stringtranslate.com

Азотный цикл

Глобальный круговорот реактивного азота  [1] , включая промышленное производство удобрений, [2] азот, фиксированный естественными экосистемами, [3] азот, фиксированный океанами, [4] азот, фиксированный сельскохозяйственными культурами, [5] NO x, выделяемый при сжигании биомассы, [6] NO x , выделяемый почвой, [7] азот, фиксированный молнией, [8] NH 3, выделяемый наземными экосистемами, [9] отложение азота на земных поверхностях и в океанах, [10] [11] NH 3, выделяемый океанами, [12] [13] [11] выбросы океанического NO 2 из атмосферы, [14] денитрификация в океанах, [4] [15] [11] и захоронение реактивного азота в океанах. [5]

Азотный цикл — это биогеохимический цикл , посредством которого азот преобразуется в несколько химических форм, циркулируя между атмосферными , наземными и морскими экосистемами . Преобразование азота может осуществляться как посредством биологических, так и физических процессов. Важные процессы в азотном цикле включают фиксацию , аммонификацию , нитрификацию и денитрификацию . Большая часть атмосферы Земли (78%) состоит из атмосферного азота , [16] что делает его крупнейшим источником азота. Однако атмосферный азот имеет ограниченную доступность для биологического использования, что приводит к дефициту пригодного для использования азота во многих типах экосистем .

Азотный цикл представляет особый интерес для экологов, поскольку доступность азота может влиять на скорость ключевых процессов экосистемы, включая первичное производство и разложение . Человеческая деятельность, такая как сжигание ископаемого топлива, использование искусственных азотных удобрений и выброс азота в сточные воды, кардинально изменила глобальный азотный цикл . [17] [18] [19] Изменение человеком глобального азотного цикла может негативно повлиять на природную экологическую систему, а также на здоровье человека. [20] [21]

Процессы

Азот присутствует в окружающей среде в самых разных химических формах, включая органический азот, аммоний ( NH+4), нитрит ( НЕТ−2), нитрат ( NO−3), закись азота ( N 2 O ), оксид азота (NO) или неорганический азотный газ ( N 2 ). Органический азот может быть в форме живого организма, гумуса или в промежуточных продуктах разложения органического вещества. Процессы в азотном цикле заключаются в преобразовании азота из одной формы в другую. Многие из этих процессов осуществляются микробами , либо в их стремлении собрать энергию, либо накопить азот в форме, необходимой для их роста. Например, азотистые отходы в моче животных расщепляются нитрифицирующими бактериями в почве для использования растениями. На схеме рядом показано, как эти процессы сочетаются друг с другом, образуя азотный цикл.

Фиксация азота

Превращение азотного газа ( N2 ) в нитраты и нитриты посредством атмосферных, промышленных и биологических процессов называется азотфиксацией. Атмосферный азот должен быть обработан или « зафиксирован » в форму, пригодную для усвоения растениями. От 5 до 10 миллиардов кг в год фиксируется ударами молний , ​​но большая часть фиксации осуществляется свободноживущими или симбиотическими бактериями, известными как диазотрофы . Эти бактерии имеют фермент нитрогеназу , который объединяет газообразный азот с водородом для получения аммиака , который преобразуется бактериями в другие органические соединения . Большая часть биологической фиксации азота происходит за счет активности молибденовой (Mo)-нитрогеназы, обнаруженной у самых разных бактерий и некоторых архей . Mo-нитрогеназа — это сложный двухкомпонентный фермент , который имеет несколько металлсодержащих простетических групп. [22] Примером свободноживущих бактерий является Azotobacter . Симбиотические азотфиксирующие бактерии, такие как Rhizobium, обычно живут в корневых клубеньках бобовых (таких как горох, люцерна и акация). Здесь они образуют мутуалистические отношения с растением, производя аммиак в обмен на углеводы . Из-за этих отношений бобовые часто увеличивают содержание азота в бедных азотом почвах. Несколько не бобовых также могут образовывать такие симбиозы . Сегодня около 30% от общего количества фиксированного азота производится промышленным способом с использованием процесса Габера-Боша [23] , который использует высокие температуры и давления для преобразования газообразного азота и источника водорода (природного газа или нефти) в аммиак. [24]

Ассимиляция

Растения могут поглощать нитрат или аммоний из почвы корневыми волосками. Если поглощается нитрат, он сначала восстанавливается до ионов нитрита, а затем до ионов аммония для включения в аминокислоты, нуклеиновые кислоты и хлорофилл. У растений, которые имеют симбиотические отношения с ризобиями, часть азота усваивается в форме ионов аммония непосредственно из клубеньков. Теперь известно, что существует более сложный цикл аминокислот между бактероидами ризобий и растениями. Растение поставляет аминокислоты бактероидам, поэтому усвоение аммиака не требуется, и бактероиды передают аминокислоты (с недавно зафиксированным азотом) обратно растению, таким образом формируя взаимозависимые отношения. [25] В то время как многие животные, грибы и другие гетеротрофные организмы получают азот путем потребления аминокислот , нуклеотидов и других небольших органических молекул, другие гетеротрофы (включая многие бактерии ) способны использовать неорганические соединения, такие как аммоний, в качестве единственного источника N. Использование различных источников N тщательно регулируется во всех организмах.

Аммонификация

Когда растение или животное умирает или животное выделяет отходы, первоначальная форма азота является органической . Бактерии или грибы преобразуют органический азот в остатках обратно в аммоний ( NH+4), процесс, называемый аммонификацией или минерализацией . Ферменты, участвующие в этом:

Микробный цикл азота  [26] [27]
ANAMMOX — анаэробное окисление аммония, DNRA — диссимиляционное восстановление нитрата до аммония, а COMMAMOX — полное окисление аммония.

Нитрификация

Превращение аммония в нитрат осуществляется в основном почвенными бактериями и другими нитрифицирующими бактериями. На первичной стадии нитрификации происходит окисление аммония ( NH+4) осуществляется бактериями, такими как вид Nitrosomonas , которые преобразуют аммиак в нитриты ( NO−2). Другие виды бактерий, такие как Nitrobacter , отвечают за окисление нитритов ( NO−2) в нитраты ( NO−3). Важно, чтобы аммиак ( NH 3 ) был преобразован в нитраты или нитриты, поскольку газообразный аммиак токсичен для растений.

