Biogeokeemiliste tsüklite hulgas uuritakse kõige rohkem lämmastikku. Kontrollige kokkuvõtet ja teadke selle olulisust
Lämmastik on Maal elu olemasolu jaoks oluline keemiline element, kuna see on lisaks lämmastikalustele (mis moodustavad DNA ja RNA molekule) lisaks kõigile meie keha aminohapetele ka komponent. Ligikaudu 78% õhust, mida me hingame, koosneb atmosfääri lämmastikust (N 2), mis on selle suurim reservuaar. Selle üks põhjus on see, et N2 on lämmastiku inertne vorm, see tähendab gaas, mis tavalistes olukordades ei reageeri. Seega on see kogu planeedi moodustumisest alates atmosfääri kogunenud. Vaatamata sellele on vähestel elusolenditel võime seda molekulaarsel kujul (N 2) neelata. Selgub, et lämmastik, nagu raud ja väävel, osaleb looduslikus tsüklis, mille käigus selle keemiline struktuur muutub igas etapis,on teiste reaktsioonide alus ja muutub seeläbi teistele organismidele kättesaadavaks - see on lämmastiku tsükli (või "lämmastikuringe") suur tähtsus.
Atmosfääri N 2 jõudmiseks pinnasesse, sisenedes ökosüsteemi, peab see läbima protsessi, mida nimetatakse fikseerimiseks, mille viivad läbi väikesed nitrifitseerivate bakterite rühmad, mis eemaldavad lämmastiku N 2 kujul ja viivad selle oma orgaanilistesse molekulidesse. Kui fikseerimist teostavad elusorganismid, näiteks bakterid, nimetatakse seda bioloogiliseks fikseerimiseks või biofiksatsiooniks. Praegu on lämmastiku fikseerimiseks võimalik kasutada ka kaubanduslikke väetisi, iseloomustades põllumajanduses laialdaselt kasutatavat meetodit tööstuslik fikseerimine. Lisaks neile on olemas ka füüsiline fikseerimine, mille teostavad välk ja elektrisädemed, mille kaudu oksüdeeritakse lämmastik ja viiakse vihmade kaudu pinnasesse, kuid sellisel meetodil on lämmastiku fikseerimise võime vähenenud,mis ei ole piisav, et organismid ja elu Maal saaksid end ülal pidada.
Kui bakterid kinnitavad N 2, eraldavad nad ammoniaaki (NH 3). Ammoniaak moodustab kokkupuutel mullaveemolekulidega ammooniumhüdroksiidi, mis ioniseerides toodab ammooniumi (NH 4) protsessis, mis on osa lämmastiku tsüklist ja mida nimetatakse ammonifitseerimiseks. Looduses on ammoniaagi ja ammooniumi vahel tasakaal, mida reguleerib pH. Keskkondades, kus pH on happelisem, domineerib NH 4 moodustumine ja aluselisemates keskkondades on kõige tavalisem protsess NH 3 moodustumine. Seda ammooniumi kipuvad absorbeerima ja kasutama peamiselt taimed, mille juurtega on seotud bakterid (bakteriorriisid). Kui seda toodavad vabalt elavad bakterid, kipub see ammoonium olema mullas saadaval teiste bakterite (nitrobakterite) kasutamiseks.
Nitrobakterid on kemosünteesijad, see tähendab, et nad on autotroofsed olendid (kes toodavad ise toitu), mis eemaldavad nende ellujäämiseks vajaliku energia keemilistest reaktsioonidest. Selle energia saamiseks kipuvad nad ammooniumi oksüdeeruma, muundades selle nitritiks (NO 2 -) ja hiljem nitraadiks (NO 3 -). Seda lämmastikuringe protsessi nimetatakse nitrifikatsiooniks.
Nitraat jääb mullas vabaks ja tal pole kalduvust koguneda looduslikult puutumata keskkondadesse, mistõttu on see võimeline liikuma kolmel erineval viisil: taimede imendumiseks, denitrifitseerimiseks või veekogudeni jõudmiseks. Nii denitrifikatsioonil kui ka nitraatide voolamisel veekogudesse on keskkonnale negatiivsed tagajärjed.
Mõju keskkonnale
Denitrifikatsioon (või denitrifikatsioon) on protsess, mida viivad bakterid, mida nimetatakse denitrifikaatoriteks, mis muudavad nitraadi uuesti N2-ks, viies lämmastiku tagasituleku atmosfääri. Lisaks N2-le võivad tekkida muud lämmastikoksiid (NO), mis ühineb atmosfääri hapnikuga, soodustades happevihmade teket, ja dilämmastikoksiid (N 2 O), mis on oluline põhjustav gaas kasvuhooneefekt, mis süvendab globaalset soojenemist.
Kolmas rada, kus nitraat jõuab veekogudesse, põhjustab keskkonnaprobleemi, mida nimetatakse eutrofeerumiseks. Seda protsessi iseloomustab toitainete (peamiselt lämmastikuühendid ja fosfor) kontsentratsiooni suurenemine järve või tammi vetes. See toitainete liig soodustab vetikate kiirendatud paljunemist, mis lõpuks takistab valguse läbimist ja tasakaalustab veekeskkonda. Teine viis selle liigse toitainete saamiseks veekeskkonnas on reovee eraldamine sellesse ilma nõuetekohase töötlemiseta.
Teine kaalutletav küsimus on asjaolu, et lämmastik võib taimedele kahjulik olla ka siis, kui seda leidub kogustes, mis ületavad nende assimilatsioonivõime. Seega võib mullas fikseeritud lämmastiku liig piirata taime kasvu, kahjustades põllukultuure. Seega tuleb kompostimisprotsessides arvestada ka süsiniku / lämmastiku suhtega, nii et lagunemisprotsessis osalevate mikroorganismide kolooniate ainevahetus oleks alati aktiivne.
Lämmastiku imendumine inimese poolt
Inimestel ja teistel loomadel on juurdepääs nitraadile nende ainete imendunud taimede allaneelamisel või vastavalt toiduahelale teiste nendest taimedest toitunud loomade allaneelamisest. See nitraat naaseb tsüklisse pärast mõne organismi (orgaaniline aine) surma või eritumist (karbamiid või kusihape, enamikul maismaaloomadel ja ammoniaak, kalade väljaheidetes), mis sisaldab lämmastikuühendeid. Seega toimivad lagunevad bakterid ammoniaaki eraldavale orgaanilisele ainele. Ammoniaaki saab muuta nitrititeks ja nitraatideks samade nitrobakterite abil, mis muudavad ammooniumi, integreerudes tsüklisse.
Väetiste alternatiiv
Nagu nägime, võib lämmastiku sidumine mullas põhjustada positiivseid mõjusid, kuid protsess toimub ülemäära, võib tekitada keskkonnale negatiivseid tagajärgi. Inimkonna sekkumine lämmastikuringesse on tingitud tööstuslikust fikseerimisest (väetiste kasutamise kaudu), mis suurendab fikseeritava lämmastiku kontsentratsiooni, põhjustades selliseid probleeme nagu eespool mainitud.
Väetiste kasutamise alternatiiviks oleks külvikord, lämmastikku siduvate ja mittekinnituvate taimede kultuuride vaheldumine. Lämmastikku siduvad taimed on sellised, mille juurtega on seotud bakterid ja muud fikseerivad organismid, nagu liblikõielistel taimedel (näiteks oad ja sojaoad). Rotatsioon soosiks lämmastiku sidumist ohutumates kogustes kui väetised, pakkudes taimede omastamisvõimega kokkusobivaid toitaineid, soodustades nende arengut ja vähendades veekogudesse jõudvate toitainete määra. Sarnast protsessi, mida nimetatakse "roheliseks sõnnikuks", võib kasutada ka väetiste asendamiseks.
See protsess seisneb lämmastikku siduvate taimede kultiveerimises ja harjamises enne seemnete saamist, jättes need multšina oma kohale, nii et hiljem saab teha teisi liike. Allpool näeme pilti, mis toob meile kokkuvõtte kogu artiklis nähtust:
ANAMMOX
Ingliskeelne lühend (mis tähendab ammoniaagi anaeroobset oksüdeerumist) nimetab uuenduslikku bioloogilist protsessi ammoniaagi eemaldamiseks veest ja gaasidest.
See koosneb otseteest, kuna ammoniaaki ei oleks vaja nitrifitseerida nitritiks ja nitraadiks, et denitrifitseerida tagasi N 2 vormiks. ANAMMOX-protsessiga muundataks ammoniaak otse gaasiliseks lämmastikuks (N 2). Esimene suuremahuline jaam paigaldati Hollandisse 2002. aastal ja 2012. aastal oli töös juba 11 rajatist.
Tõhusalt ja jätkusuutlikult saab ANAMMOX-i meetodit kasutada ammoniaagi eemaldamiseks heitveest kontsentratsioonis üle 100 mg / l. Reaktorites eksisteerivad koos nitrifitseerivad bakterid ja ANAMMOX, kus esimesed muudavad umbes poole ammoniaagist nitriidideks (keemilised ühendid, mille koostises on lämmastik), ja ANAMMOX bakterid toimivad nitriidide ja ammoniaagi muundamisel gaasiliseks lämmastikuks.
On tõestatud, et ammoniaagi anaeroobne oksüdeerumine on paljulubav ja seda võib leida juba tööstusprotsessides, nagu reovee puhastamine, orgaanilised tahked jäätmed, toiduainetööstuses, väetised, muu hulgas.
