Lämmastikuringe
Lämmastikuühendite bioloogiline tsükkel
Gaasilise lämmastiku varud on atmosfääris praktilistelt ammendamatud, sest iga ruutmeetrit meie planeedi pinnast katab õhu kiht, mis sisaldab ligikaudu seitse tonni gaasilist (molekulaarset) lämmastikku. See varu oleks küllaldane, et saada 80 miljoni aasta jooksul ühelt hektarilt ligikaudu 30 ts teravilja. Taimedele on aga vajalik mineraalne lämmastik ja just sellest on neil sageli kõige enam puudus. Loomad omastavad lämmastikku orgaanilistest ühenditest.
Lämmastikuringe on lämmastiku tsükliline liikumine atmosfääri gaasilisest vormist anorgaaniliste ja orgaaniliste ühendite seotud lämmastikuks ning tagasi atmosfääri gaasiliseks vormiks. Lämmastikuringe on üks peamisi looduse aineringeid, mida inimene oma huvides mõjutab. Lämmastik on tähtis taimede toitaine. Looduslikes oludes on tavaline taimedele kättesaadava lämmastiku defitsiit. Põllumajanduses kasutatakse taimede kasvatamiseks lämmastiku peamise allikana mineraalväetisi ja sõnnikut. Mineraalväetistes sisalduvad nitraadid on taimedele ja paljudele mikroobidele lämmastiku allikaks, nende elutegevuses redutseeritakse nitraatlämmastik taas ammooniumlämmastiku tasemele. Lämmastikuringe tasakaalu rikub lämmastikväetiste järjest suurenev tootmine ja kasutamine, selle tagajärjel väheneb lämmastiku tagasipöördumine atmosfääri. Samas õigel ajal ja paraja normiga antud mineraalväetiste lämmastikust satub pinna- ja põhjavette kuni 3%. Taimekatteta aladelt on väetiste leostumine ja väljapesemine suurem.
Ülemäärased nitraatioonid põllumaade aluses põhjavees pärinevad taimede poolt kasutamata jäänud lämmastikust. Osa taimede poolt kasutamata jäänud lämmastikust kandub mullast sademetega välja. Üks osa väljakantavast lämmastikust läheb pinnaveekogudesse, teine aga läheb põhjavette. Osa põhjavette jõudnud lämmastiku ühenditest denitrifitseerub mikroorganismide toimel ja lendub. See toimub siis, kui põhjavees või maa sees elavatel mikroorganismidel on anaeroobsed tingimused. Aeroobsesse põhjavette jõudvad lämmastikuühendid liiguvad allikate kaudu pinnavette.
Gaasilise lämmastiku varud on atmosfääris praktilistelt ammendamatud, sest iga ruutmeetrit meie planeedi pinnast katab õhu kiht, mis sisaldab ligikaudu seitse tonni gaasilist (molekulaarset) lämmastikku. See varu oleks küllaldane, et saada 80 miljoni aasta jooksul ühelt hektarilt ligikaudu 30 ts teravilja. Taimedele on aga vajalik mineraalne lämmastik ja just sellest on neil sageli kõige enam puudus. Loomad omastavad lämmastikku orgaanilistest ühenditest.
Lämmastikuringe on lämmastiku tsükliline liikumine atmosfääri gaasilisest vormist anorgaaniliste ja orgaaniliste ühendite seotud lämmastikuks ning tagasi atmosfääri gaasiliseks vormiks. Lämmastikuringe on üks peamisi looduse aineringeid, mida inimene oma huvides mõjutab. Lämmastik on tähtis taimede toitaine. Looduslikes oludes on tavaline taimedele kättesaadava lämmastiku defitsiit. Põllumajanduses kasutatakse taimede kasvatamiseks lämmastiku peamise allikana mineraalväetisi ja sõnnikut. Mineraalväetistes sisalduvad nitraadid on taimedele ja paljudele mikroobidele lämmastiku allikaks, nende elutegevuses redutseeritakse nitraatlämmastik taas ammooniumlämmastiku tasemele. Lämmastikuringe tasakaalu rikub lämmastikväetiste järjest suurenev tootmine ja kasutamine, selle tagajärjel väheneb lämmastiku tagasipöördumine atmosfääri. Samas õigel ajal ja paraja normiga antud mineraalväetiste lämmastikust satub pinna- ja põhjavette kuni 3%. Taimekatteta aladelt on väetiste leostumine ja väljapesemine suurem.
