Penetapan nitrogen biologi bagaimana ia berfungsi

Isi kandungan

• Nitrogen sebagai nutrien tumbuhan
  • Bentuk nitrogen
• Kitaran nitrogen
  • Nitrogen memasuki tanah
  • Nitrogen meninggalkan tanah
  • Immobilization nitrogen
• Bagaimana bakteria memperbaiki nitrogen
• Penetapan nitrogen simbiotik
  • Pembentukan nodul
• Penetapan nitrogen heterotropik
• Penetapan nitrogen bersekutu
• Cara Menggunakan Nitrogen Memperbaiki Tanaman Dalam Putaran
• Soalan yang sering ditanya

Nitrogen adalah nutrien penting yang menyokong pertumbuhan tumbuhan, dan penetapan nitrogen adalah tumbuhan sehala memperolehnya untuk berkembang. Bakteria penetapan nitrogen di tanah mengambil gas nitrogen (n) dan menjadikannya bentuk yang boleh digunakan untuk tumbuh-tumbuhan. Bentuk -bentuk ini datang dalam beberapa jenis, tetapi penetapan nitrogen simbiotik adalah yang paling biasa. Ini adalah kekacang hubungan dengan bakteria.

Kekacang adalah bahagian penting dari putaran tanaman dan bangunan tanah. Kerana hubungan mereka dengan bakteria penetapan nitrogen, mereka menambah nitrogen untuk tanaman masa depan dalam putaran. Sekiranya anda ingin tahu mengenai putaran tanaman, pertimbangkan untuk membaca artikel kami mengenai topik itu!

Artikel ini harus memberi anda idea nitrogen sebagai nutrien tumbuhan, maklumat mengenai dinamik nitrogen, dan pemahaman tentang jenis nitrogen yang ada di dalam tanah. Memahami penetapan nitrogen biologi membantu anda memahami interaksi tumbuhan-mikrob. Memahami bagaimana kerja nitrogen tetap juga membantu tukang kebun memahami cara menggunakan tumbuhan tertentu dalam putaran.

Nitrogen sebagai nutrien tumbuhan

Nitrogen adalah komponen kritikal pertumbuhan tumbuhan. Secara umum, tumbuh -tumbuhan memerlukan nitrogen dalam jumlah yang paling besar berbanding dengan nutrien lain. Di tumbuh -tumbuhan, nitrogen digunakan untuk klorofil. Klorofil adalah apa yang menjadikan tanaman hijau. Ia berada dalam kloroplas fotosintesis. Nitrogen adalah kritikal dalam asid amino, yang berfungsi sebagai blok bangunan protein.

Mengapa asid amino begitu penting untuk fisiologi tumbuhan? Nah, mereka menghasilkan klorofil yang mengikat terus ke fotosintesis. Apabila mikroorganisma penetapan nitrogen mempunyai hubungan yang sihat dengan tumbuhan, membran yang berasal dari tumbuhan yang dipanggil membran thylakoid memberikan kloroplas masa yang lebih mudah menyerap cahaya. Penyerapan cahaya yang lebih baik membawa kepada pengambilan air dan penanaman nutrisi yang lebih baik.

Bentuk nitrogen

Terdapat beberapa bentuk nitrogen di dunia tumbuhan. Kedua -dua bentuk yang digunakan oleh tumbuhan adalah nitrat dan ammonium. Nitrat adalah sebatian nitrogen yang dikenakan secara negatif yang terdiri daripada satu atom nitrogen dan tiga atom oksigen. Sebatian positif dengan satu atom nitrogen dan empat atom ammonium bentuk hidrogen. Sekiranya tumbuhan mempunyai pilihan antara nitrat dan ammonium, mereka lebih suka nitrat. Walau bagaimanapun, kedua -duanya adalah bentuk yang boleh diterima untuk tumbuh -tumbuhan dalam ekonomi nitrogen.