Из-за их очень высокой растворимости и из-за того, что почвы в значительной степени неспособны удерживать анионы , нитраты могут попадать в грунтовые воды . Повышенное содержание нитратов в грунтовых водах является проблемой для использования питьевой воды, поскольку нитраты могут влиять на уровень кислорода в крови у младенцев и вызывать метгемоглобинемию или синдром синего ребенка. [28] Там, где грунтовые воды пополняют поток рек, обогащенные нитратами грунтовые воды могут способствовать эвтрофикации , процессу, который приводит к высокой популяции и росту водорослей, особенно популяций сине-зеленых водорослей. Хотя нитраты не являются напрямую токсичными для рыб, как аммиак, они могут оказывать косвенное воздействие на рыб, если способствуют этой эвтрофикации. Азот способствовал серьезным проблемам эвтрофикации в некоторых водоемах. С 2006 года применение азотных удобрений все больше контролируется в Великобритании и Соединенных Штатах. Это происходит по тем же направлениям, что и контроль фосфорных удобрений, ограничение которых обычно считается необходимым для восстановления эвтрофированных водоемов.

Денитрификация

Денитрификация — это восстановление нитратов обратно в газообразный азот ( N
2), завершая азотный цикл. Этот процесс выполняется бактериальными видами, такими как Pseudomonas и Paracoccus , в анаэробных условиях. Они используют нитрат в качестве акцептора электронов вместо кислорода во время дыхания. Эти факультативно (то есть необязательно) анаэробные бактерии могут также жить в аэробных условиях. Денитрификация происходит в анаэробных условиях, например, в заболоченных почвах. Денитрифицирующие бактерии используют нитраты в почве для осуществления дыхания и, следовательно, производят газообразный азот, который инертен и недоступен для растений. Денитрификация происходит в свободноживущих микроорганизмах, а также облигатных симбионтах анаэробных инфузорий. [29]

Диссимиляционное восстановление нитрата до аммония

Диссимиляционное восстановление нитрата до аммония (DNRA), или аммонификация нитрата/нитрита, является анаэробным процессом дыхания . Микробы, которые осуществляют DNRA, окисляют органическое вещество и используют нитрат в качестве акцептора электронов, восстанавливая его до нитрита , затем аммония ( NO−3 → НЕТ−2 → Нью-Гэмпшир+4). [30] Как денитрифицирующие, так и нитратаммонифицирующие бактерии будут конкурировать за нитрат в окружающей среде, хотя DNRA действует, чтобы сохранить биодоступный азот в виде растворимого аммония, а не производить газообразный диазот. [31]

Анаэробное окисление аммиака

Процесс аэробного окисления АММ на ния также известен как процесс ANAMMOX , аббревиатура, образованная путем соединения первых слогов каждого из этих трех слов. Этот биологический процесс представляет собой реакцию окислительно-восстановительного пропорционального пропорционального расщепления , в которой аммиак ( восстанавливающий агент, отдающий электроны) и нитрит ( окислитель, принимающий электроны) переносят три электрона и превращаются в одну молекулу двухатомного азота ( N
2) газа и двух молекул воды. Этот процесс составляет основную долю конверсии азота в океанах . Стехиометрически сбалансированная формула для химической реакции ANAMMOX может быть записана следующим образом, где ион аммония включает молекулу аммиака, ее сопряженное основание :

Нью-Гэмпшир+4+ НЕТ−2 → N2 + 2H2O ( ΔG ° =−357 кДж⋅моль −1 ). [32]

Это экзергонический процесс (здесь также экзотермическая реакция ), высвобождающий энергию, на что указывает отрицательное значение ΔG ° , разность свободной энергии Гиббса между продуктами реакции и реагентами.

Другие процессы

Хотя фиксация азота является основным источником азота, доступного растениям в большинстве экосистем , в районах с богатой азотом коренной породой разрушение этой породы также служит источником азота. [33] [34] [35] Восстановление нитрата также является частью цикла железа , в бескислородных условиях Fe(II) может отдавать электрон NO−3и окисляется до Fe(III), в то время как NO−3сводится к НЕТ−2, N 2 O, N 2 и NH+4в зависимости от условий и видов микроорганизмов. [36] Фекальные шлейфы китообразных также действуют как связующее звено в морском азотном цикле, концентрируя азот в эпипелагических зонах океанической среды перед его рассеиванием через различные морские слои, в конечном итоге повышая первичную продуктивность океана. [37]

Морской азотный цикл

Морской азотный цикл
Основные изученные процессы цикла N в различных морских средах. Каждая цветная стрелка представляет собой преобразование N: N
2фиксация (красный), нитрификация (голубой), нитратредукция (фиолетовый), DNRA (пурпурный), денитрификация (аквамарин), N-дамо (зеленый) и анаммокс (оранжевый). Черные изогнутые стрелки представляют физические процессы, такие как адвекция и диффузия. [38]
Морской азотный цикл в условиях будущего закисления океана  [39]

Азотный цикл также является важным процессом в океане. Хотя общий цикл похож, существуют различные игроки [40] и способы передачи азота в океане. Азот попадает в воду через осадки, сток или как N
2из атмосферы. Азот не может быть использован фитопланктоном в виде N
2поэтому он должен подвергаться фиксации азота, которая выполняется преимущественно цианобактериями . [41] Без поставок фиксированного азота, поступающего в морской цикл, фиксированный азот был бы израсходован примерно за 2000 лет. [42] Фитопланктону нужен азот в биологически доступных формах для начального синтеза органического вещества. Аммиак и мочевина выделяются в воду путем выделения из планктона. Источники азота удаляются из эвфотической зоны путем нисходящего движения органического вещества. Это может происходить из-за погружения фитопланктона, вертикального перемешивания или погружения отходов вертикальных мигрантов. Погружение приводит к тому, что аммиак попадает на более низкие глубины ниже эвфотической зоны. Бактерии способны преобразовывать аммиак в нитрит и нитрат, но они ингибируются светом, поэтому это должно происходить ниже эвфотической зоны. [43] Аммонификация или минерализация выполняется бактериями для преобразования органического азота в аммиак. Затем может произойти нитрификация , в результате которой аммоний преобразуется в нитрит и нитрат. [44] Нитрат может быть возвращен в эвфотическую зону путем вертикального перемешивания и подъема глубинных вод, где он может быть поглощен фитопланктоном для продолжения цикла. N
2могут быть возвращены в атмосферу посредством денитрификации .