Ülemäärased nitraatioonid põllumaade aluses põhjavees pärinevad taimede poolt kasutamata jäänud lämmastikust. Osa taimede poolt kasutamata jäänud lämmastikust kandub mullast sademetega välja. Üks osa väljakantavast lämmastikust läheb pinnaveekogudesse, teine aga läheb põhjavette. Osa põhjavette jõudnud lämmastiku ühenditest denitrifitseerub mikroorganismide toimel ja lendub. See toimub siis, kui põhjavees või maa sees elavatel mikroorganismidel on anaeroobsed tingimused. Aeroobsesse põhjavette jõudvad lämmastikuühendid liiguvad allikate kaudu pinnavette.
Pilt 1. Lämmastiku ringe looduses. Pildi allikas: http://www.maves.ee/Tasub_teada/nitraat.htm
Joonis 1. Lämmastikuühendite bioloogiline tsükkel
Õhulämmastiku sidumine
Molekulaarne lämmastik seotakse nii mullas vabalt elavate lämmastiku sidujate (Azobacterium spp., Clostriduim`i spp.) kui ka taimedega sümbioosis olevate bakteritega (Rhizobium`i jt spp.), tsünaobakterite jt mikroobide poolt. Seotud lämmastikku kasutavad taimed oma kudede moodustamiseks, taimset lämmastikku omakorda loomad lämmastikühendite moodustamiseks jne.
Valkude ja amiinohapete ammonifiksatsioon
Loomsete ja taimsete jäänuste lämmastikühendid lõhustatakse mullas erinevate mikroobide poolt (näiteks Pseudomonas`e, Bacillus`e, Clostridium`i, jt. spp.), amiinohapeteni, mis edasi desamineeritakse ning selle tulemusena eralduvad ammoniaak ja teised ühendid.
Ammonifikatsioon
Orgaaniliste ühendite (taimsete, loomsete ja hukkunud mikroobi rakkude) jäänuste sattumisel mulda satub sinna ka mikroobidele lõhustada märkimisväärne hulk valgulisi ühendeid. Valgulisi ühendeid mõjutavad mikroobide poolt keskkonda produtseeritud ensüümid. Toimub valgumolekuli järkjärguline hüdrolüüs ehk roiskumine. Kuna protsessiga kaasneb märkimisväärne ammoniaagi eraldumine, siis seda protsessi nimetatakse ammonifikatsiooniks.
Valkude lagundamisest võtavad kõige aktiivsemalt osa roisk- ehk ammonifitseerivad bakterid. Oluline osa protsessis on ka ümbritsevates keskkonna tingimustes. Anaeroobsetes tingimustes võib toimuda ainult valguliste ainete osaline lõhustumine ja keskkonda jääb orgaanilisi lämmastikku sisalduvaid vahesaadusi.
Enamus aeroobsetest valgulagundajatest bakteritest on sporogeenid (endospoore moodustavad bakterid). Nendest tähtsamad on B. cereus, B. mycoides, B. mesentericus, B. megaterinum, B. subtilis jt. Aeroobsetest spoore mitte moodustavatest on olulisemad valgulagundajad: Pseudomanas fluorescens, Bacterium prodigiosum, Pseudomonas pyocyanea jt.
Valkude lagundamisest võtavad osa ka fakultatiivsed anaeroobid, milledest levinumad on Proteus`e perekonna liigid (nt Proteus vulgaris jt).
Valkude lagundamisel osalevad ka coli-laadsed bakterid. Kuigi nad ei ole proteolüütiliselt aktiivsed, võtavad nad siiski lõhustumisprotsessidest osa ringe hilisematel etappidel. Näiteks kasutades peptoone, lõhustavad nad neid edasi ja produtseerivad keskkonda indooli, H2S, NH3 jt. halvasti lõhnavaid aineid.
Anaeroobsetest bakteritest võib esile tuua klostriide nagu Clostriduim putrificus, Clostridium sporogenes, Clostridium perfringens jt.