Terdapat beberapa bentuk penting nitrogen yang terlibat dengan tumbuhan dan kitaran nitrogen. Gas dinitrogen membentuk 78% udara di sekeliling kita. Ia diperbuat daripada dua atom nitrogen yang terikat bersama. Bon ini sangat sukar untuk dipecahkan. Satu lagi sebatian nitrogen yang penting ialah ammonia. Satu atom nitrogen dan tiga hidrogen membentuk ammonia. Gas toksik ini adalah sebahagian daripada kitaran N dan boleh dikumpulkan dalam tetapan pertanian tertentu. Sebatian nitrogen yang penting untuk dipertimbangkan ialah nitrogen organik yang dibubarkan. Sebatian yang mengandungi karbon ini adalah asid organik yang terdapat di tanah.

Kitaran nitrogen

Sebelum masuk ke dalam penetapan nitrogen secara keseluruhan, penting untuk memahami asas -asas kitaran n. Terdapat beberapa bahagian untuk kitaran ini, dan kami akan meliputi asas -asas dalam usaha untuk memberi anda pemahaman tentang bagaimana perubahan nitrogen dalam proses ini. Komponen kitaran termasuk tanah, atmosfera, dan tisu hidup. Cara paling mudah untuk membincangkan topik ini adalah dengan mengkaji bagaimana nitrogen memasuki dan keluar dari tanah.

Nitrogen memasuki tanah

Nitrogen memasuki tanah melalui penguraian bahan organik. Ini boleh berlaku apabila tukang kebun menambah kompos, organisma yang merosot, mereput bahan tumbuhan, baja, dan lain -lain ke taman mereka. Cara lain adalah melalui penetapan nitrogen di tanah itu sendiri. Proses ini memerlukan bakteria penetapan nitrogen tertentu yang mengambil gas dinitrogen dan mengubahnya menjadi tumbuhan bentuk boleh digunakan. Terdapat tiga jenis penetapan nitrogen: simbiosis penetapan nitrogen, penetapan heterotropik, dan penetapan bersekutu). Mereka semua mempunyai keupayaan untuk memecahkan ikatan tiga dalam gas dinitrogen dan, dalam proses, deposit nitrogen di tanah.

Nitrogen meninggalkan tanah

Denitrifikasi, volatilisasi ammonia, dan leaching atau larian adalah cara utama nitrogen meninggalkan tanah. Denitrifikasi adalah proses yang mana nitrat di dalam tanah berubah menjadi gas oleh bakteria anaerobik. Kepekatan oksigen yang rendah menghasilkan keadaan anaerob. Keadaan organik yang boleh dikurangkan, nitrat, dan keadaan suhu hangat juga diperlukan untuk denitrifikasi. Dalam proses ini, gas dinitrogen dan dinitrogen monoksida dibebaskan ke udara sebagai nitrogen atmosfera.

Dinitrogen monoksida (diperbuat daripada dua atom nitrogen dan satu oksigen) adalah gas rumah hijau yang dikeluarkan dalam kepekatan yang jauh lebih rendah daripada gas dinitrogen, yang bukan gas rumah hijau. Faktor yang mempengaruhi jumlah dinitrogen monoksida yang dikeluarkan termasuk pH tanah dan suhu.

Satu lagi bentuk nitrogen yang hilang berlaku melalui volatilisasi ke dalam gas ammonia. Ini berlaku apabila tanah kering, hangat, dan mempunyai kapasiti pertukaran kation yang rendah - keupayaan tanah untuk memegang ion positif. Hasil dari syarat -syarat ini adalah penerapan ammonium ke permukaan tanah.

Salah satu contoh proses volatilisasi boleh didapati di urea. Urea adalah bentuk organik biasa n baja yang digunakan di seluruh dunia dan merupakan hasil sampingan air kencing dari manusia atau haiwan lain. Ia sering boleh membawa kepada volatilisasi gas ammonia apabila keadaan betul. Apabila ammonia menguap dan naik ke atmosfera, ia meninggalkan tanah yang tidak mempunyai sebatian nitrogen berasaskan ammonia yang telah ditambah melalui urea. Fikirkan ia seolah-olah ia adalah belon udara panas yang memukul nitrogen kita keluar dari tanah di mana ia berada!

