CYKL AZOTU W BIOSFERZE

Transkrypt

1 CYKL AZOTU W BIOSFERZE

2 Stopień utlenienia związek +5 N 2 O 5 HNO 3, NO NO 2 N 2 O 4 +3 HNO 2 NO NO +1 N 2 O 0 N 2 (-1, -2) (NH 2 OH, N 2 H 4 ) -3 NH 3, NH + 4 CH 3 NH 2

3 Stopień utlenienia związek +5 N 2 O 5 HNO 3, NO NO 2 N 2 O 4 +3 HNO 2 NO NO W organizmach Ŝywych zawsze w formie zredukowanej (-3) +1 N 2 O 0 N 2 (-1, -2) (NH 2 OH, N 2 H 4 ) -3 NH 3, NH + 4 CH 3 NH 2

4 Pule azotu (mln t) AZOT

5 AZOT Atmosfera N Litosfera osady Ocean N 2 Ocean azotany 10 5 Biosfera 10 5 Pule azotu (mln t)

6 Azot w atmosferze Główne formy azotu w atmosferze forma dopływ roczny średnie czas źródło 10 9 kg N/rok stęŝenie zatrzymania N % 10 8 lat denitryfikacja N 2 O 10 0,3 ppm 100 lat denitryfikacja nitryfikacja NO+NO 2 (NO X ) 100 0,05 ppb 1 dzień przemysł NH 3 50 <1 ppb 10 dni biologiczne

7 Azot w atmosferze O* + N 2 O -> 2 NO (O 3 + hv -> O 2 + O*) tworzą się tlenki azotu NO x

8 Azot w skorupie ziemskiej NH 4 + saletra chilijska - NaNO 3 saletra potasowa, saletra indyjska - KNO 3 saletra norweska - Ca(NO 3 ) 2

9 Azot w wodach rozpuszczony N 2 azotany

10 Azot w biosferze W organizmach Ŝywych wchodzi w skład: białek (grupa aminowa NH2) nukleotydów (DNA, RNA, ATP) witamin glikozydów, alkaloidów chlorofilu hemoglobiny

11 Azot w biosferze W organizmach Ŝywych wchodzi w skład: białek (grupa aminowa NH2) nukleotydów (DNA, RNA, ATP) witamin glikozydów, alkaloidów chlorofilu hemoglobiny

12 Cykl azotu

13 Cykl azotu Cykl azotu pobieranie i wydalanie przez organizmy

14 Azot w biosferze Pobieranie przez organizmy Zwierzęta: aminokwasy Rośliny: azotan (asymilacyjna redukcja) rzadko: amon (mikoryza; rośliny owadoŝerne) Mikroorganizmy: w róŝnych formach Wiązanie azotu: symbioza

15 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 )

16 Cykl azotu amonifikacja

17 Cykl azotu AMONIFIKACJA ureaza (NH 2 ) 2 CO + H 2 O --> 2NH 3 + CO 2 (Bacillus pasteuri) mocznik (Sporosacrina uraea)

18 Cykl azotu nitryfikacja

19 Metabolizm chemoautotrofów

20 Cykl azotu NITRYFIKACJA 4NH O 2 4NO H + + 4H 2 O (Nitrozomonas, Nitrobacter) 4NO O 2 4NO 3 - (Nitrococcus, Nitrobacter) bakterie nitryfikacyjne obligatoryjne chemoautotrofy (10 8 ) osobników/1 g gleby

21 Cykl azotu denitryfikacja

22 ODDYCHANIE

23 Cykl azotu DENITRYFIKACJA (dysymilacyjna redukcja azotanów) 5CH 2 O + 4NO H + 2 N 2 + CO 2 + 7H 2 O (Bacillus, Spirillum, Thiobacillus denitrificans) Enzymy reduktazy zawierają Fe, Mo