Аммоний считается предпочтительным источником фиксированного азота для фитопланктона, поскольку его усвоение не включает окислительно-восстановительную реакцию и, следовательно, требует мало энергии. Нитрат требует окислительно-восстановительной реакции для усвоения, но его больше, поэтому большинство фитопланктона приспособилось иметь ферменты, необходимые для осуществления этого восстановления ( нитратредуктаза ). Есть несколько заметных и хорошо известных исключений, которые включают большинство Prochlorococcus и некоторые Synechococcus , которые могут поглощать азот только в виде аммония. [42]

Питательные вещества в океане распределены неравномерно. Области апвеллинга обеспечивают поставки азота из-под эвфотической зоны. Прибрежные зоны обеспечивают азот из стока, и апвеллинг легко происходит вдоль побережья. Однако скорость, с которой азот может быть поглощен фитопланктоном, снижается в олиготрофных водах круглый год и в умеренных водах летом, что приводит к снижению первичной продукции. [45] Распределение различных форм азота также различается по всему океану.

Нитрат истощен в приповерхностных водах, за исключением регионов апвеллинга. Прибрежные регионы апвеллинга обычно имеют высокие уровни нитрата и хлорофилла в результате увеличения производства. Однако есть регионы с высоким содержанием нитрата на поверхности, но низким содержанием хлорофилла, которые называются регионами HNLC (высокий азот, низкий хлорофилл). Лучшее объяснение регионов HNLC связано с дефицитом железа в океане, которое может играть важную роль в динамике океана и циклах питательных веществ. Поступление железа различается в зависимости от региона и доставляется в океан пылью (из пыльных бурь ) и выщелачивается из горных пород. Железо рассматривается как истинный ограничивающий элемент для продуктивности экосистемы в океане.

Аммоний и нитрит показывают максимальную концентрацию на глубине 50–80 м (нижняя граница эвфотической зоны ) с уменьшением концентрации ниже этой глубины. Такое распределение можно объяснить тем фактом, что нитрит и аммоний являются промежуточными видами. Они оба быстро производятся и потребляются через толщу воды. [42] Количество аммония в океане примерно на 3 порядка меньше, чем нитрата. [42] Из аммония, нитрита и нитрата нитрит имеет самую высокую скорость оборота. Он может производиться во время ассимиляции нитрата, нитрификации и денитрификации; однако он немедленно снова потребляется.

Новый и регенерированный азот

Азот, поступающий в эвфотическую зону, называется новым азотом, поскольку он вновь поступает из-за пределов продуктивного слоя. [41] Новый азот может поступать из-под эвфотической зоны или из внешних источников. Внешние источники — это подъем глубинных вод и фиксация азота. Если органическое вещество съедается, вдыхается, доставляется в воду в виде аммиака и повторно включается в органическое вещество фитопланктоном, оно считается переработанным/регенерированным производством.

Новое производство является важным компонентом морской среды. Одна из причин заключается в том, что только постоянное поступление нового азота может определить общую способность океана производить устойчивый улов рыбы. [45] Вылов рыбы из регенерированных азотных зон приведет к снижению азота и, следовательно, к снижению первичной продукции. Это окажет негативное влияние на систему. Однако, если рыба вылавливается из зон нового азота, азот будет восполнен.

Будущее закисление

Как показано на диаграмме справа, дополнительный углекислый газ (CO 2 ) поглощается океаном и реагирует с водой, образуя угольную кислоту ( H
2КО
3) образуется и распадается на бикарбонат ( HCO−3) и водород ( H+) ионы (серая стрелка), что снижает биодоступный карбонат ( CO2−3) и снижает pH океана (черная стрелка). Это, вероятно, усиливает фиксацию азота диазотрофами (серая стрелка), которые используют H+
ионы для преобразования азота в биодоступные формы, такие как аммиак ( NH
3) и ионы аммония ( NH+4). Однако по мере снижения pH и преобразования большего количества аммиака в ионы аммония (серая стрелка) снижается окисление аммиака до нитрита (NO–
2), что приводит к общему снижению нитрификации и денитрификации (черные стрелки). Это, в свою очередь, приведет к дальнейшему накоплению фиксированного азота в океане с потенциальным последствием эвтрофикации . Серые стрелки представляют собой увеличение, а черные стрелки представляют собой уменьшение связанного процесса. [39]

Влияние человека на круговорот азота

Внесение азотных удобрений
Азот в производстве навоза

В результате обширного выращивания бобовых (особенно сои , люцерны и клевера ), растущего использования процесса Габера-Боша в производстве химических удобрений и загрязнения, выбрасываемого транспортными средствами и промышленными предприятиями, люди более чем удвоили ежегодный перенос азота в биологически доступные формы. [28] Кроме того, люди внесли значительный вклад в перенос азотных микропримесей с Земли в атмосферу и с суши в водные системы. Человеческие изменения в глобальном цикле азота наиболее интенсивны в развитых странах и в Азии, где выбросы транспортных средств и промышленное сельское хозяйство являются самыми высокими. [46]

Генерация Nr, реактивного азота , увеличилась более чем в 10 раз за последнее столетие из-за глобальной индустриализации . [2] [47] Эта форма азота следует каскадом через биосферу посредством различных механизмов и накапливается, поскольку скорость ее генерации превышает скорость денитрификации . [ 48]

Закись азота ( N
2O ) повысился в атмосфере в результате использования сельскохозяйственных удобрений, сжигания биомассы, содержания крупного рогатого скота и откорма скота, а также промышленных источников. [49] N
2O оказывает пагубное воздействие в стратосфере , где он распадается и действует как катализатор в разрушении атмосферного озона . Закись азота также является парниковым газом и в настоящее время является третьим по величине фактором глобального потепления после углекислого газа и метана . Хотя он не так распространен в атмосфере, как углекислый газ, он, при эквивалентной массе, почти в 300 раз более эффективен в своей способности нагревать планету. [50]

Аммиак ( NH
3) в атмосфере утроилось в результате деятельности человека. Это реагент в атмосфере, где он действует как аэрозоль , снижая качество воздуха и прилипая к каплям воды, в конечном итоге приводя к образованию азотной кислоты (HNO3 ) , которая вызывает кислотные дожди . Атмосферный аммиак и азотная кислота также повреждают дыхательную систему.