Hallitusseentest osalevad valkude lõhustumisel näiteks Aspergillus`e, Mucor`i, Penicillumi`i, Cladosporiumi`i, Alternaria jt perekondade liigid.
Valkude lõhustumine toimub proteolüütiliste ensüümide toimel. Hüdrolüüs toimub järk-järgult: moodustuvad peptoonid, edasi polüpeptiidid, edasi amiinohapped. Amiinohapped võidakse desamineerida, mille tulemusel moodustuvad ammoniaak ja vastavad orgaanilised ained (happed: sipelghape, äädikhape, propioonhape, võihape, palderjanhape; alkoholid: propüül-, putüül-, amüül- jt. alkoholid).
Aeroobsetes tingimustes valguliste ainete lõhustumisel moodustunud happed ja alkoholid oksüdeeritakse CO2 ja H2O-ni; anaeroobsetes tingimustes oksüdatsiooni ei toimu ja tekkinud ained kas kogunevad keskkonda või kääritatakse edasi. Aromaatse rea amiinohapete lõhustumise vahesaadusena moodustuvad fenool, skatool, indool jt., mis on mürgised ühendid ja ebameeldiva lõhnaga.
Väävlit sisaldavate amiinohapete lõhustumisel moodustub H2S või merkaptaanid, mis samuti lõhnavad ebameeldivalt.
Valgu hüdrolüüsil moodustunud diamiinohapped võivad dekarboksüleeruda NH3 eraldumiseta. Moodustuvad CO2 ja diamiinid (tüüpilised mürgised ühendid nagu kadaveriin, putrestsiin jt.)
Õhulämmastiku sidumine
Molekulaarne lämmastik seotakse nii mullas vabalt elavate lämmastiku sidujate (Azobacterium spp., Clostriduim`i spp.) kui ka taimedega sümbioosis olevate bakteritega (Rhizobium`i jt spp.), tsünaobakterite jt mikroobide poolt. Seotud lämmastikku kasutavad taimed oma kudede moodustamiseks, taimset lämmastikku omakorda loomad lämmastikühendite moodustamiseks jne.
Valkude ja amiinohapete ammonifiksatsioon
Loomsete ja taimsete jäänuste lämmastikühendid lõhustatakse mullas erinevate mikroobide poolt (näiteks Pseudomonas`e, Bacillus`e, Clostridium`i, jt. spp.), amiinohapeteni, mis edasi desamineeritakse ning selle tulemusena eralduvad ammoniaak ja teised ühendid.
Ammonifikatsioon
Orgaaniliste ühendite (taimsete, loomsete ja hukkunud mikroobi rakkude) jäänuste sattumisel mulda satub sinna ka mikroobidele lõhustada märkimisväärne hulk valgulisi ühendeid. Valgulisi ühendeid mõjutavad mikroobide poolt keskkonda produtseeritud ensüümid. Toimub valgumolekuli järkjärguline hüdrolüüs ehk roiskumine. Kuna protsessiga kaasneb märkimisväärne ammoniaagi eraldumine, siis seda protsessi nimetatakse ammonifikatsiooniks.
Valkude lagundamisest võtavad kõige aktiivsemalt osa roisk- ehk ammonifitseerivad bakterid. Oluline osa protsessis on ka ümbritsevates keskkonna tingimustes. Anaeroobsetes tingimustes võib toimuda ainult valguliste ainete osaline lõhustumine ja keskkonda jääb orgaanilisi lämmastikku sisalduvaid vahesaadusi.
Enamus aeroobsetest valgulagundajatest bakteritest on sporogeenid (endospoore moodustavad bakterid). Nendest tähtsamad on B. cereus, B. mycoides, B. mesentericus, B. megaterinum, B. subtilis jt. Aeroobsetest spoore mitte moodustavatest on olulisemad valgulagundajad: Pseudomanas fluorescens, Bacterium prodigiosum, Pseudomonas pyocyanea jt.
Valkude lagundamisest võtavad osa ka fakultatiivsed anaeroobid, milledest levinumad on Proteus`e perekonna liigid (nt Proteus vulgaris jt).
