Stikstofsiklus

in Wikipedia, die vrye ensiklopedie
Spring na: navigasie, soek
Broom icon.svg Hierdie artikel moet skoongemaak of andersins verbeter word.
Hierdie artikel voldoen nie tans aan die hoë gehaltestandaarde waarna Wikipedia streef nie. Voel vry om self in te spring en verbeterings te maak, en verwyder hierdie kennisgewing ná die tyd. Vir meer hulp, sien die redigeringshulp. Daar is moontlik kommentaar in die artikel of op die besprekingsblad oor wat verbeter moet word.
'n Skematiese voorstelling van stikstofvloei in die natuur.

Stikstof is die volopste element in die atmosfeer en is noodsaaklik vir alle lewe. Die stikstofsiklus is die biogeochemiese siklus wat 'n beskrywing van die transformasies van stikstof- en stikstofbevattende verbindings in die natuur bied. Dit is 'n siklus wat gasvormige komponente insluit.

Die aarde se atmosfeer is ongeveer 78-80% stikstof,[1] wat dit die grootste bron van stikstof maak.

Ekologiese funksie[wysig]

Stikstof is noodsaaklik vir baie biologiese prosesse, wat beteken dat dit lewensbelangrik is vir enige lewe hier op Aarde. Dit kom voor in alle aminosure, word opgeneem in proteïene, en is teenwoordig in die basisse waaruit nukleïensure bestaan, soos DNS en RNS. In plante, word baie van die stikstof gebruik in die chlorofil molekule wat noodsaaklik is vir fotosintese en verdere groei.

Alhoewel die aarde se atmosfeer 'n ryk bron van stikstof is, is die meerderheid hiervan relatief onbruikbaar vir plante [3]. Stikstofbinding, of stikstoffiksasie, is nodig vir die omskakeling van stikstof in die gasvorm na 'n vorm bruikbaar vir lewende organismes - vandaar stikstof se belangrikheid in voedselproduksie. Die oorvloed of skaarsheid van hierdie stikstof in die "vaste" vorm, ook bekend as reaktiewe stikstof, dikteer die hoeveelheid voedsel wat op 'n spesifieke grondoppervlakte verbou kan word.

Omgewingsimpakte[wysig]

Toenemende gebruik van stikstof kunsmis veroorsaak dramatiese veranderinge van die omgewing, insluitend die oppervlak- en grondwater besoedeling, dooie sones in die oseaan en die bevordering van aardverwarming.

Ammoniak is uiters giftig vir visse. Die water afkomstig vanaf ammoniakverwerkingsaanlegte moet dikwels noukeurig gemonitor word. Om te verhoed dat vislewe geaffekteer word, word nitrifikasie voor loslating dikwels aanbeveel. Die aanwending van hierdie water bogronds kan 'n aantreklike alternatief wees in plaas van die meganiese deurlugting vir nitrifikasie.

Tydens anaërobiese (lae suurstof) toestande, word vind denitrifikasie plaas deur bakterieë. Dit lei in nitraat word omgeskakel na stikstof gasse (NEE, N2O, N2) en teruggestuur word aan die atmosfeer. Nitraat kan ook verminder word na nitriet en daarna saam met die ammonium in die anammox-proses, wat lei ook in die produksie van distikstof gas.

Die prosesse van die stikstofsiklus[wysig]

Stikstoffiksasie[wysig]

Atmosferiese stikstof moet verwerk word nie, of die "vaste" (sien artikel op stikstofbinding), om deur die plante gebruik kan word. Sommige fixation tree op in die weerlig slaan, maar die meeste fixation word gedoen deur vrylewende of simbiotiese bakterieë. Hierdie bakterieë nitrogenase enzyme het dat gasvormige stikstof met waterstof verbind te produseer ammoniak, wat dan verder te omskep deur die bakterieë om hul eie organiese verbindings. Sommige stikstof vaststelling bakterieë, soos Rhizobium-, woon in die wortels van peulplante nodules (soos ertjies of boontjies). Hier vorm by 'n mutualis tische verhouding die plant, die vervaardiging van ammoniak in ruil vir koolhidrate. Voedingstof-arme gronde kan word beplant met peulgewasse te verryk hulle met stikstof. Paar ander plante kan sulke symbioses vorm. Tans 'n baie groot gedeelte van stikstof gefixeerd in ammoniak chemiese plante.