Очень высокая температура молнии естественным образом производит небольшое количество NO
х, Нью-Гэмпшир
3, и HNO
3, но высокотемпературное горение способствовало 6- или 7-кратному увеличению потока NO
хв атмосферу. Его производство зависит от температуры сгорания - чем выше температура, тем больше NO
хпроизводится. Сжигание ископаемого топлива является основным источником, но также и биотопливо и даже сжигание водорода. Однако скорость, с которой водород напрямую впрыскивается в камеры сгорания двигателей внутреннего сгорания, можно контролировать, чтобы предотвратить более высокие температуры сгорания, которые производят NO
х.

Аммиак и оксиды азота активно изменяют химию атмосферы . Они являются предшественниками тропосферного (нижних слоев атмосферы) производства озона, что способствует смогу и кислотным дождям , повреждает растения и увеличивает поступление азота в экосистемы. Экосистемные процессы могут усиливаться при азотном удобрении , но антропогенное поступление может также привести к насыщению азотом, что ослабляет производительность и может нанести вред здоровью растений, животных, рыб и людей. [28]

Сокращение биоразнообразия может также произойти, если более высокая доступность азота увеличит потребность в азоте трав, что приведет к деградации бедных азотом, но разнообразных по видам пустошей . [51]

Последствия человеческой модификации азотного цикла

Расчетный избыток азота (разница между внесением неорганических и органических удобрений, атмосферным осаждением, фиксацией и поглощением сельскохозяйственными культурами) за 2005 год по Европе.

Воздействие на природные системы

Показано, что повышение уровня осаждения азота имеет несколько неблагоприятных последствий как для наземных, так и для водных экосистем . [52] [53] Азотные газы и аэрозоли могут быть напрямую токсичными для определенных видов растений, влияя на надземную физиологию и рост растений вблизи крупных точечных источников загрязнения азотом. Изменения видов растений могут также происходить по мере того, как накопление соединений азота увеличивает доступность в данной экосистеме, в конечном итоге изменяя состав видов, разнообразие растений и круговорот азота. Аммиак и аммоний — две восстановленные формы азота — могут быть пагубными с течением времени из-за повышенной токсичности для чувствительных видов растений, [54] особенно тех, которые привыкли использовать нитрат в качестве источника азота, вызывая плохое развитие их корней и побегов. Повышенное осаждение азота также приводит к подкислению почвы, что увеличивает выщелачивание катионов оснований в почве и количество алюминия и других потенциально токсичных металлов, а также снижает количество происходящей нитрификации и увеличивает количество растительного опада. Из-за постоянных изменений, вызванных высоким содержанием азота, восприимчивость окружающей среды к экологическому стрессу и нарушениям, таким как вредители и патогены , может возрасти, что сделает ее менее устойчивой к ситуациям, которые в противном случае оказали бы незначительное влияние на ее долгосрочную жизнеспособность.

Дополнительные риски, связанные с увеличением доступности неорганического азота в водных экосистемах, включают закисление воды; эвтрофикацию пресноводных и соленых систем; и проблемы токсичности для животных, включая людей. [55] Эвтрофикация часто приводит к снижению уровня растворенного кислорода в толще воды, включая гипоксические и аноксические условия, которые могут вызвать гибель водной фауны. Относительно неподвижный бентос или донные существа особенно уязвимы из-за отсутствия подвижности, хотя гибель крупных рыб не является редкостью. Океанические мертвые зоны вблизи устья Миссисипи в Мексиканском заливе являются хорошо известным примером гипоксии , вызванной цветением водорослей . [56] [57] Озера Адирондак в Нью-Йорке , Кэтскилл , Гудзонское нагорье , плато Ренсселер и части Лонг-Айленда демонстрируют влияние осаждения азотнокислых дождей , что приводит к гибели рыб и многих других водных видов. [58]

Аммиак ( NH
3) очень токсичен для рыб, и уровень аммиака, сбрасываемого из очистных сооружений, должен тщательно контролироваться. Нитрификация посредством аэрации перед сбросом часто желательна для предотвращения гибели рыб. Внесение в почву может быть привлекательной альтернативой аэрации.

Влияние на здоровье человека: накопление нитратов в питьевой воде

Утечка Nr (реактивного азота) в результате деятельности человека может привести к накоплению нитратов в природной водной среде, что может оказать вредное воздействие на здоровье человека. Чрезмерное использование азотных удобрений в сельском хозяйстве стало существенным источником загрязнения нитратами грунтовых и поверхностных вод. [59] [60] Из-за своей высокой растворимости и низкого удержания почвой нитраты могут легко выходить из подпочвенного слоя в грунтовые воды, вызывая загрязнение нитратами. Некоторые другие неточечные источники загрязнения нитратами грунтовых вод возникают из-за кормления скота, загрязнения животных и людей, а также муниципальных и промышленных отходов. Поскольку грунтовые воды часто служат основным источником бытового водоснабжения, загрязнение нитратами может распространяться от грунтовых вод до поверхностных и питьевых вод во время производства питьевой воды , особенно для небольших коммунальных систем водоснабжения, где используются плохо регулируемые и не отвечающие санитарным нормам воды. [61]

Норма ВОЗ для питьевой воды составляет 50 мг NO.−3L −1 для кратковременного воздействия и для 3 мг NO−3L −1 хронические эффекты. [62] Попадая в организм человека, нитрат может вступать в реакцию с органическими соединениями посредством реакций нитрозирования в желудке с образованием нитрозаминов и нитрозамидов , которые участвуют в некоторых типах рака (например, рак полости рта и рак желудка ). [63]