Valkude lagundamisel osalevad ka coli-laadsed bakterid. Kuigi nad ei ole proteolüütiliselt aktiivsed, võtavad nad siiski lõhustumisprotsessidest osa ringe hilisematel etappidel. Näiteks kasutades peptoone, lõhustavad nad neid edasi ja produtseerivad keskkonda indooli, H2S, NH3 jt. halvasti lõhnavaid aineid.
Anaeroobsetest bakteritest võib esile tuua klostriide nagu Clostriduim putrificus, Clostridium sporogenes, Clostridium perfringens jt.
Hallitusseentest osalevad valkude lõhustumisel näiteks Aspergillus`e, Mucor`i, Penicillumi`i, Cladosporiumi`i, Alternaria jt perekondade liigid.
Valkude lõhustumine toimub proteolüütiliste ensüümide toimel. Hüdrolüüs toimub järk-järgult: moodustuvad peptoonid, edasi polüpeptiidid, edasi amiinohapped. Amiinohapped võidakse desamineerida, mille tulemusel moodustuvad ammoniaak ja vastavad orgaanilised ained (happed: sipelghape, äädikhape, propioonhape, võihape, palderjanhape; alkoholid: propüül-, putüül-, amüül- jt. alkoholid).
Aeroobsetes tingimustes valguliste ainete lõhustumisel moodustunud happed ja alkoholid oksüdeeritakse CO2 ja H2O-ni; anaeroobsetes tingimustes oksüdatsiooni ei toimu ja tekkinud ained kas kogunevad keskkonda või kääritatakse edasi. Aromaatse rea amiinohapete lõhustumise vahesaadusena moodustuvad fenool, skatool, indool jt., mis on mürgised ühendid ja ebameeldiva lõhnaga.
Väävlit sisaldavate amiinohapete lõhustumisel moodustub H2S või merkaptaanid, mis samuti lõhnavad ebameeldivalt.
Valgu hüdrolüüsil moodustunud diamiinohapped võivad dekarboksüleeruda NH3 eraldumiseta. Moodustuvad CO2 ja diamiinid (tüüpilised mürgised ühendid nagu kadaveriin, putrestsiin jt.)
Joonis 2. Valkude lõhustumine
Valgulagundajad mikroorganismid on looduses ainete ringe seisukohalt vajalikud , kuna nad mineraliseerivad valgulisi ühendid, moodustub NH3, mis rikastab mulda taimedele vajaliku lämmastikuga.
Samad mikroorganismid kutsuvad esile aga soodsates tingimustes kiiresti valgurikaste toiduainete – piim ja piimatooted, liha ja lihatooted, kala ja kalatooted, munatooted jt. riknemist. Protsessid pidurduvad madalatel temperatuuridel (<0˚ C), happelises keskkonnas, kuivatusel, kõrgetel suhkru ja soolakontsentratsioonidel jne.
Karbamiidi lagundamine. Karbamiidi lõhustamisest võtavad osa urobakterid nagu Sacina urea, Urobacillus pasteurii jt. Karbamiidi ammonifikatsioon toimub järgmiselt:
Valgulagundajad mikroorganismid on looduses ainete ringe seisukohalt vajalikud , kuna nad mineraliseerivad valgulisi ühendid, moodustub NH3, mis rikastab mulda taimedele vajaliku lämmastikuga.
Samad mikroorganismid kutsuvad esile aga soodsates tingimustes kiiresti valgurikaste toiduainete – piim ja piimatooted, liha ja lihatooted, kala ja kalatooted, munatooted jt. riknemist. Protsessid pidurduvad madalatel temperatuuridel (<0˚ C), happelises keskkonnas, kuivatusel, kõrgetel suhkru ja soolakontsentratsioonidel jne.
Karbamiidi lagundamine. Karbamiidi lõhustamisest võtavad osa urobakterid nagu Sacina urea, Urobacillus pasteurii jt. Karbamiidi ammonifikatsioon toimub järgmiselt:
Eraldunud ammoniaak rikastab mulda lämmastikuga.
Järgnevast videost saab näha inglise keelset lämmastikuringe tutvustust.
Kontrollküsimused!
by The JavaScript Source