.svg)
Azot aylanishi — biogeokimyoviy aylanish bo‘lib, azotning tabiatdagi davriy harakatini ifodalaydi. Uning katta qismi tirik organizmlar faoliyati bilan bog‘liq. Bu aylanishda tuproq mikroorganizmlari muhim rol o‘ynaydi. Ular tuproqdagi azot almashinuvini ta’minlaydi. Bu jarayonda tuproqdagi azot oddiy modda (gaz — N2) hamda quyidagi ionlar shaklida uchraydi: nitritlar (NO2-), nitratlar (NO3-) va ammoniy (NH4+). Ushbu ionlarning konsentratsiyasi tuproqdagi organizmlar jamoalarining holatini aks ettiradi, chunki bu ko‘rsatkichlarga biota (o‘simliklar va mikroflora) hamda atmosfera holati, shuningdek, turli moddalarning tuproqdan yuvilib ketishi ta’sir qiladi. Mikroorganizmlar boshqa tirik organizmlar uchun halokatli bo‘lishi mumkin bo‘lgan azotli moddalarning konsentratsiyasini kamaytira oladi. Ular tirik mavjudotlar uchun zaharli ammiakni kamroq zaharli nitratlarga va biologik jihatdan inert atmosfera azotiga aylantirishi mumkin. Shunday qilib, tuproq mikroflorasi uning kimyoviy ko‘rsatkichlari barqarorligini saqlashga yordam beradi.
Tuproq mikroorganizmlarining azot aylanishidagi roli
Azot fiksatsiyasi
Tabiatda azot zaxiralari juda katta. Tirik organizmlardagi ushbu elementning umumiy miqdori 25 milliard tonnadan ortiq, azotning katta miqdori tuproqda ham mavjud. Havoda azot N2 gazi shaklida uchraydi. Biroq atmosferada hajm jihatidan 78 % ni tashkil etadigan gazsimon azotni eukariotlar o‘zlari bevosita o‘zlashtira olmaydi. N2 ni azotli birikmalarga aylantirishning noyob xususiyati ayrim bakteriyalarga xos bo‘lib, ular azot fiksatsiyalovchi bakteriyalar yoki azot fiksatorlari deb ataladi. Ko‘plab bakteriyalar va sianobakteriyalar azotni fiksatsiyalay oladi. Ular tuproqda, o‘simliklar bilan simbiozda yoki hayvonlarning ayrim turlari bilan birga yashaydi.
Masalan, dukkakdoshlar (Fabaceae) oilasiga mansub o‘simliklarning ildizlarida shunday bakteriyalar mavjud. Erkin yashovchi azot fiksatsiyalovchi mikroorganizmlarning odatiy vakillari — Azotobacter turkumiga mansub bakteriyalar bo‘lib, ular havodagi azotni bog‘laydigan grammanfiy bakteriyalardir. Azot fiksatorlariga yana 30 dan ortiq bakteriya turkumi kiradi. Azot fiksatsiyasi mahsulotlari — ammiak (NH3), nitritlar.
Nitrifikatsiya
Biogen azot fiksatsiyasi natijasida hosil bo‘ladigan ammiak va ammoniy birikmalari tarkibidagi azot tezda nitratlar va nitritlargacha oksidlanadi. Bu jarayon nitrifikatsiya deb ataladi va nitrifikatsiyalovchi bakteriyalar tomonidan amalga oshiriladi. Ammo ammiakni to‘g‘ridan-to‘g‘ri nitratga aylantiradigan bakteriya mavjud emas. Uning oksidlanishida doimo bakteriyalarning ikki guruhi ishtirok etadi: bir guruhi ammiakni oksidlab nitrit hosil qiladi, ikkinchisi esa nitritni nitratgacha oksidlaydi. Nitrifikatsiyalovchi bakteriyalarning eng mashhur turkumlari — Nitrosomonas va Nitrobacter.