Влияние на здоровье человека: качество воздуха

Человеческая деятельность также кардинально изменила глобальный цикл азота, производя азотистые газы, связанные с глобальным загрязнением атмосферы азотом. Существует множество источников потоков реактивного азота (Nr) в атмосфере. Сельскохозяйственные источники реактивного азота могут вызывать выбросы в атмосферу аммиака ( NH 3 ), оксидов азота ( NO
х) и закись азота ( N
2O ). Процессы горения в производстве энергии, на транспорте и в промышленности также могут образовывать новый реактивный азот посредством выделения NO
х, непреднамеренный отход. Когда эти реактивные азоты выбрасываются в нижние слои атмосферы, они могут вызывать образование смога, твердых частиц и аэрозолей, все из которых являются основными факторами неблагоприятного воздействия на здоровье человека от загрязнения воздуха. [64] В атмосфере NO
2может быть окислен до азотной кислоты ( HNO
3), и он может далее реагировать с NH
3для образования нитрата аммония ( NH 4 NO 3 ), что способствует образованию дисперсного нитрата. Более того, NH
3может реагировать с другими кислыми газами ( серной и соляной кислотами ) с образованием аммонийсодержащих частиц, которые являются предшественниками вторичных органических аэрозольных частиц в фотохимическом смоге . [65]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Фаулер, Дэвид ; Койл, Мхайри; Скиба, Юте; Саттон, Марк А.; Кейп, Дж. Нил; Рейс, Стефан; Шеппард, Люси Дж.; Дженкинс, Алан; Гриззетти, Бруна; Гэллоуэй, Дж. Н.; Витоусек, П.; Лич, А. Ф.; Боуман, А. Ф.; Буттербах-Баль, К.; Дентенер, Ф.; Стивенсон, Д.; Аманн, М.; Восс, М. (5 июля 2013 г.). «Глобальный цикл азота в двадцать первом веке». Философские труды Лондонского королевского общества. Серия B, Биологические науки . 368 (1621): 20130164. doi :10.1098 / rstb.2013.0164. PMC  3682748. PMID  23713126.
  2. ^ ab Galloway, JN; Townsend, AR; Erisman, JW; Bekunda, M.; Cai, Z.; Freney, JR; Martinelli, LA; Seitzinger, SP; Sutton, MA (2008). "Transformation of the Nitrogen Cycle: Recent Trends, Questions, and Potential Solutions" (PDF) . Science . 320 (5878): 889–892. Bibcode :2008Sci...320..889G . doi :10.1126/science.1136674. ISSN  0036-8075. PMID  18487183. S2CID  16547816. Архивировано (PDF) из оригинала 2011-11-08 . Получено 23.09.2019 .
  3. ^ Vitousek, PM; Menge, DNL; Reed, SC; Cleveland, CC (2013). «Биологическая фиксация азота: скорости, закономерности и экологический контроль в наземных экосистемах». Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences . 368 (1621): 20130119. doi :10.1098/rstb.2013.0119. PMC 3682739 . PMID  23713117. 
  4. ^ ab Voss, M.; Bange, HW; Dippner, JW; Middelburg, JJ; Montoya, JP; Ward, B. (2013). «Морской азотный цикл: недавние открытия, неопределенности и потенциальная значимость изменения климата». Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences . 368 (1621): 20130121. doi :10.1098/rstb.2013.0121. PMC 3682741 . PMID  23713119. 
  5. ^ ab Fowler, David ; Coyle, Mhairi; Skiba, Ute; Sutton, Mark A.; Cape, J. Neil; Reis, Stefan; Sheppard, Lucy J.; Jenkins, Alan; Grizzetti, Bruna; Galloway, JN; Vitousek, P; Leach, A; Bouwman, AF; Butterbach-Bahl, K; Dentener, F; Stevenson, D; Amann, M; Voss, M (5 июля 2013 г.). "Глобальный цикл азота в двадцать первом веке". Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Серия B, Биологические науки . 368 (1621): 20130164. doi :10.1098/rstb.2013.0164. PMC 3682748 . PMID  23713126. 
  6. ^ Vuuren, Detlef P van; Bouwman, Lex F; Smith, Steven J; Dentener, Frank (2011). «Глобальные прогнозы антропогенных реактивных выбросов азота в атмосферу: оценка сценариев в научной литературе». Current Opinion in Environmental Sustainability . 3 (5): 359–369. Bibcode : 2011COES....3..359V. doi : 10.1016/j.cosust.2011.08.014. hdl : 1874/314192 . ISSN  1877-3435. S2CID  154935568.
  7. ^ Пилегаард, К. (2013). «Процессы, регулирующие выбросы оксида азота из почв». Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences . 368 (1621): 20130126. doi :10.1098/rstb.2013.0126. PMC 3682746. PMID  23713124 . 
  8. ^ Леви, Х.; Моксим, В. Дж.; Касибхатла, П. С. (1996). «Глобальный трехмерный зависящий от времени источник молний тропосферного NOx». Журнал геофизических исследований: Атмосферы . 101 (D17): 22911–22922. Bibcode : 1996JGR...10122911L. doi : 10.1029/96jd02341. ISSN  0148-0227.
  9. ^ Sutton, MA; Reis, S.; Riddick, SN; Dragosits, U.; Nemitz, E.; Theobald, MR; Tang, YS; Braban, CF; Vieno, M. (2013). "К климатически-зависимой парадигме выбросов и осаждений аммиака". Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences . 368 (1621): 20130166. doi :10.1098/rstb.2013.0166. PMC 3682750 . PMID  23713128. 
