման գործընթացները կատարում են ծովային բակտերիաները և արքեայները:
Նկարում ցուցադրված է ազոտի ցիկլը: Մթնոլորտից ազոտ գազը կլանվում է՝ վերածվելով օրգանական ազոտի՝ ազոտը կլանող բակտերիաների միջոցով: Այս օրգանական ազոտը ներմուծվում է երկրային սննդի ցանցեր: Այն դուրս է գալիս սննդային ցանցերից՝ հողի ազոտային թափոնների տեսքով: Հողի բակտերիաներն ու սնկերը այդտեղ հայտնված ազոդային թափոնները փոխակերպում են ամոնիումի իոնի՝ NH4+։ Նիտրիֆիկացնող բակտերիաները ամոնիումը փոխակերպում են նիտրիտի՝ NO2- , ապա՝ նիտրատի՝ NO3-: Դենիտրիֆիկացնող բակտերիաները նիտրատը հետ են վերածում ազոտ գազի, որը նորից վերադառնում է մթնոլորտ: Թափոնների և պարարտանյութերի կազմության մեջ առկա ազոտը հայտնվում է օվկիանոսում, որտեղ մտնում է ծովային սննդային ցանցեր: Օրգանական ազոտի որոշ մասը հայտնվում է օվկիանոսի հատակում՝ նստվածքի տեսքով: Օվկիանոսում գտնվող օրգանական ազոտի մյուս մասը վերածվում է նիտրիտ և նիտրատ իոնների, որն այնուհետև փոխակերպվում է ազոտի գազի, ճիշտ այնպես ինչպես տեղի է ունենում ցամաքում։
Նկարի աղբյուր՝ Biogeochemical cycles: Figure 4 ըստ OpenStax College, Biology, CC BY 4.0. Modification of work by John M. Evans and Howard Perlman, USGS
Ազոտ պարունակող որոշ միացություններ որպես նստվածք հայտնվում են օվկիանոսի հատակում: Երկար ժամանակահատվածում նստվածքները սեղմվում են և առաջացնում նստվածքային ժայռ: Ի վերջո, երկրաբանական վերելքը կարող է նստվածքային ժայռը փոխադրել դեպի ցամաք: Նախկինում գիտնականները չէին կարծում, որ ազոտով հարուստ այս նստվածքային ապարն ազոտի կարևոր աղբյուր կարող է լինել ցամաքային էկոհամակարգերի համար: Այնուամենայնիվ, նոր ուսումնասիրությունը ցույց է տալիս, որ այն իրականում կարող է բավականին կարևոր լինել՝ ազոտը աստիճանաբար արձակվում է միջավայր՝ բույսերին, երբ ժայռը քայքայվում է կամ մաշվում: 2

Ազոտը որպես սահմանափակող սննդանյութ

Բնական էկոհամակարգերում շատ գործընթացներ, ինչպիսիք են օրինակ առաջնային արտադրությունը և քայքայումը, սահմանափակվում են ազոտի քանակներով և հասանելիությամբ։ Այլ կերպ ասած ազոտը հաճախ հանդիսանում է սահմանափակող գործոն՝ սննդանյութ, որի քանակները ամենաքիչն են ևհետևաբար որը սահմանափակում է պոպուլյացիայի առանձնյակների աճը։
Ինչպե՞ս ենք հասկանում, թե որ սննդանյութն է սահմանափակող։ Հաճախ այն ստուգում ենք հետևյալ եղանակով՝ 3
  • Երբ սննդանյութը սահմանափակող գործոն է հանդիսանում, ապա դրա քանակի ավելացումը մեծացնում է նաև դրանց աճը, օրինակ ՝ այդ դեպքերում բույսերը ավելի մեծ չափսեր կունենան։
  • Իսկ եթե դրա փոխարեն ավելացնենք աճը չսահմանափակող սննդանյութ, ապա այն որևէ ազդեցություն չի ունենա, օրինակ՝ բույսերի աճի վրա։ Օրինակ՝ բույսերը կունենան նույն բարձրությունը և՛ սննդանյութի քանակի ավելացման, և՛ նույն քանակի պահպանման դեպքում։
Օրինակ, եթե այգում լոբու բույսերի կեսին ավելացնենք ազոտ և պարզենք, որ դրանք ավելի մեծ բարձրություն են ունենում, քան չմշակված բույսերը, ապա դա իրենից կենթադրի, որ ազոտը սահմանափակող սննդանյութ է: Եթե փոխարենը, մեր փորձում աճի տարբերություն չնկատենք, ապա դա կառաջարկի, որ ազոտից փոխարեն մեկ այլ սննդանյութեր պետք է սահմանափակող լինի:
Ազոտը և ֆոսֆորը և՛ բնական էկոհամակարգերում, և՛ գյուղատնտեսության ոլորտում ամենից հաճախ հանդիպող սահմանափակող սննդանյութերն են։ Այդ իսկ պատճառով եթե ուսումնասիրես պարարտանյութերի կազմությունը, ապա կտեսնես, որ այն շատ ազոտ և ֆոսֆոր է պարունակում։