Leaching and Runoff adalah dua cara lain nitrogen meninggalkan tanah, terutamanya ketika datang ke sistem tanaman yang menerima baja kimia biasa. Selalunya nitrogen tidak diasingkan di dalam tanah dengan baik, terutamanya sebagai nitrat. Ia bergerak dengan mudah melalui profil tanah dan akhirnya berakhir di air bawah tanah, yang mengalir di bawah tanah. Nitrogen kemudian berakhir di sungai, sungai, dan badan air lain.

Pencemaran nutrien ini menyebabkan eutrophication atau pembentukan kepekatan nutrien di tanah lembap dan saluran air. Sama seperti baja nitrogen menggalakkan pertumbuhan tanaman, larian mereka menyebabkan pertumbuhan tumbuhan yang berlebihan di kawasan ini, yang membawa kepada had dalam jumlah oksigen yang tersedia untuk organisma lain.

Zon mati adalah hasil lain dari larian, ketika mekar alga berkembang, menghilangkan oksigen dari hidupan liar di lautan.

Immobilization nitrogen

Satu lagi perkara penting untuk dipertimbangkan dengan nitrogen adalah imobilisasi atau nitrogen yang tidak tersedia untuk tumbuh-tumbuhan, terutamanya kerana nitrogen ditemui di dalam tisu bakteria hidup bebas di dalam tanah. Imobilisasi boleh berlaku lebih banyak apabila kompos dan pindaan menambah karbon yang tersedia. Karbon berfungsi sebagai tenaga untuk mikroorganisma di tanah. Organisma ini menggunakan nitrogen di tanah untuk tisu dan protein. Pertimbangkan ini apabila menambah jerami dan kandang kayu ke taman. Oleh kerana ini kebanyakannya karbon dengan nitrogen kecil, mereka boleh menyebabkan imobilisasi.

Tukang kebun perlu menambah lebih banyak baja n dan menetapkan tumbuhan ke taman untuk mengatasi kitaran immobilization. Kompos juga boleh menyebabkan imobilisasi apabila ia tidak mempunyai nisbah nitrogen yang betul untuk nisbah karbon. Lebihan nitrogen dalam bentuk nitrat ditandai oleh bau yang dipancarkan dari longgokan kompos. Untuk mengimbangi semula nisbah dan mempromosikan asimilasi ammonia yang lebih baik tambah karbon.

Bagaimana bakteria memperbaiki nitrogen

N gas mendapat "tetap" ke dalam tanah oleh bakteria rhizobial, tetapi bagaimana? Ikatan tiga dalam dinitrogen sangat kuat, menjadikan mereka sukar untuk pecah. Organisme penetapan nitrogen ini menggunakan enzim, nitrogenase, untuk memecahkan ikatan ini. Enzim nitrogenase terdapat dalam bakteria rhizobial dan cyanobacteria penetapan nitrogen. Kompleks nitrogenase mengubah dinitrogen menjadi ammonia, maka reaksi mengubahnya menjadi bentuk yang boleh digunakan untuk loji tanaman.

Manusia mengetahui bagaimana untuk memecahkan ikatan tiga kali ini pada permulaan abad ke -20 melalui proses Haber Bosch. Kaedah perindustrian ini mengambil gas nitrogen atmosfera dan mengubahnya menjadi bentuk yang boleh digunakan untuk tumbuhan yang mengurangkan ketegangan mendapatkan baja nitrogen. Oleh itu, baja yang dibuat dari proses ini berasal dari sebatian bukan organik dan tidak boleh digunakan di ladang organik yang disahkan.