  10. ^ Dentener, F.; Drevet, J.; Lamarque, JF; Bey, I.; Eickhout, B.; Fiore, AM; Hauglustaine, D.; Horowitz, LW; Krol, M. (2006). "Осадконакопление азота и серы в региональном и глобальном масштабах: многомодельная оценка" (PDF) . Глобальные биогеохимические циклы . 20 (4): н/д. Bibcode : 2006GBioC..20.4003D. doi : 10.1029/2005GB002672. S2CID  839759.
  11. ^ abc Duce, RA; LaRoche, J.; Altieri, K.; Arrigo, KR; Baker, AR; Capone, DG; Cornell, S.; Dentener, F.; Galloway, J. (2008). «Влияние атмосферного антропогенного азота на открытый океан». Science . 320 (5878): 893–7. Bibcode :2008Sci...320..893D. doi :10.1126/science.1150369. hdl : 21.11116/0000-0001-CD7A-0 . PMID  18487184. S2CID  11204131.
  12. ^ Bouwman, L.; Goldewijk, KK; Van Der Hoek, KW; Beusen, AHW; Van Vuuren, DP; Willems, J.; Rufino, MC; Stehfest, E. (2011-05-16). «Изучение глобальных изменений в циклах азота и фосфора в сельском хозяйстве, вызванных животноводством в период 1900-2050 гг.». Труды Национальной академии наук . 110 (52): 20882–7. doi : 10.1073/pnas.1012878108 . PMC 3876211. PMID  21576477 . 
  13. ^ Соломон, Сьюзен (2007). Изменение климата 2007: физическая научная основа . Опубликовано для Межправительственной группы экспертов по изменению климата [издательством] Cambridge University Press. ISBN 9780521880091. OCLC  228429704.
  14. ^ Sutton, Mark A., ред. (2011-04-14). Европейская оценка азота: источники, эффекты и перспективы политики . Cambridge University Press. ISBN 9781107006126. OCLC  690090202.
  15. ^ Дойч, Кертис; Сармьенто, Хорхе Л.; Сигман, Дэниел М.; Грубер, Николас; Данн, Джон П. (2007). «Пространственная связь поступления и потери азота в океане». Nature . 445 (7124): 163–167. Bibcode :2007Natur.445..163D. doi :10.1038/nature05392. ISSN  0028-0836. PMID  17215838. S2CID  10804715.
  16. ^ Стивен Б. Кэрролл; Стивен Д. Солт (2004). Экология для садоводов. Timber Press. стр. 93. ISBN 978-0-88192-611-8.
  17. ^ Кайперс, МММ; Марчант, ХК; Картал, Б (2011). «Микробная сеть круговорота азота». Nature Reviews Microbiology . 1 (1): 1–14. doi : 10.1038/nrmicro.2018.9. hdl : 21.11116/0000-0003-B828-1 . PMID  29398704. S2CID  3948918.
  18. ^ Гэллоуэй, Дж. Н. и др. (2004). «Азотные циклы: прошлое, настоящее и будущее поколения». Биогеохимия . 70 (2): 153–226. doi :10.1007/s10533-004-0370-0. S2CID  98109580.
  19. ^ Рейс, Стефан; Бекунда, Матит; Говард, Клэр М; Каранджа, Нэнси; Винивартер, Вильфрид; Ян, Сяоюань; Бликер, Альберт; Саттон, Марк А. (2016-12-01). «Синтез и обзор: решение проблемы управления азотом: от глобального до локального масштаба». Environmental Research Letters . 11 (12): 120205. Bibcode : 2016ERL....11l0205R. doi : 10.1088/1748-9326/11/12/120205 . ISSN  1748-9326.
  20. ^ Гу, Баоцзин; Гэ, Ин; Жэнь, Юань; Сюй, Бин; Ло, Вэйдун; Цзян, Хун; Гу, Бинхэ; Чанг, Цзе (17 августа 2012 г.). «Атмосферный реактивный азот в Китае: источники, последние тенденции и стоимость ущерба». Environmental Science & Technology . 46 (17): 9420–9427. Bibcode : 2012EnST...46.9420G. doi : 10.1021/es301446g. ISSN  0013-936X. PMID  22852755.
  21. ^ Ким, Харюн; Ли, Китак; Лим, Дхонг-Ил; Нам, Сын-Ил; Ким, Тэ-Ук; Ян, Джин-Ю Т.; Ко, Ён Хо; Шин, Кён-Хун; Ли, Ынил (2017-05-11). «Широко распространенный антропогенный азот в осадках северо-западной части Тихого океана». Environmental Science & Technology . 51 (11): 6044–52. Bibcode : 2017EnST...51.6044K. doi : 10.1021/acs.est.6b05316. ISSN  0013-936X. PMID  28462990.
  22. ^ Moir, JWB, ред. (2011). Азотный цикл у бактерий: молекулярный анализ . Caister Academic Press . ISBN 978-1-904455-86-8.
  23. ^ Смит, Б.; Ричардс, Р.Л.; Ньютон, У.Е. (2013) [2004]. Катализаторы для фиксации азота: нитрогеназы, соответствующие химические модели и коммерческие процессы. Kluwer. ISBN 9781402036118.
  24. ^ Смил, В. (1997). Циклы жизни . Scientific American Library. ISBN 9780716750796.
  25. ^ Уилли, Джоанн М. (2011). Микробиология Прескотта (8-е изд.). McGraw Hill. стр. 705. ISBN 978-0-07-337526-7.
  26. ^ Спарацино-Уоткинс, Кортни; Штольц, Джон Ф.; Басу, Парта (2013-12-16). «Нитрат и периплазматические нитратредуктазы». Chem. Soc. Rev. 43 ( 2): 676–706. doi :10.1039/c3cs60249d. PMC 4080430. PMID  24141308 . 
  27. ^ Саймон, Йорг; Клотц, Мартин Г. (2013). «Разнообразие и эволюция биоэнергетических систем, участвующих в микробных преобразованиях азотных соединений». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биоэнергетика . 1827 (2): 114–135. doi : 10.1016/j.bbabio.2012.07.005 . PMID  22842521.
  28. ^ abc Vitousek, PM; Aber, J; Howarth, RW; Likens, GE; Matson, PA; Schindler, DW; Schlesinger, WH; Tilman, GD (1997). "Человеческое изменение глобального азотного цикла: источники и последствия" (PDF) . Ecological Applications . 1 (3): 1–17. doi :10.1890/1051-0761(1997)007[0737:HAOTGN]2.0.CO;2. hdl : 1813/60830 . ISSN  1051-0761.