Stikstofomskakeling[wysig]

Die omskakeling van stikstof (N2) vanaf die atmosfeer, in 'n vorm wat geredelik beskikbaar is vir plante, en vandaar na die diere en die mens is 'n belangrike stap in die stikstofsiklus van die verspreiding en verskaffing van hierdie noodsaaklike voedingstof. Daar is vier maniere om stikstof (N2) (atmosferiese stikstofgas) om te sit in meer chemies reaktiewe vorme: [2]

  1. Biological fixation: sommige simbiotiese bakterieë (meestal geassosieer met vlinderbloemigen) en 'n paar vrylewende bakterieë in staat om vas te stel stikstof as organiese stikstof. 'N voorbeeld van mutualis tische stikstof vaststelling van bakterieë is die Rhizobium bakterieë, wat in die peulgewas wortel nodules woon. Hierdie spesies is diazotrophs. 'N voorbeeld van 'n vrylewende bakterieë is Azotobacter.
  2. Industrial N-fiksasie: Onder groot druk, by 'n temperatuur van 600 C, en met die gebruik van 'n katalisator, atmosferiese stikstof en waterstof (gewoonlik afgelei van aardgas of olie) gekombineer kan word om vorm ammoniak (NH3). In die Haber-proses Stellenbosch, N2 is saam omgeskakel met waterstofgas (H2) in ammoniak (NH3) wat gebruik word om kunsmis en plofstowwe.
  3. Van Combustion fossielbrandstowwe: motor-enjins en termiese kragsentrales, wat vrylating verskillende stikstofoxiden (NOx).
  4. Other prosesse: Verder, die vorming van NO vanaf N2 en O2 as gevolg van fotone en veral die weerlig, is belangrik vir die atmosferiese chemie, maar nie vir terrestriële akwatiese of stikstof omset.

Stikstofassimilasie[wysig]

Sommige plante kry stikstof uit die grond, en deur die opname van hul wortels in die vorm van óf nitraatione of ammonium ione. Alle stikstof verkry deur diere kan terug gaan na die eet van die plante teruggespoor word op 'n sekere stadium van die voedselketting.

Plante kan absorbeer ammoniumione nitraat of uit die grond deur hul wortelhare. As nitraat geabsorbeer is, is dit die eerste verminder tot nitrietione en dan ammoniumione vir opname in aminosure, intens nukleïensure, en chlorofil. [2] In die plante wat 'n mutualis tische verhouding met rhizobia het, sommige stikstof geassimileer is in die vorm van ammoniumione direk vanaf die knoppies. Diere, swamme en ander heterotrofe organismes te absorbeer stikstof soos aminosure, nukleotiede en ander klein organiese molekules.

Ammonification[wysig]

As 'n plant sterf, 'n dier sterf, of 'n dier skei afval, is die aanvanklike vorm van organiese stikstof word. Bakterieë, of in sommige gevalle, swamme, sit die organiese stikstof binne die oorblyfsels terug in ammonium (NH4), 'n proses genaamd ammonification of mineraliserings. Ensieme Betrokke:

  • GS: GLN Synthetase (cytosole & plastiede)
  • GOGAT: GLU 2-oxoglutarate aminotransferase (Ferredoxin & NADH afhanklik)
  • GDH: GLU dehidrogenase:
    • Mineur Rol in die ammonium-assimilasie.
    • Belangrik in die aminosuur katabolisme.

Nitrifikasie[wysig]

Die omskakeling van ammoniak na nitraat word hoofsaaklik uitgevoer deur grond-lewende bakterieë en ander nitrifying bakterieë. Die primêre fase van die nitrificatie, die oksidasie van ammoniak (NH3) uitgevoer word deur bakterieë soos die Nitrosomonas spesies, wat bekeerlinge ammoniak na nitriet (NO2-). Ander bakteriese spesies, soos die Nitrobacter, is verantwoordelik vir die oksidasie van die nitriete in nitraat (NO3-). [2]. Dit is belangrik vir die nitriete word omgesit na nitraat weens opgehoopte nitrieten is giftig te plant lewe.

As gevolg van hulle 'n baie hoë oplosbaarheid, kan nitraat betree die grondwater. Verhoogde nitraat in die grondwater is 'n bekommernis vir drinkwater gebruik omdat nitraat kan inmeng met bloed suurstof vlakke in babas en veroorsaak methemoglobinemia of blou baba-sindroom. [4] Waar die grondwater herladingen stroom vloei, nitraat-verrykte grondwater kan bydra tot eutrofikasie, 'n proses wat lei tot hoë alge, veral blou-groen alge-bevolking en die dood van die water in die lewe as gevolg van oormatige behoefte aan suurstof. Hoewel nie direk giftig vir visse lewe soos ammoniak, kan nitraat indirekte effek op visse het as dit dra by tot hierdie vermesting. Stikstof het bygedra tot ernstige eutrofiëring probleme in sommige water liggame. Vanaf 2006, is die toepassing van stikstof bemesting word toenemend beheerde in Brittanje en die Verenigde State. Is dit voorkom in dieselfde trant as die beheer van fosfor kunsmis, beperking van wat normaalweg beskou as noodsaaklik vir die herstel van die vermeste waters.

Denitrifikasie[wysig]

Denitrificatie word die vermindering van nitraat terug in die grootliks onaktiewe stikstofgas (N2), die voltooiing van die stikstofsiklus. Hierdie proses word uitgevoer deur bakteriese spesies soos Pseudomonas en Clostridium in die anaerobiese toestande. [2] Hulle gebruik die nitraat as 'n elektron aanvaarder in die plek van die suurstof tydens respirasie. Hierdie facultatively anaërobiese bakterieë kan ook woon in aërobiese toestande.