Nitrosomonas ammiakni oksidlaydi:
- NH3 + 11⁄2 O2 = (NO2-) + 2H+ + H2O
Nitrobacter bakteriyalari nitritni oksidlaydi:
- (NO2-) + 1⁄2 O2 = NO3-
Ammiakni oksidlaydigan bakteriyalar nitritni oksidlaydigan bakteriyalar uchun substrat yetkazib beradi. Ammiakning yuqori konsentratsiyasi Nitrobacter uchun zaharli bo‘lgani sababli, Nitrosomonas ammiakdan foydalanib kislota hosil qiladi va shu yo‘l bilan Nitrobacter ning yashash sharoitini ham yaxshilaydi.
Nitrifikatorlar — Nitrobacteraceae oilasiga mansub grammanfiy bakteriyalar. Ularning normal o‘sishi va ko‘payishi uchun qaytarilgan uglerod birikmalari zarur emas. Ular CO2 ni organik birikmalarga aylantirishda azotning mineral birikmalari — ammiak va nitritlarning oksidlanishidan ajraladigan energiyadan foydalanadi. Demak, nitrifikatorlar faqat anorganik birikmalar hisobiga oziqlana oladigan va xemosintez, ya’ni mineral moddalardan organik birikmalarni sintezlash jarayonini amalga oshiradigan bakteriyalardir. Xemosintez — tirik organizmlarning anorganik uglerodni o‘zlashtirish yo‘llaridan biri, uning muqobili esa fotosintez.
O‘simliklar nitratlardan turli organik moddalar hosil qilishda foydalanadi. Hayvonlar esa oziq orqali o‘simlik oqsillari, aminokislotalar va boshqa azotli moddalarni iste’mol qiladi. Shunday qilib, o‘simliklar organik azotni boshqa iste’molchi organizmlar (konsumentlar) uchun mavjud holga keltiradi.
Barcha tirik organizmlar azotni atrof-muhitga chiqaradi. Bir tomondan, ularning barchasi hayot faoliyati davomida azot almashinuvi mahsulotlarini ajratadi: ammiak, mochevina va siydik kislotasi. Oxirgi ikki birikma tuproqda parchalanib, ammiak hosil qiladi (ammiak suvda eriganda ammoniy ionlari hosil bo‘ladi).
Ammonifikatsiya
Qushlar va sudralib yuruvchilar ajratadigan siydik kislotasi ham mikroorganizmlarning maxsus guruhlari ta’sirida tez minerallashadi va quyidagi moddalarni hosil qiladi: NH3 va СО2.
Boshqa tomondan, tirik organizmlar nobud bo‘lgach, ularning tarkibidagi azot ammonifikatsiyaga (azot saqlovchi murakkab birikmalarning ammiak va ammoniy ionlari (NH4+) ajralishi bilan parchalanishiga) hamda nitrifikatsiyaga uchraydi.
Denitrifikatsiya
Nitrifikatsiya mahsulotlari — NO3- va (NO2-) keyinchalik denitrifikatsiyaga uchraydi. Bu jarayon to‘liq denitrifikatsiyalovchi bakteriyalar faoliyati tufayli sodir bo‘ladi. Ular nitratni nitrit orqali gazsimon azot(I) oksidi (N2O) va molekulyar azot (N2) gacha qaytarishga qodir. Bu gazlar atmosferaga erkin o‘tadi.
- 10 [ H ] + 2 H+ +2NO3- = N2 + 6 H2O
Kislorod bo‘lmaganda nitrat vodorodning oxirgi akseptori vazifasini bajaradi.
Nitratdan vodorodning oxirgi akseptori sifatida foydalanib, azot molekulasini hosil qilish orqali energiya olish xususiyati bakteriyalar orasida keng tarqalgan.
Tuproqning ayrim cheklangan qismlarida azotning vaqtincha yo‘qolishi, shubhasiz, denitrifikatsiyalovchi bakteriyalar faoliyati bilan bog‘liq.
Shunday qilib, azot aylanishi tuproq mikroflorasi ishtirokisiz amalga oshmaydi.
