Cyklus dusíku

Cyklus dusíku je cyklus biogeochemical, který popisuje transformace dusíku a dusík-obsahovat sloučeniny v přírodě. Je to cyklus, který zahrnuje plynné složky.

Zemská atmosféra je asi 78 % dusík, dělat to největší kaluž dusíku. Dusík je podstatný pro mnoho biologických dějů; to je rozhodující pro nějaký život tady na Zemi. To je ve všech amino kyselinách, je včleněn do bílkovin, a je přítomný v základech, které tvoří kyseliny nucleic, takový jako DNA a RNA. V rostlinách, hodně z dusíku je používán v molekulách chlorofylu, které jsou podstatné pro fotosyntézu a další růst.

Nepřehlédněte: Tato stránka obsahuje strojový překlad textu z anglické encyklopedie Wikipedia. Pokud budou některé pasáže špatně srozumitelné, zkuste se podívat i na text v originále, který najdete pod odkazem Nitrogen cycle. Překlad byl vytvořen pomocí překladače Eurotran.

Zpracování, nebo fixace, je nutný přeměnit plynný dusík do forem použitelný živými organismy. Nějaká fixace vyskytuje se v blesk stávky, ale nejvíce fixace je dělána volný-žijící nebo symbiotický baktérie. Tito baktérie mít nitrogenase enzym to zkombinuje plynný dusík s vodík k produkci čpavek, který je pak ještě více přestavěný baktériemi dělat jeho vlastní organické sloučeniny. Nějaký dusík opravovat baktérie, takový jak Rhizobium, bydlet v uzlinách kořenu lusky (takový jako hrachy nebo fazole). Tady oni se tvoří mutualistic vztah s rostlinou, produkovat čpavek výměnou pro uhlohydráty. Živina-neúrodné země mohou být zasazeny s lusky obohatit je s dusíkem. Nemnoho jiných rostlin může se tvořit takový symbioses. V dnešní době, opravdu značná část dusíku je fixovaná v čpavek chemikálie zasadí.

Jiné rostliny dostanou dusík z půdy, a absorpcí jejich kořenů ve formě jednoho dusičnanu ionty nebo ammonium ionty. Celý dusík dostalý zvířaty může být stopován zpátky do jedení rostlin u nějaké fáze potravního řetězce.

Kvůli jejich velice vysoké rozpustnosti, dusičnany mohou zadat podzemní vodu. Pozvednutý dusičnan v podzemní vodě je starost o použití pitné vody, protože dusičnan může sahat na krev-hladiny kyslíku v dětech a příčině methemoglobinemia nebo modrý-syndrom dítěte. Kde podzemní voda doplní tok potoku, dusičnan-obohacená podzemní voda může přispět k eutrophication, proces vést k vysoce algal, obzvláště modrý-zelené řasové populace a smrt vodního života kvůli přehnanému požadavku pro kyslík. Zatímco ne přímo jedovatý rybařit v životě jako čpavek, dusičnan může mít nepřímé účinky na rybách jestliže to přispěje k tomuto eutrophication. Dusík přispěl k hrozným eutrophication problémům v některých tělech vody. Jak 2006, použití dusíkatého hnojiva je zvýšeně řízeno v Británii a Spojené státy. Toto nastane podél stejných linek jako kontrola nad hnojivem fosforu, omezení který je normálně zvažován nezbytný pro znovuzískání eutrophied waterbodies.

Čpavek je velmi jedovatý k rybám a úroveň výtoku vody čpavku od wastewater čistíren odpadních vod musí často být silně sledována. Předejít ztrátě ryb, nitrification předchozí k propuštění je často žádoucí. Aplikace země může být atraktivní alternativa k mechanickému provzdušňování potřebovanému pro nitrification.

Během anaerobní (nízké kyslíkové) podmínky, denitrification baktériemi nastane. Toto skončí dusičnany být přeměněn na plyny dusíku (ne, N₂O, N₂) a vrátil se k atmosféra. Dusičnan moci také být redukovaný k dusitan a následovně kombinovat s ammonium v anammox proces, který také vyústí v výrobu plynu dinitrogen.