  29. ^ Граф, Йон С.; Шорн, Сина; Китцингер, Катарина; Ахмеркамп, Соерен; Вёле, Кристиан; Хюттель, Бруно; Шуберт, Карстен Дж.; Кайперс, Марсель ММ; Милуцка, Яна (3 марта 2021 г.). «Анаэробный эндосимбионт генерирует энергию для инфузорий-хозяев путем денитрификации». Nature . 591 (7850): 445–450. Bibcode :2021Natur.591..445G. doi : 10.1038/s41586-021-03297-6 . ISSN  0028-0836. PMC 7969357 . PMID  33658719. 
  30. ^ Лэм, Филлис; Кайперс, Марсель ММ (2011). «Микробные азотные процессы в зонах минимального содержания кислорода». Annual Review of Marine Science . 3 : 317–345. Bibcode : 2011ARMS....3..317L. doi : 10.1146/annurev-marine-120709-142814. hdl : 21.11116/0000-0001-CA25-2 . PMID  21329208.
  31. ^ Марчант, ХК; Лавик, Г.; Холтаппелс, М.; Кёйперс, МММ (2014). «Судьба нитрата в проницаемых отложениях приливной зоны». PLOS ONE . 9 (8): e104517. Bibcode : 2014PLoSO...9j4517M. doi : 10.1371/journal.pone.0104517 . PMC 4134218. PMID  25127459 . 
  32. ^ "Anammox". Anammox - MicrobeWiki . MicrobeWiki. Архивировано из оригинала 2015-09-27 . Получено 5 июля 2015 .
  33. ^ «Исследование азота может «перевернуть» мир растений». NPR.org . 2011-09-06. Архивировано из оригинала 2011-12-05 . Получено 2011-10-22 .
  34. ^ Schuur, EAG (2011). «Экология: Азот из глубин». Nature . 477 (7362): 39–40. Bibcode : 2011Natur.477...39S. doi : 10.1038/477039a . PMID  21886152. S2CID  2946571.
  35. ^ Морфорд, С.Л.; Хоултон, Б.З.; Дальгрен, РА (2011). «Увеличение запасов углерода и азота в лесной экосистеме за счет богатой азотом коренной породы». Nature . 477 (7362): 78–81. Bibcode :2011Natur.477...78M. doi :10.1038/nature10415. PMID  21886160. S2CID  4352571.
  36. ^ Burgin, Amy J.; Yang, Wendy H.; Hamilton, Stephen K.; Silver, Whendee L. (2011). «За пределами углерода и азота: как микробная энергетическая экономика связывает элементарные циклы в разнообразных экосистемах». Frontiers in Ecology and the Environment . 9 (1): 44–52. Bibcode : 2011FrEE....9...44B. doi : 10.1890/090227. hdl : 1808/21008 . ISSN  1540-9309.
  37. ^ Роман, Дж.; Маккарти, Дж. Дж. (2010). «Китовый насос: морские млекопитающие повышают первичную продуктивность в прибрежном бассейне». PLOS ONE . 5 (10): e13255. Bibcode : 2010PLoSO...513255R. doi : 10.1371/journal.pone.0013255 . PMC 2952594. PMID  20949007 . 
  38. ^ Пахарес Морено, С.; Рамос, Р. (2019). «Процессы и микроорганизмы, участвующие в морском азотном цикле: знания и пробелы». Frontiers in Marine Science . 6 : 739. doi : 10.3389/fmars.2019.00739 . Материал скопирован из этого источника, который доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International.
  39. ^ ab O'Brien, Paul A.; Morrow, Kathleen M.; Willis, Bette L.; Bourne, David G. (2016). "Последствия закисления океана для морских микроорганизмов от свободноживущих до ассоциированных с хозяином". Frontiers in Marine Science . 3. doi : 10.3389/fmars.2016.00047 . Материал скопирован из этого источника, который доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International.
  40. ^ Moulton, Orissa M; Altabet, Mark A; Beman, J Michael; Deegan, Linda A; Lloret, Javier; Lyons, Meaghan K; Nelson, James A; Pfister, Catherine A (май 2016 г.). «Микробные ассоциации с макробиотой в прибрежных экосистемах: закономерности и последствия для круговорота азота». Frontiers in Ecology and the Environment . 14 (4): 200–8. Bibcode : 2016FrEE...14..200M. doi : 10.1002/fee.1262. hdl : 1912/8083 . ISSN  1540-9295.
  41. ^ ab Miller, Charles (2008). Биологическая океанография . Blackwell. стр. 60–62. ISBN 978-0-632-05536-4.
  42. ^ abcd Грубер, Николас (2008). Азот в морской среде . Elsevier. С. 1–35. ISBN 978-0-12-372522-6.
  43. ^ Миллер, Чарльз (2008). Биологическая океанография . Blackwell. С. 60–62. ISBN 978-0-632-05536-4.
  44. ^ Бойес, Эллиот, Сьюзан, Майкл. «Учебный блок: цикл азота в морской среде». Архивировано из оригинала 15 апреля 2012 г. Получено 22 октября 2011 г.{{cite web}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  45. ^ ab Lalli, Parsons, Carol, Timothy (1997). Биологическая океанография: Введение . Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-3384-0.{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  46. ^ Холланд, Элизабет А.; Дентенер, Фрэнк Дж.; Брасвелл, Бобби Х.; Сульцман, Джеймс М. (1999). «Современные и доиндустриальные глобальные бюджеты реактивного азота». Биогеохимия . 46 (1–3): 7. Bibcode :1999Biogc..46....7H. doi :10.1007/BF01007572. S2CID  189917368.