Մարդկային գործունեության ազդեցությունը ազոտի ցիկլի վրա

Մենք՝ մարդիկ, գուցե և ի վիճակի չենք ազոտը կենսաբանորեն կլանել, բայց, անկասկած, կարողանում ենք կլանել արդյունաբերականորեն: Տարեկան Հաբեր-Բոշի գործընթացով մոտ 450 միլիոն տոննա կլանված ազոտ է արտադրվում, որի ժամանակ N2 բարձր ջերմաստիճանում փոխազդում է ջրածնի՝ H2 հետ: 4 Այս ֆիքսված ազոտի մեծ մասը օգտագործվում է այն պարարտանյութերի պատրաստման համար, որոնք մենք օգտագործում ենք մեր սիզամարգերում, այգիներում և գյուղատնտեսական դաշտերում:
Ընդհանուր առմամբ, մարդկային գործունեության արդյունքում դեպի շրջակա միջավայր կարող է ազոտ է արտանետվել 2 եղանակներով՝ հանածո վառելիքի այրման և գյուղատնտեսության մեջ ազոտ պարունակող պարարտանյութերի օգտագործման արդյունքում: Երկու գործընթացներն էլ բարձրացնում են մթնոլորտում ազոտ պարունակող միացությունների մակարդակը: Մթնոլորտային ազոտի բարձր մակարդակը (բացի N2-ի տեսքով կուտակվելուց) կապված է վնասակար հետևանքների հետ, ինչպես օրինակ թթվային անձրևի արտադրությունը, ազոտաթթվի տեսքով՝ HNO3 և ջերմոցային էֆեկտին նպաստելը, ազոտի օքսիդի տեսքով N2O:
Բացի այդ, երբ գյուղատնտեսության ոլորտում օգտագործվում են ազոտ և ֆոսֆոր պարունակող արհեստական պարարտանյութեր, դրանց ավելորդ քանակները մակերեսային արտահոսքով կարող են լցվել լճեր, առվակներ և գետեր: Պարարտանյութի արտահոսքի հետևանքով հիմնականում առաջանում է աղի և քաղցրահամ ջրերի էվտրոֆիկացիա: Այս գործընթացում սննդանյութերի արտահոսքը առաջացնում է ջրիմուռների կամ այլ միկրոօրգանիզմների գերաճ, կամ «ծաղկում»: Առանց սննդանյութերի արտահոսքի, վերջիններիս աճը սահմանափակվում էր ազոտի և ֆոսֆորի հասանելիությամբ։
Էվտրոֆիկացիան կարող է գիաշերվա ընթացքում նվազեցնել ջրում թթվածնի քանակները, քանի որ ջրիմուռներն ու միկրոօրգանիզմները բջջային շնչառության ժամանակ մեծ քանակությամբ թթվածին են օգտագործում: Սա կարող է հանգեցնել տուժած էկոհամակարգերում ապրող այլ օրգանիզմների (ինչպիսիք են ձկներն ու ծովախեցգետինները) մահվան և հանգեցնել թթվածնի ցածր մակարդակով, տեսակներից զուրկ տարածքների առաջացման, որոնք կոչվում են մեռյալ գոտիներ: 5

Ուզո՞ւմ ես միանալ խոսակցությանը։

Առայժմ հրապարակումներ չկան։
Անգլերեն հասկանո՞ւմ ես: Սեղմիր այստեղ և ավելի շատ քննարկումներ կգտնես «Քան» ակադեմիայի անգլերեն կայքում: