CYKL AZOTU W BIOSFERZE
Transkrypt
CYKL AZOTU W BIOSFERZE
CYKL AZOTU W BIOSFERZE Stopień utlenienia związek +5 N2O5 HNO3, NO3- +4 NO2 N2O4 +3 HNO2 NO2- +2 NO +1 N2O 0 N2 (-1, -2) (NH2OH, N2H4) -3 NH3, NH4+ CH3NH2 W organizmach Ŝywych zawsze w formie zredukowanej (-3) AZOT Azot w atmosferze Główne formy azotu w atmosferze forma dopływ roczny średnie czas 109 kg N/rok stęŜenie zatrzymania N2 200 78% 108 lat denitryfikacja N2O 10 0,3 ppm 100 lat denitryfikacja źródło nitryfikacja NO+NO2(NOX) 100 0,05 ppb 1 dzień przemysł NH3 50 <1 ppb 10 dni biologiczne Azot w atmosferze O* + N2O -> 2 NO (O3 + hv -> O2 + O*) tworzą się tlenki azotu NOx Azot w skorupie ziemskiej NH4+ saletra chilijska - NaNO3 saletra potasowa, saletra indyjska - KNO3 saletra norweska - Ca(NO3)2 Azot w wodach rozpuszczony N2 azotany Azot w biosferze W organizmach Ŝywych wchodzi w skład: białek (grupa aminowa –NH2) nukleotydów (DNA, RNA, ATP) witamin glikozydów, alkaloidów chlorofilu Azot w biosferze Pobieranie przez organizmy Zwierzęta: aminokwasy Rośliny: azotan (asymilacyjna redukcja) rzadko: amon (mikoryza; rośliny owadoŜerne) Mikroorganizmy: w róŜnych formach Wiązanie azotu: symbioza Azot w biosferze Wydalanie przez organizmy Ryby kostnoszkieletowe, płazy, inne zwierzęta wodne: amoniak („amonioteliczność”) Ssaki, ryby chrzęstnoszkieletowe: mocznik („ureoteliczność”) Owady, gady, ptaki: kwas moczowy („urikoteliczność”) Cykl azotu Cykl azotu Cykl azotu pobieranie i wydalanie przez organizmy Cykl azotu amonifikacja Cykl azotu AMONIFIKACJA ureaza (NH2)2CO + H2O --> 2NH3 + CO2 (Bacillus pasteuri) mocznik (Sporosacrina uraea) Cykl azotu nitryfikacja Cykl azotu NITRYFIKACJA 4NH4+ + 6O2 --> 4NO2- + 8H+ + 4H2O (Nitrozomonas, Nitrobacter) 4NO2- + 2O2 --> 4NO3- (Nitrococcus, Nitrobacter) bakterie nitryfikacyjne – obligatoryjne chemoautotrofy 103 – 105 (108) osobników/1 g gleby Cykl azotu denitryfikacja Cykl azotu DENITRYFIKACJA (dysymilacyjna redukcja azotanów) 5CH2O + 4NO3- + 4H+ --> 2 N2 + CO2 + 7H2O (Bacillus, Spirillum, Thiobacillus denitrificans) Enzymy reduktazy zawierają Fe, Mo Cykl azotu wiązanie azotu atmosferycznego WIĄZANIE AZOTU ATMOSFERYCZNEGO Przemysł (nawozy i inne) Spalanie Wyładowania atmosferyczne Razem nie biologiczne 50 -57 20 10 80 – 87 Naturalne procesy na terenach uprawnych Naturalne procesy w lasach i na nieuŜytkach Morza i oceany Razem biologiczne 50 – 60 36 149 – 175 RAZEM 237 - 255 89 Cykl azotu WIĄZANIE AZOTU ATMOSFERYCZNEGO Abiotycznie: - wyładowania atmosferyczne - spalanie -przemysł Cykl azotu WIĄZANIE AZOTU ATMOSFERYCZNEGO Haber-Bosch N2 + H2 150-250 atm 300-550ºC NH3 -92,4kJ mol-1 e- Przykłady mikroorganizmów wiąŜących azot (* organizmy fototroficzne) Wolno Ŝyjące Symbiozy z roślinami tlenowe beztlenowe motylkowy mi Innymi roślinami Azotobacter Beijerinckia Klebsiella sinice* Clostridium Desulfovibrio purpurowe bakterie siarkowe* purpurowe bakterie niesiarkowe* zielone bakterie siarkowe* Rhizobium Frankia Azospirillum WIĄZANIE AZOTU ATMOSFERYCZNEGO (10kg/ha*rok) 0,5 0,5 2-4 <3 2-4 porosty, burze motylkowe wolnozyjące bakterie sinice niemotylkowe WIĄZANIE AZOTU ATMOSFERYCZNEGO N2 + 8H+ + 6e- --> 2NH4+ G, + 27 kJ mol-1e(redukcja N0 do N-III) CH2O + H2O --> CO2 + 4H+ + 4e- G, - 47 kJ mol-1e----------------------------------------------------------------CH2O + H2O + N2 + 8H+ + 6e- --> CO2 + 4H+ + 4e- + 2NH4+ G, (-47 + 27) kJ mol-1e3CH2O + 3H2O + 2N2 + 4H+ --> 3CO2 + 4 NH4+ G, -120 kJ mol-1 N2 brodawki korzeniowe z Frankia Olsza (Alnus glutinosa) Obieg azotu (mln t/rok) Formy eksportu azotu w ekosystemach leśnych Ameryka Północna Ameryka Południowa transport rzeką azot organiczny 3% denitryfikacja 69% transport rzeką azotany 28% transport rzeką azot organiczny 80% 36,4 kg/ha*rok wg. van Breemen 2002 zmienione denitryfikacja 15% transport rzeką azotany 4% 0,4 kg/ha*rok OBIEG AZOTU WIĄZANIE AZOTU I DENITRYFIKACJA TgN/rok BILANS AZOTU mln t/rok SUMARYCZNY BILANS AZOTU Depozycja azotu (mg/m2*rok) 1860 1990 Galloway i in. 2004 Gruber i Galloway 2008 Capone i Knapp 2007 Gruber i Galloway 2008 Gruber i Galloway 2008 Fig. 2. Estimated N deposition from global total N (NOy and NHx) emissions, totaling 105 Tg N y–1. J N Galloway et al. Science 2008;320:889-892 Published by AAAS