Основы биогеохимии. Учебник для студентов высших учебных заведений Добровольский В.В.
Сурет
Азот қосылыстарынан – нитраттар- ауылшаруашылығында тыңайтқышретінде қолданылады. NH3, Ba,Cr,Fe, Au, Cu, Na, K, Ca нитраттары өнеркәсіпте пайдаланылады. Азотты минералдық тыңайтқыштарды шамадан тыс артық мөлшерде қолданған жағдайда , нитраттардың тамақ , азық түлікте артық мөлшері жинақталып , организмнің улануына әкеп соғады.Азотты тыңайтқыштар — құрамында өсімдікке қорек болатын азоты бар органикалық (көң, шымтезек тағы басқалар) және минералдық заттар. Азоттың табиғи қосылысы — натрий селитрасы (NaNO3) тек Чилиде ғана кездеседі. Азотты тыңайтқыштардың көп тараған түрі: аммиак селитрасы, аммоний сульфаты, мочевина (карбамид), азотты сұйық тыңайтқыштар. Аммоний сульфаты — (NH4)2SO4 дүние жүзінде ең көп мөлшерде шығарылатын тыңайтқыш. Аммоний нитратының [(NH4)NO3] құрамында өсімдікке сіңімді азоттың мөлшері басқа азотты тыңайтқыштарға қарағанда көбірек келеді. Сұйық аммиак және онымен қанықтырылған аммоний тұздарының ерітінділері де құрамында азоты көп тыңайтқыштар болып табылады. Ал жоғары концентрлі азотты тыңайтқыштарға карбамид (мочевина) жатады. Карбамидті жануарлар жеміне де қосып пайдаланады. Ол көмір қышқыл газы мен аммиактың үлкен қысымда әрекеттесуі нәтижесінде алынады: CO2+2NH3= CO(NH2)2 + H2O. Азот топыраққа күрделі минералдық тыңайтқыштар түрінде де көптеп беріледі. Фосфор қышқылын аммиакпен әрекеттестіру арқылы аммофос алынады. Оның қышқылын бейтараптандыру дәрежесіне байланысты моноаммонийфосфат (NH4H2PO4) немесе диаммонийфосфат [(NH4)2HPO4]өндіріледі. Нитрофоска — құрамында қоректік азот, фосфор және калий бар күрделі тыңайтқыш. Оны өндірісте аммоний гидрофосфатының [(NH4)2HPO4] аммоний нитратының (NH4NO3) және калий хлоридінің (немесе сульфатының) қоспасын балқыту арқылы алады. Қазақстанда азотты тыңайтқыштар Ақтаудағы “Каскор” Акционерлік Қоғамында (аммиак селитрасы, натрофоска), Степногорск кен-химия комбинатында (нитрофоска), Тараз минералды тыңайтқыштар зауытында (аммофос) өндіріледі.
Азот айналымының схемасы төмендегі суреттерде көрсетілген (1-3-суреттер ). Азот тірі организмдердің тіршілігі үшін маңызды рөл атқарады , тірі клетканың маңызды қосылыстары – белоктар мен нуклеин қышқылдарының құрамына кіреді. Бірақ организмдегі азот мөлшері аз ғана, шамамен құрғақ заттың 13 % ғана болады. Атмосферадағы молекулалық азотты тек қана кейбір микроорганизмдер мен көкжасыл балдырлар сіңіріп , азотты қосылыстарға айналдырады.
Азот биосферадағы заттардың биотикалық айналымына екі түрлі жолмен келіп түседі:
-азот оксидтерінің жаңбыр суында еріп , топырақ , су, мұхиттарға түсуі;
-молекулалық азоттың түйнекті бактериялар, азотфиксациялаушы және басқа да микроорганизмдер әсерінен биологиялық фиксациялануы арқылы.
Атмосферадағы молекулалық азотты сіңіріп , оны өсімдіктерге сіңімді азоттың қосылыстарына айналдыру азотфиксация деп аталады. Азотфиксациялаушы микроорганизмдер топырақта, тұщы суларда, теңіздер мен мұхиттарда тіршілік етеді.
