2.2. Биогеохимические циклы биогенных элементов и воздействие на них человека

Биогенными элементами, то есть элементами, играющими важную роль в жизнедеятельности практически всех живых организмов, являются азот, кислород, углерод, фосфор, сера и некоторые другие.

Круговороты азота, кислорода и углерода имеют резервные фонды в атмосфере (круговороты газообразных веществ). Круговороты фосфора и серы относятся к осадочным циклам.

Биогеохимический цикл азота

Азот является основным газом атмосферы, где его объемная доля составляет 78%. Биосферный круговорот азота хорошо отрегулирован и носит замедленный характер.

Большинство живых организмов может использовать азот только в виде сложных соединений с другими элементами. Азот входит в состав белков и других важных органических соединений, составляющих живые клетки.

Перевод азота из одних неорганических соединений (оксидов азота, аммиака, нитратов, нитритов, солей аммония) в другие происходит при помощи особых бактерий: азотфиксирующих, денитрифицирующих, нитратных, нитритных и др.

На рис. представлена схема круговорота азота в атмосфере.

Газообразный азот атмосферы поглощается азотфиксирующими бактериями (и некоторыми видами водорослей), в процессе жизнедеятельности которых образуются растворимые соединения азота. Определенная разновидность бактерий образуют соединения азота, непосредственно поглощающиеся растениями. Примером такого вида бактерий являются «клубеньковые», живущие на корнях растений из семейства бобовых и обуславливающие образование характерных вздутий − «клубеньков».

Рис.3 Биогеохимический цикл азота

Сравнительно небольшое количество атмосферного азота реагирует с кислородом в результате воздействия газовых разрядов. Образующиеся кислые соединения азота с дождями попадают в почву.

Растения (продуценты) потребляют образованные бактериями соединения азота и синтезируют на их основе сложные органические соединения. Образованные растениями вещества могут передаваться животным (консументам) в процессе питания.

Соединения азота, образующиеся в процессе жизнедеятельности продуцентов и консументов, со временем попадают в почву. При распаде органических соединений азота образуются неорганические вещества. Важную роль в этом процессе играют аммонифицирующие бактерии, которые получают необходимую им энергию в процессе восстановления органических азотсодержащих веществ до аммиака и солей аммония.

Обитающие в почве нитратные и нитритные бактерии осуществляют сложный процесс нитрификации, включающий ряд последовательных реакций преобразования ионов аммония (NH₄⁺) до нитрат-ионов (NO₃⁻), которые могут опять использоваться растениями-продуцентами. Таким образом, почвенные бактерии, продуценты и консументы образуют малый (биологический) круговорот азота − важную часть его биогеохимического цикла.

В почве также происходит процесс денитрификации: под действием денитрифицирующих бактерий из растворимых соединений азота образуются газообразные вещества − происходит возвращение азота в атмосферу.

Определенное количество азота на сотни тысяч лет выключается из круговорота, переходя в глубинные отложения литосферы. Эти потери отчасти компенсируются поступлением азота в атмосферу с вулканическими газами при извержении вулканов. Газообразные соединения азота выделяются также при сжигании каменного угля, торфа, при горении различных органических веществ.

Человек оказывает существенное влияние на перемещение азота в биосфере. В результате деятельности человека в растворимые соединения азота (нитраты, нитриты, соли аммония) переводится азота на 60 % больше, чем в процессе жизнедеятельности всех других организмов. Но, благодаря большому резервному фонду в атмосфере, недостаток азота быстро восполняется за счет перемещения газообразных веществ. Поэтому круговорот азота в настоящее время сохраняет цикличность и относится к числу наиболее отлаженных природных круговоротов.