Anaërobies ammonium oksidasie[wysig]

In hierdie biologiese proses, nitriet en ammonium direk omgesit word in distikstof gas. Hierdie proses maak tot 'n groot deel van distikstof sukses in die oseane.


Menslike invloed op die stikstofsiklus[wysig]

As gevolg van 'n uitgebreide verbouing van peulplante (veral soja-, lusern, en klawer), 'n groeiende gebruik van die Haber-proses van Stellenbosch in die skepping van chemiese kunsmis, en die besoedeling wat uitgestraal word deur voertuie en industriële plante, het die mens meer as verdubbel het die jaarlikse oordrag van stikstof in biologies beskikbare vorms. [4] Daarbenewens het die mens aansienlik bygedra het tot die oordrag van stikstof sporen gasse vanaf die Aarde na die atmosfeer, en uit die land te akwatiese stelsels. Menslike verbouings aan die globale stikstofsiklus is die mees intense in ontwikkelde lande en in Asië, waar die voertuig die uitstoot en die industriële landbou die hoogste is. [5]

N2O (nitrous oxide) het in die atmosfeer toegeneem as gevolg van die landbou-bevrugting, biomassa verbranding, die vee en voerkrale, en ander industriële bronne. [6] N2O het nadelige gevolge in die stratosfeer, waar dit breek en tree op as 'n katalisator in van die vernietiging van atmosferiese osoon. N2O in die atmosfeer is 'n kweekhuisgas, wat tans die derde grootste bydraer tot aardverwarming, na koolstofdioksied en metaan. Hoewel nie as 'n oorvloed in die atmosfeer soos koolstofdioksied, vir 'n ekwivalente massa, stikstofoksied is byna 300 keer sterker in sy vermoë om te warm die planeet. [7]

Ammoniak (NH3) in die atmosfeer het verdriedubbel as die gevolg van menslike aktiwiteite. It is 'n reagens in die atmosfeer, waar dit dien as 'n aerosol, dalende kwaliteit van die lug en vashou op te water druppels, uiteindelik lei tot suurreën. Fossielbrandstof kan verbranding het ook bygedra tot 'n 6 of 7 vou toename in NOx-vloed in die atmosfeer. NOx-aktief te verander atmosferiese chemie, en is 'n voorloper van die troposfeer (laer atmosfeer) osoon produksie, wat bydra tot rookmis, suurreën, skadevergoeding plante en verhoog stikstof insette tot ekosisteme. [2] Ekostelsel prosesse kan verhoog met stikstofbemesting, maar menslike insette kan ook lei tot stikstof volop, wat verswak, produktiwiteit en kan doodmaak plante. [4] Vermindering in die biodiversiteit kan ook tot gevolg hê as die hoër stikstof beskikbaarheid verhoog stikstof-veeleisende grasse, veroorsaak 'n agteruitgang van stikstof-arm, spesies uiteenlopende heide. [8]


Afvalwaterbehandeling[wysig]

Ter plaatse riool fasiliteite soos septiese tenks en hou tenks vrylating van groot hoeveelhede stikstof in die omgewing deur die nakoming deur middel van 'n drainfield in die grond. Mikrobiese aktiwiteit verorber die stikstof en ander kontaminante in die afvalwater. Maar in sekere gebiede die grond nie geskik is vir die afhandeling van enige of al die afvalwater, en as gevolg daarvan, die afvalwater met die kontaminante betree die waterdraers. Hierdie verontreinigingen akkumuleer en uiteindelik eindig in die drinkwater. Een van die kontaminante bekommerd oor die meeste is stikstof in die vorm van nitrate. 'N nitraat konsentrasie van 10 ppm of 10 milligram per liter is die huidige EPA-perk vir drinkwater en die tipiese huishoudelike afvalwater kan produseer 'n verskeidenheid van 20-85 dpm (milligram per liter).

Die gesondheids-risiko geassosieer met drink> 10 mg / kg stikstof die water is die ontwikkeling van methemoglobinemia en is word veroorsaak blou baba-sindroom. Verskeie state programme het nou begin om gevorderde afvalwaterbehandeling stelsels in te voer om die tipiese ter plaatse riool fasiliteite. Die resultaat van hierdie stelsels is 'n algemene vermindering van stikstof, sowel as ander kontaminante in die afvalwater.

Bykomende, dalk 'n groter risiko's word deur die verhoging van vaste stikstof in akwatiese stelsels wat lei tot eutrofikasie en hypoxie, verstel die chemie en biologie van beide varswater en seewater stelsels, en stijgende die skepping en die groei van die Natuur Compendium Leeswijzer mere en oceanisch dooie sones. [9 ] [10] Die omvang en gevolge van die mens veroorsaak verdubbeling van biologies beskikbare stikstof in die grond, water, en in die lug van die aarde gedurende die afgelope eeu is nog steeds verkeerd verstaan. [11]

Bronne[wysig]

  1. (2004 isbn=9780881926118) Ecology for gardeners. Timber Press.