Cycle de l'azote
Renseignements g??n??raux
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Le cycle de l'azote est le cycle biog??ochimique qui d??crit les transformations de l'azote et des compos??s contenant de l'azote dans la nature. Ce est un gaz cycle.
L'atmosph??re de la Terre est d'environ 78% de l'azote , ce qui en fait la plus grande piscine d'azote. L'azote est essentiel pour de nombreux processus biologiques; et est cruciale pour toute vie sur Terre. Il est dans tous les acides amin??s , est incorpor?? dans des prot??ines , et est pr??sent dans les bases qui constituent des acides nucl??iques tels que l'ADN et ARN. Dans les plantes , une grande partie de l'azote est utilis?? dans les mol??cules de chlorophylle qui sont essentiels pour la photosynth??se et la croissance.
En traitement, ou la fixation , qui est n??cessaire pour convertir l'azote gazeux en des formes utilisables par les organismes vivants. Certains se produit dans la fixation la foudre, mais la plupart fixation est effectu??e par le libre-vivant ou symbiotiques des bact??ries . Ces bact??ries ont la nitrog??nase enzyme qui combine azote gazeux avec de l'hydrog??ne pour produire de l'ammoniac , qui est ensuite converti par les bact??ries pour faire ses propres compos??s organiques . Certaines bact??ries fixatrices d'azote, telles que Rhizobium, vivent dans les nodules des racines des l??gumineuses (comme les pois ou les haricots). Ici, ils forment un relation de mutualisme avec la plante, produire de l'ammoniac en ??change d' hydrates de carbone . sols pauvres en nutriments peuvent ??tre plant??s avec des l??gumineuses ?? les enrichir avec de l'azote. Quelques autres plantes peuvent former tels symbioses. Aujourd'hui, une partie tr??s importante de l'azote est obs??d?? ?? l'ammoniac des usines chimiques.
Autres plantes obtiennent l'azote du sol par absorption ?? leurs racines dans la forme soit de nitrate ions ou des ions ammonium. Tout l'azote obtenu par les animaux peut ??tre retrac??e ?? l'alimentation des plantes ?? un certain stade de la cha??ne alimentaire.
En raison de leur tr??s forte solubilit?? , les nitrates peuvent contaminer les eaux souterraines. Nitrate ??lev??e dans les eaux souterraines est un sujet de pr??occupation pour l'utilisation de l'eau potable, car le nitrate peut interf??rer avec les niveaux d'oxyg??ne sanguin chez les nourrissons et les causes m??th??moglobin??mie ou le syndrome du b??b?? bleu. O?? les eaux souterraines se recharge d??bit d'eau, les eaux souterraines de nitrate enrichi peut contribuer ?? eutrophisation, un processus conduisant ?? haute algues , en particulier les populations d'algues bleu-vert et la mort de la vie aquatique en raison de la demande excessive de l'oxyg??ne. Bien que pas directement toxique pour la vie des poissons comme l'ammoniaque, le nitrate peut avoir des effets indirects sur les poissons si elle contribue ?? cette eutrophisation. Azote a contribu?? ?? de graves probl??mes d'eutrophisation dans certains plans d'eau. En 2006, l'application de l'azote des engrais est de plus en plus contr??l?? en Grande-Bretagne et les ??tats-Unis. Cela se produit dans le m??me sens que le contr??le d'engrais de phosphore, la restriction de ce qui est normalement consid??r?? comme essentiel ?? la reprise des plans d'eau eutrophes.
L'ammoniac est tr??s toxique pour les poissons et le niveau d'ammoniac des usines de traitement des eaux us??es d'??vacuation d'eau doivent souvent ??tre ??troitement surveill??s. Pour ??viter toute perte de poissons, la nitrification avant rejet est souvent souhaitable. L'??pandage peut ??tre une alternative int??ressante ?? la m??canique l'a??ration n??cessaire ?? la nitrification.