Procesy cyklu dusíku

Fixace dusíku

Hlavní článek: Fixace dusíku

Přeměna N2

Přeměna dusíku (N2) od atmosféry do formy rychle dostupné rostlinám a od této doby ke zvířatům a lidem je důležitý krok v cyklu dusíku, to určuje zásobu této základní živiny. Jsou tam čtyři způsoby, jak změnit N2 (atmosferický dusičný plyn) do více chemicky reaktivních forem:

Biologická fixace: nějaké symbiotické baktérie (nejvíce často se sdružil s luštěninovýma rostlinami) a někteří volný-žijící baktérie být schopný opravit dusík jako organický dusík. An příklad dusíku mutualistic opravovat baktérie být Rhizobium baktérie, který studovat interně lusk kořenové uzliny. Tyto druhy jsou diazotrophs. Příklad volný-žijící baktérie jsou Azotobacter.
Průmyslový N-fixace : Pod velkým tlakem, při teplotě 600 C, a s použití katalyzátoru, atomospheric dusíku a vodíku (obvykle odvozeného ze zemního plynu nebo ropy) může být zkombinováno k čpavku formy (NH3). V Haber-Bosch zpracuje, N2 je přeměněn spolu s plynem vodíku (H2) do čpavku (NH3) který je používán dělat hnojivo a explosives.
Spalování fosilních paliv : motory automobilu a tepelné elektrárny, které vydání různé dusičné kysličníky (NOx).
Jiné procesy : Dále, formace ne od N2 a O2 kvůli fotonům a obzvláště blesk, být důležitý pro chemii atmosféry, ale ne pro pozemský nebo vodní dusičný obrat.

Asimilace

Rostliny mohou absorbovat dusičnan nebo ammonium ionty od půdy přes jejich vlasy kořenu. Jestliže dusičnan je absorbován, to je nejprve zredukované na ionty dusitanu a pak ammonium ionty pro incorporation do amino kyselin, intenzivních nucleic kyselin a chlorofylu. V rostlinách, které mají mutualistic vztah s rhizobia, nějaký dusík je asimilován ve formě iontů ammonium přímo z uzlin. Zvířata, houby a jiné organismy heterotrophic absorbují dusík jako amino kyseliny, nucleotides a jiné malé organické molekuly.

Ammonification

Když rostlina nebo zvíře umře nebo zvíře vylučuje, počáteční forma dusíku je organická. Baktérie, nebo v některých případech, houby, přeměnit organický dusík uvnitř pozůstatky couvají do čpavku, proces volal ammonification nebo mineralization. Zahrnuté enzymy:

GS: Gln Synthetase (Cytosolic a PLastid)
GOGAT: Glu 2-aminotransferase oxoglutarate (Ferredoxin a NADH závislý)
GDH: Glu Dehydrogenase:
- Podružná role v asimilaci ammonium
- Důležitý v amino kyselém katabolismu

Nitrification

Hlavní článek: Nitrification

Přeměna čpavku k dusičnanům je vykonávána primárně půdou-žít baktérie a jiné baktérie nitrifying. Primární fáze nitrification, oxidace čpavku (NH₃) je vykonáván baktériemi takový jak Nitrosomonas druh, který přemění čpavek na dusitany (ne₂^-). Jiné bakteriální druhy, takový jak Nitrobacter, být zodpovědný za oxidaci dusitanů do dusičnanů (ne₃^-).. To je důležité pro dusitany být přeměněn na dusičnany protože nahromaděné dusitany jsou jedovaté k flóře.

Denitrification

Hlavní článek: Denitrification

Denitrification je redukce dusičnanů zpět do velmi nehybného dusičného plynu (N₂), dokončení dusičného cyklu. Tento proces je vykonáván bakteriálními druhy takový jak Pseudomonas a Clostridium v anaerobních podmínkách. Oni používají dusičnan jako elektronový donor na místo kyslíku během dýchání. Tito facultatively anaerobní baktérie mohou také bydlet v aerobních podmínkách.

