Azoto fiksacija yra gyvybiškai svarbus biologinis procesas, kurio metu laisvas azotas (N2), esantis atmosferoje, konvertuojamas į amoniaką (NH3) arba kitas organines formas, prieinamas augalams ir kitoms gyvoms būtybėms. Šį procesą vykdo tam tikri mikroorganizmai, tokie kaip azoto fiksavimo bakterijos. Fiksuoti azotą gali ir pramoniniai metodai, tokiu būdu pagaminant sintetines trąšas, kurios naudojamos žemės ūkyje ir padeda padidinti derlių.
Gamtoje azoto fiksacija vyksta keletu būdų. Biologinė azoto fiksacija atliekama diazotrofų – bakterijų, kurios galėdamos gyventi savarankiškai ar simbiozėje su augalais, perrašo atmosferos azotą į amoniaką. Tai atliekantys mikroorganizmai gyvena augalų šaknų gyvūnėliuose ar augins ant šakninių mazgelių, kurie yra ypač paplitę ankštinių augalų šeimos atstovuose. Be to, azoto fiksacija galėdama vykti ir per perkūniją, kuomet atmosferos azotas sujungiamas su deguonimi, formuojant azoto oksidus, kurie, įtraukti į lietaus vandens ciklą, patenka į dirvą.
Pramoninė azoto fiksacija atliekama Haber-Bosch proceso pagalba, kada aukštoje temperatūroje ir slėgyje su katalizatoriumi atmosferos azotas ir vandenilis reaguoja, sudarydami amoniaką. Ši cheminė sintezė suteikė žmogui galimybę gaminti dideliu kiekiu trąšas, kurios tapo neatskiriama modernios žemės ūkio dalimi. Azoto junginiai, tokie kaip amoniakas, nitratai ir nitritai, yra būtini visapusiškam augalų augimui ir vystymuisi, kadangi dalyvauja baltymų sintezėje ir kituose svarbiuose metaboliniuose procesuose.
Azoto fiksacijos procesas
Azoto fiksacija yra gyvybiškai svarbus procesas, kurio metu atmosferos azotas (N2) pavirsta į formas, kurias gali naudoti augalai ir kitos gyvos būtybės. Šiame procese azoto molekulės yra konvertuojamos į įvairius azoto junginius.
Biologinė azoto fiksacija
Biologinė azoto fiksacija vyksta dėl specialių mikroorganizmų, kurie sugeba panaudoti atmosferos azotą ir paversti jį biologiškai prieinamomis formomis. Pagrindinis fermentas, vaidinantis šiame procese, yra nitrogenazė. Šis fermentas yra atsparus deguoniui ir galintis prisijungti azoto dujas.
Pagrindiniai biologinės azoto fiksacijos vykdytojai:
- Bakterijos, gyvenančios sinbiozėje su ankštinių augalų šaknų mazgeliais (pvz., Rhizobium genties bakterijos)
- Kai kurių rūšių aktinobakterijos, pavyzdžiui, Frankia genties, kurios sudaro simbiotinius ryšius su neankštinių augalų šaknimis
- Azotą fiksuojantys cianobakterijos, augantys tiek vandenyje, tiek dirvoje
Azoto fiksacija žaibo metu
Žaibo metu taip pat vyksta azoto fiksacijos procesas. Aukštos temperatūros ir slėgis, susidarančios žaibo iškrovos metu, leidžia azoto ir deguonies dujoms reaguoti ir formuoti azoto oksidus (NOx). Šie junginiai vėliau su lietaus pagalba patenka į žemę ir paverčiami augalams prieinamais nitratų pavidalu.
Proceso eiga:
- Azoto ir deguonies dujos reaguoja dėl žaibo sukeltų ekstremalių sąlygų.
- Formuojasi azoto oksidai.
- Nusėda ant žemės paviršiaus per lietų.
- Nitratų pavidalu tampa prieinami augalų vartojimui.
Fiksuoto azoto panaudojimas
Fiksuotas azotas yra būtinas augalų augimui ir žemės ūkio produktyvumui, kadangi šis cheminis elementas yra baltymų ir kitų gyvybiškai svarbių molekulių dalis. Fiksuoto azoto naudojimas apima skirtingus biologinius ir žemės ūkio procesus, kurie padeda palaikyti augalų ir dirvožemio sveikatą.
Augalų panaudojimas
Augalai absorbuoja fiksuotą azotą iš dirvožemio, kuris paprastai pateikiamas amonio jonų ir nitratai formose. Simbiozė tarp gumbelinės bakterijos ir augalų šaknų yra svarbiausia azoto fiksavimo būdas – augalai suteikia bakterijoms angliavandenius ir gauna fiksuoto azoto mainais. Šie procesai vyksta daugiausiai prokariotų, tokių kaip diazotrofai, kuri yra mikroorganizmai gebantys priverstinai fiksuoti atmosferos azotą, veikla. Baltymai, kurie yra esminė augalų augimo bei vystymosi sudedamoji dalis, yra sintezuojami naudojantis fiksuotu azotu.
Azoto fiksacijos pavyzdžiai, susiję su augalais:
- Leguminosai (pvz., pupos, žirniai) turi simbiozinį ryšį su gumbelinėmis bakterijomis.
- Grybų šakniastiebiai, esantys žemesniuose augalų šaknų sluoksniuose, taip pat prisideda prie azoto fiksavimo.
Žemės ūkio praktikos
Efektyviai naudojant fiksuotą azotą, žemės ūkio sektorius gali ženkliai padidinti derliaus kiekius bei kokybę. Trąšos su amonio jonais ir nitratais yra plačiai naudojamos, kad papildytų dirvožemio azoto atsargas, ypač kai augalų sukelta fiksacija nepakanka. Žemės ūkio praktikos taip pat apima dirvožemio bandymus, kurie padeda nustatyti tinkamą trąšų kiekį, taip išvengiant azoto išplovimo ir aplinkos taršos.
Strategijos azoto naudojimui optimizuoti agrosektoriuje:
- Rotacijos auginimas: įvairių rūšių augalų auginimas sekos tvarka, įskaitant azotą fiksuojančius augalus, kad pagerintų dirvožemio kokybę.
- Azoto valdymas: naudojant mažiau azoto turinčias trąšas ir taikant tik tada, kai augalų augimo stadija to reikalauja.
- Žaliasis tręšimas: naudojant sėklas, kurios savaime praturtina dirvą azotu, pvz., rapsų ar klaverių sėklose esantis azotas.
- Integravimas su herbicidais: taikant azoto trąšas kartu su herbicidais, kad sumažėtų augalų ir mikroorganizmų konkurencija dėl azoto.
Šie metodai padeda užtikrinti, kad azotas būtų panaudojamas efektyviai, kartu mažinant neigiamą poveikį aplinkai ir didinant žemės ūkio produkcijos efektyvumą.