Pendant ana??robies (pauvres en oxyg??ne), d??nitrification par des bact??ries se produit. Il en r??sulte des nitrates ??tant convertis en azote gazeux et renvoy??s ?? l' atmosph??re . Le nitrate peut ??galement ??tre r??duite ?? nitrite et combiner ensuite avec ammonium dans le Anammox processus, ce qui conduit ??galement ?? la production de gaz de diazote.
Les processus de cycle de l'azote
Fixation de l'azote
La conversion du N 2
La conversion de l'azote (N 2) de l'atmosph??re dans une forme facilement assimilable par les plantes, et donc pour les animaux et les humains est une ??tape importante dans le cycle de l'azote, qui d??termine la fourniture de ce nutriment essentiel. Il ya quatre fa??ons de convertir N 2 (gaz de l'azote atmosph??rique) dans des formes plus chimiquement r??actifs:
- Fixation biologique: certaines bact??ries symbiotiques (le plus souvent associ??s ?? des plantes l??gumineuses) et certaines bact??ries vivant en libert?? sont capables de fixer l'azote et assimiler l'azote organique. Un exemple de mutualisme bact??ries fixatrices d'azote sont les Rhizobium, qui vivent dans nodules racinaires l??gumineuses. Ces esp??ces sont diazotrophes. Un exemple des bact??ries vivant sans-est Azotobacter.
- Industrial fixation d'azote: dans le Proc??d?? Haber-Bosch, N 2 est transform?? avec de l'hydrog??ne gazeux (H 2) en ammoniac (NH 3), qui est utilis?? pour fabriquer des engrais et des explosifs.
- La combustion de combustibles fossiles: les moteurs d'automobiles et des centrales thermiques, qui lib??rent divers oxydes d'azote (NO x).
- D'autres proc??d??s: En outre, la formation de NO ?? partir de N 2 et O 2 en raison de photons et notamment la foudre, sont importants pour la chimie de l'atmosph??re, mais pas pour les mouvements de l'azote terrestre ou aquatique.
Assimilation
Les plantes peuvent absorber les ions nitrate ou d'ammonium dans le sol par l'interm??diaire de leurs poils absorbants. Si nitrate est absorb??, il est d'abord r??duit en ions nitrite et les ions d'ammonium puis pour l'incorporation dans des acides amin??s, des acides nucl??iques et de la chlorophylle. Dans les usines qui ont une relation de mutualisme avec des rhizobiums, de l'azote est assimil?? sous forme d'ions ammonium directement depuis les nodules. Les animaux, des champignons et autres organismes h??t??rotrophes absorbent l'azote comme les acides amin??s , des nucl??otides et d'autres petites mol??cules organiques.
Ammonification
Quand une plante ou d'un animal meurt, ou un excr??te des animaux, la forme initiale de l'azote est organique. Les bact??ries, ou dans certains cas, les champignons, convertit l'azote organique dans les restes de retour en ammoniac, un processus appel?? ammonification ou la min??ralisation.
Nitrification
La conversion de l'ammoniac en nitrates est ex??cut?? principalement par des bact??ries vivant dans le sol et d'autres bact??ries de nitrification. Le premier stade de la nitrification, l'oxydation de l'ammoniac (NH 3) est r??alis??e par des bact??ries telles que la Esp??ces Nitrosomonas, qui convertit l'ammoniac en nitrites (NO 2 -). D'autres esp??ces bact??riennes, telles que la Nitrobacter, sont responsables de l'oxydation des nitrites en nitrates (NO 3 -).
D??nitrification
La d??nitrification est la r??duction de nitriles en arri??re dans le gaz inerte en grande partie de l'azote (N 2), l'ach??vement du cycle de l'azote. Ce processus est ex??cut?? par des esp??ces bact??riennes telles que Pseudomonas et Clostridium dans des conditions ana??robies. Ils utilisent le nitrate comme accepteur d'??lectrons ?? la place de l'oxyg??ne pendant la respiration. Ces bact??ries ana??robies facultatives peuvent aussi vivre dans des conditions a??robies.