2-сурет. Биосферадағы азот айналымы.
Азотфиксация табиғаттағы азот айналымында үлкен рөл атқарады және топырақ пен суды азотты қосылыстармен байытатын аса маңызды биологиялық процесс болып табылады. 1 га топырақ ауданы бетінің атмосферасында 70 000 тонна бос азот болады, азотфиксациялау процесінің нәтижесінде жоғары сатыдағы өсімдіктер осы азоттың шамалы бөлігін ғана пайдалана алады.
Азотфиксациялаушы бактериялар жылына 1 га-ға бірнеше ондаған кг ғана азотты фиксациялай алады. Мысалы, күріш егістігінде көкжасыл балдырлар жылына 200 кг/га азот фиксациялай алады. Азоттың біраз қоры топырақта минералдық түрде және кейбір органикалық түрінде де сіңіреді. Өсімдіктердегі азот уақыт өткен соң олардың қалдықтарымен бірге топыраққа қайта түседі.
Жердің бетіндегі немесе жыныстар құрамындағы организмдердің қалдықтары түрлі микроорганизмдер әсерінен ыдырайды. Бұл процестер кезінде органикалық азот түрлі өзгерістерге ұшырайды.Бактериялардың қатысуымен жүретін денитрификация процесі нәтижесінде бос күйіндегі азот атмосфераға қайта оралады. Кейбір мәліметтер бойынша, жер астында таза молекулалық азоттан тұратын газ ағындары байқалған.
Белоктардың ыдырауы кезінде аммиак және оның туындылары түзіліп , олар ауа мен мұхит суына түседі. Биосферада бактериялар қатысуымен аммиак және басқа азотты органикалық қосылыстардың тотығуы нитрлеу процесі нәтижесінде азот қышқылының түзілуіне негіз болатын азоттың түрлі оксидтері ( N2O3, NO,NO2,N2O5 ) түзіледі. HNO3 металдармен әрекеттесіп, тұздар түзеді, олар денитрлеуші бактериялар әсерінен азотты қышқылға , одан кейін молекулалық азотқа дейін тотықсызданады.
Сурет
Азот қышқылының тұздары ( нитраттар ) өнеркәсіпте, әсіресе ауыл шаруашылығында кеңінен қолданылады, бірақ технологиялық талаптарды дұрыс орындамаған жағдайларда тамақ өнімдері мен суда олардың артық мөлшері жинақталып , организмнің улануына немесе метаглобинемия деп аталатын адам организмінде оттек алмасуының бұзылуына әкеп соғуы мүмкін.
Сурет.
Қоршаған ортаның нитраттармен ластануы және оның әсерінен адам организмінде болатын аурулардың пайда болу жолдары жоғарыдағы суретте көрсетілген ( 4-сурет ).
Азоттың биогеохимиялық циклінің негізгі параметрлері.
1- кестеде азоттың табиғатта кең таралған қосылыстарының қайнау температуралары, энтальпия және Гиббс энергиясының мәндері сумен салыстырылып берілген.
Жер үстілік және су экожүйелеріндегі азоттың әр түрлі бірліктеріндегі биогеохимиялық циклі ( 5- суретте ) көрсетілген. Барлық процестер әр түрлі микробтардың көмегімен жүзеге асады. Кейбір процестер энергия бөліп жүзеге асады. 
5-сурет. Азот қосылыстарының биогеохимиялық трансформациясы: 1-азот фиксациясы; 2-аммоний ассимиляциясы ; 3-нитрификация; 4-ассимиляторлы нитратредукция; 5-аммонификация; 6-денитрификация.
Маңызды процестерге тоқталып өтетін болсақ. Азоттың биологиялық трансформациясын фиксациядан бастаған жөн, себебі бұл азотты атмосферадан экожүйеге жіберетін процесс болып табылады.