Penetapan nitrogen simbiotik

Bentuk penetapan yang paling biasa adalah penetapan nitrogen simbiotik. Ini adalah kekacang hubungan dan tumbuhan actinorhizal dengan bakteria penetapan nitrogen di tanah. Tanaman yang menyokong bakteria N-fixing termasuk kacang, kacang, kacang tanah, semanggi, vetch, alfalfa, dan lupines. Beberapa spesies lain adalah sah tetapi termasuk beberapa pokok dan pokok renek.

Kebanyakan tumbuhan tanah tidak mempunyai simbiosis ini dengan bakteria. Tumbuhan tuan rumah ini membentuk nodul akar yang mengandungi mikroorganisma penetapan nitrogen, termasuk pertumbuhan tumbuhan yang mempromosikan Rhizobacteria. Hubungan simbiotik memberi manfaat kepada kedua -dua pihak: spesies rhizobium menerima gula sementara tumbuhan mendapat sebatian nitrogen yang boleh digunakan. Apabila anda menggunakan baja N, nodul ini tidak terbentuk kerana tumbuh-tumbuhan tidak memerlukan bantuan bakteria penetapan nitrogen untuk membekalkan nitrogen untuk menanam mitokondria.

Setiap spesies legume berbeza dengan tahap nodulasi dan kecekapan. Kacang biasa seperti kacang hijau tidak sebaik kacang gandum seperti kacang tanah, lembu, dan kacang soya. Perennials lebih baik dalam melekatkan nitrogen. Tanaman ini termasuk clovers dan alfalfa. Terdapat banyak pilihan untuk tanaman sedemikian yang melekatkan nitrogen.

Pembentukan nodul

Tanaman yang berbeza mempunyai nodul berbentuk yang berbeza. Proses pembentukan nodul sebenarnya adalah jangkitan bakteria N-fixing. Tanaman tahunan mempunyai nodul saiz kacang sementara perennials mempunyai nodul yang lebih panjang. Tetapi bagaimana nodul ini terbentuk? Pertama, bakteria yang berkaitan dengan tumbuhan menyerang tuan rumah tumbuhan. Bakteria yang tinggal di tanah memasuki sel tumbuhan, yang tinggal di dalam korteks akar. Bakteria kekal di dalam kawasan intraselular tisu tumbuhan, akhirnya membentuk nodul yang anda lihat.

Saya cadangkan tukang kebun masuk ke taman dan tarik kilang penetapan nitrogen yang matang. Anda akan melihat nodul ini. Potong satu terbuka untuk melihat bahagian dalam. Nodul aktif kelihatan merah di bahagian dalam kerana sebatian yang serupa dengan hemoglobin dalam darah manusia.

Penetapan nitrogen heterotropik

Bakteria penetapan nitrogen heterotropik tidak seperti simbiotik. Mereka tidak mempunyai hubungan dengan tumbuhan untuk mendapatkan karbon dan sebatian lain yang mereka perlukan. Sebaliknya, mereka menyokong penetapan nitrogen secara pasif dengan memakan bahan pembusukan di tanah.

Kajian ini yang dijalankan oleh Eckford dan satu pasukan penyelidik mengenal pasti beberapa bakteria heterotropik dalam tanah Antartika yang mengandungi bahan api hidrokarbon. Kajian ini juga menekankan bahawa penetapan nitrogen berlaku di tanah di seluruh dunia.

Bakteria ini mendapat tenaga dengan memakan sebatian lain di dalam tanah, menjadikannya heterotropik. Manusia adalah heterotropik kerana kita mesti menghasilkan dan mengambil makanan untuk bertahan. Tumbuhan, alga, dan organisma fotosintesis atau chemosynthetic lain adalah autotrop kerana mereka dapat menghasilkan makanan yang diperlukan untuk bertahan hidup dalam diri mereka.