Oxydation ana??robie de l'ammonium
Dans ce processus biologique, nitrite et ammonium sont convertis directement dans diazote gaz. Ce processus constitue une proportion majeure de la conversion de diazote dans les oc??ans.
Les influences humaines sur le cycle de l'azote
En tant que r??sultat d'une vaste culture de l??gumineuses (en particulier le soja, la luzerne et le tr??fle), l'utilisation croissante de la Proc??d?? Haber-Bosch dans la cr??ation des engrais chimiques, et de la pollution ??mise par les v??hicules et les installations industrielles, les ??tres humains ont plus que doubl?? le transfert annuel d'azote dans les formes biologiquement disponibles. En outre, les humains ont contribu?? de mani??re significative au transfert de traces de gaz d'azote ?? partir de la Terre ?? l' atmosph??re , de la terre et aux syst??mes aquatiques.
N 2 O a augment?? dans l'atmosph??re ?? la suite de la fertilisation agricole, combustion de la biomasse, les bovins et les parcs d'engraissement, et d'autres sources industrielles. N 2 O a des effets d??l??t??res de la stratosph??re, o?? il se d??compose et agit comme un catalyseur dans la destruction de l'atmosph??re de l'ozone . L'ammoniac (NH 3) dans l'atmosph??re a tripl?? ?? la suite d'activit??s humaines. Il se agit d'un r??actif dans l'atmosph??re, o?? il agit comme un a??rosol, diminution de la qualit?? de l'air et se accrochant ?? eau gouttelettes, entra??nant finalement la pluie acide . combustible fossile combustion a contribu?? ?? une augmentation de 6 ou 7 fois plus de NOx flux dans l'atmosph??re. NOx modifie activement la chimie atmosph??rique, et est un pr??curseur de troposph??rique (basse atmosph??re) la production d'ozone, ce qui contribue ?? le smog , les pluies acides, et augmente les apports d'azote pour les ??cosyst??mes. Le processus des ??cosyst??mes peuvent augmenter avec de l'azote f??condation, mais entr??e anthropique peut aussi entra??ner la saturation de l'azote, ce qui affaiblit la productivit?? et peuvent tuer les plantes. Diminutions de la biodiversit?? peuvent ??galement entra??ner une plus grande disponibilit?? de l'azote augmente herbes exigeant azote, provoquant une d??gradation des pauvres en azote, esp??ces diverses landes.
Eaux us??es
Installations d'eaux us??es sur place telles que des fosses septiques et des r??servoirs de stockage lib??rent de grandes quantit??s d'azote dans l'environnement en d??chargeant ?? travers un champ d'??puration dans le sol. L'activit?? microbienne consomme de l'azote et d'autres contaminants dans l'eau us??e. Cependant, dans certaines zones le sol ne est pas adapt?? pour traiter tout ou partie de l'eau us??e, et par cons??quent, les eaux us??es avec les contaminants entre le aquif??res. Ces contaminants se accumulent et finissent par se retrouver dans l'eau potable. Un des contaminants concern??s sur le plus, ce est l'azote sous forme de nitrates . Une concentration de nitrate de 10 ppm ou 10 milligrammes par litre est la limite actuelle de l'EPA pour l'eau et des eaux us??es de m??nage typique potable peut produire une gamme de 20 ?? 85 ppm (milligrammes par litre).
Le risque pour la sant?? associ?? ?? l'eau potable> 10 ppm d'azote est le d??veloppement de m??th??moglobin??mie et a ??t?? trouv?? pour causer syndrome du b??b?? bleu. Plusieurs ??tats ont des programmes visant ?? introduire maintenant commenc?? syst??mes avanc??s de traitement des eaux us??es ?? des installations typiques d'eaux us??es sur place. Le r??sultat de ces syst??mes est une r??duction globale de l'azote, ainsi que d'autres contaminants dans l'eau us??e.