Азоттың биологиялық фиксациясы- бұл азотты қосылыстарға айналдыру. Процесс ферменттердің көмегімен жылдамдатылады, молекулалық азот аммиакқа, аммоний тұздарына айналады. Табиғи жағдайда биологиялық азот фиксациясы барлық организмдерді азотпен қамтитын жалғыз процесс.
Азотфиксация – анаэробты жағдайда жүретін тотықсыздану процесі , тек анаэробты организмдер азотты фиксациялай алады.Жер үстілік экожүйесінде азотты фиксациялауға симбиотикалық бактериялар маңызды рөл атқарады. Су экожүйесінде – цианобактериялар маңызды рөл атқарады (80 пайыз азотты алады ).Азотфиксация – бактериялар арқылы азот сіңіру. Ауадағы молекулалар азотты (N2) бойына сіңіретін бактериялардың көпшілігі топырақ бактериялары болып табылады.
Атмосферадағы азот циклі
N2 + 8 H+ + 8 e− → 2 NH3 + H2: N2 + 8 H+ + 8 e− → 2 NH3 + H2
Азот сіңірушілерге Rhyzobіum (түйнек бактериялары) туысының кейбір бактериялары мен сәулелісаңырауқұлақтар, клостридиум, аэробты және көк-жасыл бактериялардың біраз тобы, кейбір күкіртбактериялары жатады. Бұлардан басқа микробактериялар мен спирохеталар да азотты сіңіре алады.
6-сурет. Азоттың биологиялық фиксациясы.
Аммоний ассимиляциясы – атмосферадан фиксацияланған аммоний органикалық формаға трансформирленеді. Ассимиляция энергиялық өте тиімді және энергияны сақтауға мүмкіндік береді. Аммонийдің бос ионы аэробты жағдайда ұзақ уақыт өмір сүре алмайды және нитрификацияға тез ұшырайды.
Нитрификация – NH3/NH4+-ң нитритке, әрі қарай нитратқа тотығуымен жүреді. Нитриттер , нитраттар микроорганизмдердің өмір сүруіне энергия береді. Нитраттар топырақ пен судың аэробты жағдайдағы негізгі құраушылары .
Нитрификация процесі екі сатыдан тұрады:
1) Аммоний нитритке дейін тотығады;
2) Нитрит нитратқа айналады.
Бірінші реакция рода Nitrosomonas бактериясымен , екінші реакция рода – Nitrobacter бактериясымен жүзеге асады.
Денитрификаттану процесі (топырақ және су бактериялары арқылы азот қышқылы тұздарының бос азотқа дейін ыдырауы) жүріп, әуелі азот қышқылына, одан кейін бос азотқа айналады да, ол ауаға түседі.
Жаһандық азот қорлары.
Кестеде азоттың биосфераның әр түрлі коспаненттерінің қорлары талданған.
Жалғасы
Азоттың жаһандық циклінен азоттың қорының мол екенін көруге болады.
Азоттың жаһандық цикліне антропогендік факторлардың әсері мына схемада көрсетілген.
Қорытынды.
Жалпы , қорыта келгенде азот жануарлар мен өсімдіктердің өмір сүруіне қажетті элемент, ол белоктардың, аминқышқылы, нуклеин қышқылдары, хлорофилл т.б. құрамына кіреді. Осыған байланысты азоттың көп мөлшері тірі ағзаларда, теңіз бен мұхиттардың дисперсті жүйелерінде кездеседі. Азот циклін қадағалаудың маңызы зор. Себебі , кішкене ғана циклдің бір бөлігінің бұзылуының үлкен зардабы болуы мүмкін: мысалы, топырақтың қатты ластануы, су қоймаларының өлі органикалық өнімдермен ( аммиак, аминдер ) ластануы , ауызсудағы N2 қосылыстарының көп мөлшерде болуы.
Пайдаланылған әдебиеттер.
1. В.Н. Башкин «Биогеохимия» Учебное пособие.;М-2008;
2. Бродский «Общая экология» Учебник для ВУЗов;
3.Уикипедия
Основы биогеохимии. Учебник для студентов высших учебных заведений Добровольский В.В.