Anaerobní ammonium oxidace

Hlavní článek: Anammox

V tomto biologický děj, dusitan a ammonium jsou přeměněni přímo do plynu dinitrogen. Tento proces tvoří hlavní podíl dinitrogen přeměny v oceánech.

Lidské vlivy na cyklus dusíku

V důsledku rozsáhlé kultivace lusků (obzvláště soy, vojtěška, a jetel), stoupající použití Haber-Bosch zpracuje ve vytvoření průmyslového hnojiva a znečištění vypouštěného vozidly a průmyslových rostlinách, lidé mají více než zdvojnásobil každoroční přenos dusíku do biologicky dostupných forem. Navíc, lidi významně přispěli k přenosu dusičných trasovacích plynů od Země k atmosféře, a od země k vodním systémům.

N2O objevil se v atmosféře jako výsledek zemědělské fertilizace, biomass spálení, dobytku a feedlots a jiné průmyslové zdroje. N2O má škodlivé účinky ve stratosféře, kde to havaruje a se chová jako katalyzátor ve zničení atmosférického ozónu. Čpavek (NH3) v atmosféře se trojnásobil jako výsledek lidských aktivit. To je reactant v atmosféře, kde to funguje jako aerosol, snižovat kvalitu vzduchu a lpět na kapičkách vody, nakonec končit kyselým deštěm. Spalování fosilního paliva přispělo k 6 nebo 7 záhybu zvětší se v NOx toku k atmosféře. NOx aktivně mění chemii atmosféry, a je předzvěst tropospheric (nižší atmosféra) výroba ozónu, který přispěje k smog, kyselý déšť, a zvětší vstupy dusíku k ekosystémům. Procesy ekosystému mohou se zvětšit s fertilizací dusíku, ale anthropogenic vstup může také vyústit v saturaci dusíku, který oslabí produktivitu a moci zabít rostliny. Poklesy v různorodosti přírody mohou také vyplývat jestliže vyšší dusičná dostupnost zvětší dusík-náročný udá, působit degradaci dusíku-chudý, druh různorodé heathlands.

Wastewater

Onsite kalová zařízení takový jak septiky a sběrné nádrže pustí velká množství dusíku do životního prostředí vybíjením přes drainfield do země. Mikrobiální aktivita konzumuje dusík a jiný contaminants v wastewater. Nicméně, v určitých oblastech půda je nevhodná se zabývat některými nebo všemi wastewater, a jako výsledek, wastewater s contaminants vstoupí aquifers. Tito contaminants se hromadit a nakonec končit nahoru v pitné vodě. Jeden contaminants zaujatý o nejvíce je dusík ve formě dusičnanů. Dusičná koncentrace 10 ppm nebo 10 miligramů na litr je aktuální EPA limit pro pitnou vodu a typickou domácnost wastewater mohou produkovat rozsah 20-85 ppm (miligramy na litr).

Ohrožení zdraví se sdružilo s pitím > 10 ppm voda dusíku je vývoj methemoglobinemia a se nalézal způsobit syndrom cyanotického dítěte. Několik států nyní odstartovalo programy představit pokročilé wastewater léčebné systémy k typickým onsite kalovým zařízením. Výsledek těchto systémů je celková redukce dusíku, také jak jiný contaminants v wastewater.

Další, možná větší rizika jsou předkládána nárustem fixovaného dusíku ve vodních systémech vést k eutrophication a hypoxia, měnit chemii a biologii obou sladkovodní a systémy slané vody, a urychlovat vytvoření a růst mrtvých pásem v oceánu. Rozsah a účinky člověka-způsobil zdvojení biologicky dostupného dusíku v půdách, vody a ovzduší země během minulého století být ještě uboze dohodnutý.

Bibliografie

Cyklus dusíku, a nový Tank syndrom http://www.aquariumdomain.com/viewArticle. php? článek _ id = 2, zpřístupňovaný 2006-07-16.
Raven, P.H. a G.B. Johnson. 1996. Biologie. Wm. Publikovatelé C. Browna.
Cyklus dusíku http://users.rcn.com/jkimball. ma.ultranet/BiologyPages/N/NitrogenCycle. html