ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Азот и фосфор из "Умирающие озера Причины и контроль антропогенного эвтрофирования" Вероятно, самым распространенным биогенным элементом в пресноводных водоемах является фосфор (Р), на втором месте находится азот (N) (хотя освещенность и СО2 могут вступать в синергизм с этими элементами). Поэтому концентрации азота и фосфора в воде часто являются решающими при прогнозировании цветения водорослей. Проведено много исследований для понимания биологии потребления фосфора и азота в водных экосистемах. [c.134] Азот необходим для жизни, так как он входит в структурный состав белков и аминокислот. В природной среде он существует в нескольких формах, которые имеют динамическую взаимозависимость, описываемую в виде круговорота азота (рис. 5.1). Хотя азот в молекулярной форме (N2) является доминирующим компонентом атмосферы (на него приходится 75% по объему), он может усваиваться в этой форме ограниченным числом организмов, которые способны его фиксировать . Процесс фиксации превращает атмосферный азот, который растворен в воде, прямо в одну из наиболее биологически доступных его форм. Другие организмы затем способны утилизировать азот в этой фиксированной форме либо путем потребления организмов-фиксаторов азота, либо путем ассимиляции продуктов их жизнедеятельности. [c.134] Развитие процесса нитрификации происходит в аэробных условиях, и если они становятся анаэробными, реакция идет в обратную сторону, что приводит к переходу фиксированного азота к газообразную форму. Таким образом он возвращается в атмосферу, завершая свой круговорот. [c.134] Эти продукты могут поступать в экосистему в виде атмосферных осадков и превращаться в биологически доступные формы азота в процессе нитрификации. [c.136] Круговорот азота в озере, схематично представленный на рис. 5.2, позволяет поставить в центр внимания пять типов реак цйй фиксацию, нитрификацию, ассимиляцию, денитрификацию и аммонификацию. [c.136] Фиксация — восстановительный процесс, осуществляемый такими микроорганизмами, как бактерии и сине-зеленые водоросли. Он требует аденозинтрифосфата (АТФ), который образуется при фотосинтезе, и, следовательно, данный процесс неэффективен в ночное время. В то же время процесс может подавляться при большом поступлении радиации, так что максимальные скорости фиксации часто отмечаются на некотором расстоянии от поверхности воды. Процесс идет интенсивнее и в том случае, если концентрация фосфора в водной среде относительно высока. [c.137] Количество азота, поступающего в результате антропогенной химической фиксации, почти так же велико, как и при биологических процессах. Окисление азота при грозовых разрядах также вносит, хотя и незначительный, вклад в процесс общей фиксации азота. [c.137] Количество кислорода, потребленного в этом процессе, оказывает значительное влияние на его запас в водной - среде (64 кг О2 расходуется на окисление 14 кг аммонийного азота) и в некоторых случаях могут создаваться условия аноксии. Количество израсходованного в этом процессе кислорода называется потреблением кислорода на нитрификацию (РКН). [c.138] Процесс осуществляется при участии двух ферментов нитрит- и нитрат-редуктазы. Скорости потребления компонентов зависят от вида микроорганизмов, частично вследствие того, что некоторые водоросли (например, зеленая водоросль hlorella) содержат намного больше этих ферментов в сравнении с другими водорослями (например, с сине-зеленой водорослью Mi ro ystis). [c.138] Так как для развития денитрификации требуются анаэробные условия, то она обычно наблюдается в отложениях, расположенных на большой глубине, или в заболоченных почвах, где такие условия превалируют. Скорость денитрификации уменьшается при низких значениях pH воды и зависит от температуры с оптимумом по температуре, большим, чем это достигается в большинстве озер. В донных отложениях измеренная скорость денитрификации выше 1 г/м . [c.139] Поскольку нитрификация дает бактериям больше энергии, чем денитрификация, то в аэробных условиях нитрификация становится доминирующим процессом. [c.139] Аммонификация. Когда организмы умирают, гетеротрофные бактерии разлагают их органические структуры, обращая в свои элементарные компоненты. Аминокислоты опять возвращаются в аммиачную форму, которая вновь усваивается другими организмами в процессах синтеза. На этот процесс расходуется много кислорода, при этом он превращается в диоксид углерода потери кислорода вызывают увеличение нитрифицирующего потребления кислорода. [c.139] Рисунок 5.4а дает идеализированное представление о типичных сезонных изменениях содержания нитратов в эвфотической зоне эвтрофных, мезотрофных и олиготрофных озер. Во всех типах озер отмечается зимний максимум, но разница между содержанием в летний и зимний периоды значительно выше в мелководных, эвтрофных и нетропических озерах. Зимой поступление нитратов превышае,т потребности водорослей, тогда как летом наблюдается обратная картина. Необходимо также отметить, что в озерах, где эвфотическая зона расположена глубже эпилимниона, развитие водорослей может происходить и в гиполимнионе, что приводит к истощению нитратов в этом слое. [c.139] Сезонный круговорот аммиака (рис. 5.4 6), обычно представляемого в виде диссоциированного иона ЫН (аммония), является менее согласованным. В течение года наблюдаются явные случайные пики и резкие снижения, связанные с процессами разложения водорослей после цветения или с беспорядочным поступлением аммония из гиполимниона. Концентрация аммония в водах гиполимниона летом, как правило, выше, чем в водах эпилимниона это приводит к тому, что осеннее перемешивание вод увеличивает концентрацию аммония в поверхностных водах. [c.139] Вернуться к основной статье