  47. ^ Гу, Баоцзин; Гэ, Ин; Жэнь, Юань; Сюй, Бин; Ло, Вэйдун; Цзян, Хун; Гу, Бинхэ; Чанг, Цзе (2012-09-04). «Атмосферный реактивный азот в Китае: источники, последние тенденции и стоимость ущерба». Environmental Science & Technology . 46 (17): 9420–7. Bibcode : 2012EnST...46.9420G. doi : 10.1021/es301446g. ISSN  0013-936X. PMID  22852755.
  48. ^ Косби, Б. Джек; Коулинг, Эллис Б.; Ховарт, Роберт В.; Зайцингер, Сибил П.; Эрисман, Ян Виллем; Абер, Джон Д.; Гэллоуэй, Джеймс Н. (2003-04-01). «Азотный каскад». BioScience . 53 (4): 341–356. doi : 10.1641/0006-3568(2003)053[0341:TNC]2.0.CO;2 . ISSN  0006-3568. S2CID  3356400.
  49. ^ Чапин, С. Ф.; Мэтсон, П. А.; Муни, Х. А. (2002). Принципы экологии наземных экосистем. Springer. стр. 345. ISBN 0-387-95443-0.
  50. ^ Труды Научного комитета по проблемам окружающей среды (SCOPE) Быстрая оценка международного проекта по биотопливу, 22–25 сентября 2008 г., Гуммерсбах, Германия, редакторы RW Howarth и S. Bringezu. Краткое изложение 2009 г., стр. 3 Архивировано 06.06.2009 в Wayback Machine
  51. ^ Aerts, Rien & Berendse, Frank (1988). «Влияние повышенной доступности питательных веществ на динамику растительности во влажных пустошах». Vegetatio . 76 (1/2): 63–69. doi :10.1007/BF00047389. JSTOR  20038308. S2CID  34882407.
  52. ^ Bobbink, R.; Hicks, K.; Galloway, J.; Spranger, T.; Alkemade, R.; Ashmore, M.; Bustamante, M.; Cinderby, S.; Davidson, E. (2010-01-01). "Глобальная оценка эффектов осаждения азота на разнообразие наземных растений: синтез" (PDF) . Ecological Applications . 20 (1): 30–59. Bibcode :2010EcoAp..20...30B. doi :10.1890/08-1140.1. ISSN  1939-5582. PMID  20349829. S2CID  4792945. Архивировано (PDF) из оригинала 2019-09-30 . Получено 30.09.2019 .
  53. ^ Лю, Сюэцзюнь; Дуань, Лей; Мо, Цзянмин; Ду, Энзай; Шен, Цзяньлинь; Лу, Сянькай; Чжан, Ин; Чжоу, Сяобин; Он, Чун (2011). «Отложение азота и его экологическое воздействие в Китае: обзор». Загрязнение окружающей среды . 159 (10): 2251–2264. Бибкод : 2011EPoll.159.2251L. doi :10.1016/j.envpol.2010.08.002. ПМИД  20828899.
  54. ^ Бритто, Дев Т.; Кронцукер, Герберт Дж. (2002). «Токсичность NH4+ в высших растениях: критический обзор». Журнал физиологии растений . 159 (6): 567–584. doi :10.1078/0176-1617-0774.
  55. ^ Камаргоа, Хулио А.; Алонсо, Альваро (2006). «Экологические и токсикологические эффекты загрязнения неорганическим азотом в водных экосистемах: глобальная оценка». Environment International . 32 (6): 831–849. Bibcode : 2006EnInt..32..831C. doi : 10.1016/j.envint.2006.05.002. hdl : 10261/294824 . PMID  16781774.
  56. ^ Рабалес, Нэнси Н .; Тернер, Р. Юджин; Вайсман, Уильям Дж. Мл. (2002). «Гипоксия Мексиканского залива, также известная как «Мертвая зона»". Annu. Rev. Ecol. Syst . 33 : 235–63. doi :10.1146/annurev.ecolsys.33.010802.150513. JSTOR  3069262.
  57. ^ Dybas, Cheryl Lyn. (2005). «Распространение мертвых зон в мировых океанах». BioScience . 55 (7): 552–557. doi : 10.1641/0006-3568(2005)055[0552:DZSIWO]2.0.CO;2 .
  58. ^ Охрана окружающей среды штата Нью-Йорк, Воздействие кислотных осадков на окружающую среду: озера [1] Архивировано 24 ноября 2010 г. на Wayback Machine
  59. ^ Power, JF; Schepers, JS (1989). «Загрязнение грунтовых вод нитратами в Северной Америке». Agriculture, Ecosystems & Environment . 26 (3–4): 165–187. Bibcode : 1989AgEE...26..165P. doi : 10.1016/0167-8809(89)90012-1. ISSN  0167-8809.
  60. ^ Strebel, O.; Duynisveld, WHM; Böttcher, J. (1989). «Загрязнение грунтовых вод нитратами в Западной Европе». Сельское хозяйство, экосистемы и окружающая среда . 26 (3–4): 189–214. Bibcode :1989AgEE...26..189S. doi :10.1016/0167-8809(89)90013-3. ISSN  0167-8809.
  61. ^ Фьютрелл, Лорна (2004). «Нитрат питьевой воды, метгемоглобинемия и глобальное бремя болезней: обсуждение». Перспективы охраны окружающей среды . 112 (14): 1371–4. doi :10.1289/ehp.7216. PMC 1247562. PMID 15471727  . 
  62. ^ Глобальная обсерватория здравоохранения: (GHO) . Всемирная организация здравоохранения. OCLC  50144984.
  63. ^ Кантер, Ларри В. (2019-01-22), «Иллюстрации загрязнения грунтовых вод нитратами», Нитраты в грунтовых водах , Routledge, стр. 39–71, doi :10.1201/9780203745793-3, ISBN 9780203745793, S2CID  133944481
  64. ^ Кампа, Марилена; Кастаньяс, Элиас (2008). «Влияние загрязнения воздуха на здоровье человека». Загрязнение окружающей среды . 151 (2): 362–367. Bibcode : 2008EPoll.151..362K. doi : 10.1016/j.envpol.2007.06.012. PMID  17646040. S2CID  38513536.
  65. ^ Эрисман, Дж. В.; Гэллоуэй, Дж. Н.; Сейтцингер, С.; Бликер, А.; Дизе, Н. Б.; Петреску, А. М. Р.; Лич, А. М.; де Врис, В. (2013-05-27). "Последствия человеческой модификации глобального азотного цикла". Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences . 368 (1621): 20130116. doi :10.1098/rstb.2013.0116. PMC 3682738 . PMID  23713116.