Кругообіг азоту в природі (частина 1)

6.3.2.5. Кругообіг азоту

Проходження азоту через біогеоценоз має свої особливості, які значною мірою відрізняються від вуглецевого кругообігу (рис. 6.33). Виділяють чотири такі відмінності кругообігу азоту і вуглецю. По-перше, більшість організмів не можуть асимілювати його із велетенського фонду (3,85·1021 г N2), який є в атмосфері. По-друге, азот не бере безпосередньої участі у вивільненні хімічної енергії в процесі дихання: головна його роль полягає в тому, що він входить до складу білків і нуклеїнових кислот, які створюють структуру біологічних систем і регулюють їх функціонування. По-третє, біологічний розклад азотовмісних органічних сполук до органічних форм складається з кількох стадій, причому окремі з них можуть здійснюватися лише спеціалізованими бактеріями. По-четверте, більша частина біохімічних перетворень, які беруть участь у розкладі азотовмісних сполук, відбувається в ґрунті, де доступність азоту для рослин полегшується розчинністю його неорганічних форм. Вміст азоту в живих тканинах становить трохи більше 3% його вмісту в активних фондах екосистеми. Решта азоту розподілена між детритом і нітритами ґрунту.

Рис. 6.33. Основні біохімічні етапи кругообігу азоту.

Отже, джерело азоту – це, з одного боку, атмосферне повітря, а з іншого – азот, який міститься у відмерлих рослинах і тваринах. Вільний азот атмосфери можуть використовувати лише окремі організми – фіксатори азоту – бактерії (Nitrosomonas і Nitrobacter), які живуть у бульбочках на корінні бобових, і деякі синьо-зелені водорості. Білкові речовини трупів завдяки діяльності бактерій поступово перетворюються на амонійні сполуки, а також нітрити і нітрати. Ці речовини і служать основним джерелом азоту для зелених рослин.
Ґрунтові бактерії, які перетворюють аміак на нітрати і нітрити, залежать від джерела кисню, і, якщо в ґрунті спостерігається його дефіцит (наприклад, у випадку затоплення), то вони не можуть функціонувати. В такому разі сполуки, які містять азот, перетворюються іншою групою бактерій на газоподібний азот, який надходить в атмосферу.
У біогеоценозі азот міститься як в надземному блоці (аеротопі), так і в ґрунтовому (едафотопі), а отже, як в біологічній, так і в косній її частинах. На вміст зв'язаних форм азоту в біогеоценозах впливає принесення і відчуження їх під впливом атмосферних, гідрологічних, біотичних і антропогенних факторів. Так, вміст азоту у повітрі, розташованому в межах простору, який займають надземні органи рослин, що входять до складу фітоценозу, коливається від менше 1000 м куб на 1 га (при висоті рослин менше 10 см) до 500-700 тис. м куб на 1 га (при висоті рослин 50-70 см), а деколи і більше, що становить від 1 до 500-700 т/га. В ґрунтах лісових біогеоценозів (шар 0-100 см) міститься така кількість азоту (т/га): підзолисті ґрунти хвойних лісів – 5,7, дерново-підзолисті листяних лісів – 9,7, сірі і темно-сірі ґрунти лісостепу – 12,0. Найбільша кількість азоту міститься в потужних степових чорноземах – 35,8 т/га.
Цікавими є дані про вміст зв'язаного азоту не лише в ґрунті, але й в цілому біогеоценозі. Найбільший його вміст (живі організми рослин, опад, підстилка, ґрунт) змінюється (в кг/га) від 1600 до 23000, зокрема в смерекових лісах (Карелія – 1780-3950, Швеція – 3020-23000, Англія – 7500); в соснових лісах (Швеція – 1600-1890, Англія – 7500); широколистяних лісах (Бельгія – 5200, Англія – 8040). У різних лісах Японії (від бореальних до субтропічних) – 4520-12530, в тропічних лісах – 6070-6925.
У надземних органах рослин у смеречняках азоту міститься: в Карелії 220-420, в Швеції – 230-770, в Англії – 330; в соснових лісах: Швеції 85-100, Англії – 330; в широколистяних лісах: Бельгії – 330, Англії – 390; в тропічних лісах – 685-1790; в лісах Японії – 400-1050.
У підстилці кількість азоту становить: смеречняки Карелії – 230-620, Англії – 360; сосняки Англії – 190, широколистяні ліси Бельгії – 670, Англії – 70; тропічні ліси – від 35 до 710, ліси Японії – від 60 (вічнозелений широколистяний субтропічний ліс) до 1220 (бореальний ялицевий ліс).