Assimilyatsiya
O‘zlashtirilishi mumkin bo‘lgan azot birikmalari tuproqda anorganik shaklda (nitratlar ko‘rinishida) to‘planishi yoki tirik organizm tarkibiga organik azot sifatida kirishi mumkin. Assimilyatsiya va minerallashuv, mos ravishda, azot birikmalarining tuproqdan o‘zlashtirilib, o‘simliklarning biomolekulalari tarkibiga qo‘shilishini hamda o‘simliklar nobud bo‘lgach, yana anorganik azotga aylanishini belgilaydi. Assimilyatsiya — nitrat kabi anorganik azotning organik shaklga, masalan, aminokislotalarga aylanishidir. Nitrat fermentlar yordamida dastlab nitritga (nitratreduktaza), so‘ng ammiakka (nitritreduktaza) aylanadi. Ammiak esa aminokislotalar tarkibiga kiradi.
Antropogen biotsenozlarda azot aylanishiga ta’sir etuvchi omillar
Inson faoliyati bo‘lmaganda azotni bog‘lash va nitrifikatsiya jarayonlari ularga teskari bo‘lgan denitrifikatsiya reaksiyalari bilan deyarli to‘liq muvozanatda bo‘ladi. Azotning bir qismi vulqon otilishi paytida mantiyadan atmosferaga o‘tadi, bir qismi tuproq va gil minerallarida mustahkam bog‘lanadi, bundan tashqari, atmosferaning yuqori qatlamlaridan sayyoralararo fazoga azot doimo chiqib turadi. Ammo hozirgi paytda inson faoliyati bilan bog‘liq ko‘plab omillar azot aylanishiga ta’sir ko‘rsatmoqda.
Birinchidan, bu kislotali yomg‘irlar — yomg‘ir va qorning pH ko‘rsatkichi havodagi kislotali oksidlar (masalan, azot oksidlari) bilan ifloslanish tufayli pasayishi hodisasidir. Bu hodisaning kimyoviy mohiyati quyidagicha. Ichki yonuv dvigatellari va qozonlarda organik yoqilg‘ini yoqish uchun havo yoki yoqilg‘i-havo aralashmasi uzatiladi. Havoning qariyb 4/5 qismini gazsimon azot, 1/5 qismini esa kislorod tashkil qiladi. Qurilmalar ichida yuzaga keladigan yuqori haroratda azot kislorod bilan muqarrar reaksiyaga kirishib, azot oksidini hosil qiladi:
- N2+ O2 = 2NO — Q
Bu reaksiya endotermik bo‘lib, tabiiy sharoitda momaqaldiroq vaqtida elektr razryadlari yuz berganda, shuningdek, atmosferadagi shunga o‘xshash boshqa elektromagnit hodisalar paytida sodir bo‘ladi. Hozirgi davrda inson faoliyati natijasida Yerda azot(II) oksidining to‘planishi sezilarli darajada ortgan.
Azot(II) oksidi oddiy sharoitdayoq osonlik bilan azot(IV) oksidigacha oksidlanadi:
- 2NO + O2 = 2NO2
Keyin azot oksidi atmosfera suvi bilan reaksiyaga kirishib, kislotalar hosil qiladi:
- 2NO2 + H2O = HNO3 + HNO2
Natijada nitrat va nitrit kislotalari hosil bo‘ladi. Atmosferadagi suv tomchilarida bu kislotalar dissotsiatsiyalanib, mos ravishda nitrat va nitrit ionlarini hosil qiladi; bu ionlar kislotali yomg‘irlar bilan tuproqqa tushadi.
Tuproqdagi azot almashinuviga ta’sir qiladigan antropogen omillarning ikkinchi guruhi — sanoat va texnologik chiqindilar hisobiga atmosferaga chiqariladigan moddalar. Azot oksidlari havoni eng ko‘p ifloslantiradigan moddalardan biridir. Ammiak, sulfat kislotasi va nitrat kislotasi ishlab chiqarishning uzluksiz o‘sishi chiqariladigan gazlar hajmining, demak, atmosferaga tashlanadigan azot oksidlari miqdorining ortishi bilan bevosita bog‘liq. Omillarning uchinchi guruhi — tuproqqa nitritlar, nitratlar (selitra) va organik o‘g‘itlarni haddan tashqari ko‘p solishdir.