24 Cykl azotu DENITRYFIKACJA (dysymilacyjna redukcja azotanów) 5CH 2 O + 4NO H + 2 N 2 + CO 2 + 7H 2 O (Bacillus, Spirillum, Thiobacillus denitrificans) Enzymy reduktazy zawierają Fe, Mo

25 OCEANY - anammox (anaerobic ammonium oxidation) Bakterie typ Planctomycetes Brocardia, Kuenenia, Anammoxoglobus, Jettenia słodkowodne), Scalindua (morskie) Kuypers i in NH 4+ + NO 2- N 2 + 2H 2 O (oksydoreduktaza hydroksyloaminy)

26 Cykl azotu wiązanie azotu atmosferycznego

27 WIĄZANIE AZOTU ATMOSFERYCZNEGO (mln t/rok) Przemysł (nawozy i inne) Spalanie 20 Wyładowania atmosferyczne 10 Razem nie biologiczne Naturalne procesy na terenach uprawnych 89 Naturalne procesy w lasach i na nieuŝytkach Morza i oceany 36 Razem biologiczne RAZEM

28 WIĄZANIE AZOTU ATMOSFERYCZNEGO Abiotycznie: - wyładowania atmosferyczne - spalanie -przemysł

29 WIĄZANIE AZOTU ATMOSFERYCZNEGO Haber-Bosch en. N 2 + H 2 NH 3-92,4kJ mol -1 e atm ºC

30 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

31 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

32 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

33 WIĄZANIE AZOTU ATMOSFERYCZNEGO (10kg/ha*rok) 0,5 0,5 2-4 <3 2-4 porosty, burze motylkowe wolnozyjące bakterie sinice niemotylkowe

34 WIĄZANIE AZOTU ATMOSFERYCZNEGO N N (diazot) 950 kj/mol N 2 + 8H + + 6e ATP --> 2NH ADP (redukcja N 0 do N -III ) nitrogenaza (Fe, Mo) warunki beztlenowe!

35 Tlenowe mikroorganizmy wiąŝące azot Azotobacter Beijerinckia Klebsiella sinice* Trichodesmium

36 Beztlenowe mikroorganizmy wiąŝące azot Clostridium Desulfovibrio purpurowe bakterie siarkowe* purpurowe bakterie niesiarkowe* zielone bakterie siarkowe*

37 WIĄZANIE AZOTU PRZEZ SYMBIONTY ROŚLINA W SYMBIOZIE kg N ha -1 rok -1 Motylkowe Lucerna Groch Inne motylkowe Niemotylkowe Olcha (symbiont:frankia) Kazuaryna [Senegal] 52 Inne drzewa Rokitnik [wydmy] 2-58 Azolla (symb.: Anabaena) [pola ryŝowe] Dryas drummondi [tundra] 12

38 SYMBIOTYCZNE WIĄZANIE AZOTU ATMOSFERYCZNEGO

39 SYMBIOTYCZNE WIĄZANIE AZOTU ATMOSFERYCZNEGO brodawki korzeniowe z Frankia Olsza (Alnus glutinosa)

40 Anabaena Kazuaryna Azolla caroliniana Rokitnik (Hippophaë rhamnoides L.) Dryas drummondi

41 Obieg azotu (mln t/rok)

42 BILANS AZOTU (mln t/rok)

43 SUMARYCZNY BILANS AZOTU

44 Depozycja azotu (mg/m 2 *rok) 1860 Galloway i in

45 Depozycja azotu (mg/m 2 *rok) Galloway i in. 2004

46 ZuŜycie nawozów sztucznych (kg/ha *rok) Utrata azotu (miliony ton/rok) Sutton & Bleker 2013

47

48 Capone i Knapp 2007

49 Formy eksportu azotu z ekosystemów leśnych van Breemen ,4 kg/ha*rok 0,4 kg/ha*rok

50 Formy eksportu azotu z ekosystemów leśnych van Breemen ,4 kg/ha*rok 0,4 kg/ha*rok