Nihoyat, biologik ifloslanish darajasining ortishi ham tuproqdagi azot almashinuviga salbiy ta’sir ko‘rsatadi. Bunga oqova suvlarni tashlash, sanitariya qoidalariga rioya qilmaslik (itlarni sayr qildirish, organik chiqindilarning nazoratsiz uyumlari, kanalizatsiya tizimlarining yomon ishlashi va boshqalar) sabab bo‘lishi mumkin. Natijada tuproq ammiak, ammoniy tuzlari, mochevina, indol, merkaptanlar va organik moddalarning boshqa parchalanish mahsulotlari bilan ifloslanadi. Tuproqda qo‘shimcha ammiak hosil bo‘lib, uni bakteriyalar keyinchalik nitratlarga aylantiradi.
Antropogen biotsenozlarda azot aylanishini o‘rganishning dolzarbligi
Yerning litosferasi, gidrosferasi, atmosferasi va tirik organizmlari o‘rtasida kimyoviy elementlar doimiy almashinib turadi. Bu jarayon davriy xususiyatga ega: bir muhitdan boshqasiga o‘tgan elementlar yana dastlabki holatiga qaytadi.
Antropogen biotsenozlar — insonning bevosita ta’siri ostida shakllangan o‘ziga xos tabiiy jamoalardir. Inson yangi landshaftlar yaratishi va ekologik muvozanatni sezilarli darajada o‘zgartirishi mumkin. Bundan tashqari, inson faoliyati elementlar aylanishiga nihoyatda katta ta’sir ko‘rsatadi. Bu ta’sir ayniqsa so‘nggi yuz yillikda yaqqol namoyon bo‘ldi, chunki inson faoliyati oqibatida tabiiy aylanishlardagi kimyoviy moddalar miqdori ortishi yoki kamayishi tufayli ularda jiddiy o‘zgarishlar yuz berdi.
Azot hayvonlar va o‘simliklarning yashashi uchun zarur: u oqsillar, aminokislotalar, nuklein kislotalar, xlorofill, gemlar va boshqa birikmalar tarkibiga kiradi. Shu sababli bog‘langan azotning katta miqdori tirik organizmlar, «o‘lik organik moddalar» va dengiz hamda okeanlardagi dispers moddalar tarkibida bo‘ladi.
Azot aylanishini, ayniqsa antropogen biotsenozlarda, o‘rganish va nazorat qilish juda muhim. Chunki aylanishning biror qismidagi kichik buzilish ham jiddiy oqibatlarga — tuproqning kuchli kimyoviy ifloslanishiga, suv havzalarini o‘simliklar qoplab ketishiga va ularning nobud bo‘lgan organik moddalar parchalanishi mahsulotlari (ammiak, aminlar va boshqalar) bilan ifloslanishiga, shuningdek, ichimlik suvda eruvchan azot birikmalari miqdori ortishiga olib kelishi mumkin.
Azot aylanishining xususiyatlarini o‘rganish uchun tuproqdagi nitrit (NO2-), nitrat (NO3-) va ammoniy (NH4+) ionlarining miqdori hamda tuproqning mikrobiologik ko‘rsatkichlarini kompleks o‘rganish usulidan foydalanish mumkin.
Adabiyotlar
- Biologik ensiklopedik lug‘at / bosh muharrir M. S. Gilyarov. — Moskva: Sovetskaya ensiklopediya, 1986. — 831 bet.
- Odum Yu. Ekologiya: 2 jildda / ingliz tilidan tarjima. — Moskva: Mir, 1986. — 1-jild. — 205—209-betlar.
- Xoult J. Bergi bakteriyalarining qisqacha aniqlagichi. Moskva: Mir, 1980, 496 bet.
- Shilov I. A. Ekologiya. — Moskva: Visshaya shkola, 1997. — 50—51-betlar.
- Shlegel G. Umumiy mikrobiologiya. Moskva: Mir, 1987, 567 bet.