Penetapan nitrogen bersekutu

Penetapan bersekutu adalah serupa dengan jenis lain dalam erti kata bahawa gas dinitrogen ditetapkan ke dalam tanah, tetapi dalam hubungan santai dengan tumbuh -tumbuhan. Walaupun simbiosis melibatkan bakteria yang tinggal di dalam tisu tumbuhan, persatuan merujuk kepada bakteria dalam mikrobiotik tumbuhan. Mereka adalah bakteria tanah hidup yang tidak bergantung pada tumbuh-tumbuhan untuk melakukan kerja mereka.

Dalam kajian ini, Roley dan yang lain mengkaji bakteria hubungan yang berpotensi dengan switchgrass. Mereka mendapati bahawa rumput abadi sering tidak bertindak balas terhadap baja nitrogen. Mereka memeriksa tanah di sekitar akar untuk melihat aktiviti bakteria. Mereka mendapati bahawa tanaman ini mendapat manfaat daripada bakteria di tanah yang mempunyai persatuan dengan tumbuhan untuk membekalkan nitrogen semasa menerima karbon dari persekitaran sekitar.

Cara Menggunakan Nitrogen Memperbaiki Tanaman Dalam Putaran

Cara terbaik untuk menggunakan tanaman penetapan nitrogen adalah memasukkannya dalam putaran. Tanaman makanan menggunakan pelbagai nitrogen. Sebilangan besar adalah pengumpan nitrogen berat, seperti jagung manis, labu, skuasy, dan lada. Sebilangan besar tumbuh -tumbuhan di dalam taman dan di ladang mendapat manfaat daripada pemutar nitrogen berputar. Penetapan nitrogen berlaku ketika tukang kebun menanam spesies penetapan nitrogen tumbuhan sebelum menanam pengumpan berat. Melakukannya bersama tanaman tahunan juga boleh memberi manfaat kepada tanah tumbuhan.

Pikat kekacang dengan tanaman lain dapat memberi manfaat kepada kedua -dua tumbuh -tumbuhan. Penting untuk diperhatikan bahawa tumbuhan penetapan nitrogen hanya akan memberikan banyak nitrogen kepada tumbuhan lain ketika mereka masih hidup. Masih bermanfaat untuk menanamnya bersama -sama, tetapi nodul legume mungkin tidak mampu membekalkan semua nitrogen ke tanaman lain seperti lada atau tomato.

Semasa menggunakan pembekal nitrogen sebelum pengumpan berat, ingatlah bahawa akar tumbuhan (dan tisu di atas tanah) harus kekal di taman. Mengeluarkan tumbuhan pada dasarnya akan menghilangkan nitrogen tetap yang dilakukan oleh bakteria. Oleh itu, mencincang dan menjatuhkan atau memotong pembekal nitrogen pada akhir hayatnya akan lebih bermanfaat daripada menariknya dengan akar.

Pertimbangkan untuk memilih tanaman yang mempunyai keupayaan untuk menyediakan lebih banyak nitrogen tetap. Kacang biasa memberikan penetapan nitrogen yang kurang mencukupi daripada sesuatu seperti kacang soya atau kacang tanah. Walaupun bijirin penetapan nitrogen seperti kacang soya tidak biasanya digunakan di taman, termasuk edamame, fava, atau kacang tanah dapat memberi manfaat kepada tanah. Juga termasuk tanaman bijirin dan tumbuh -tumbuhan tanpa gen penetapan nitrogen secara umum dalam putaran dapat membantu membina bahan organik dan memberi manfaat kepada taman.

Soalan yang sering ditanya

S: Apakah tanaman penetapan nitrogen?

A: Tumbuhan penetapan nitrogen adalah yang bertindak sebagai loji tuan rumah untuk jenis bakteria tertentu. Loji tuan rumah itu sendiri tidak menetapkan nitrogen. Sebaliknya, bakteria berada dalam hubungan simbiotik dengan spesies tumbuhan.

S: Pokok apa yang memperbaiki nitrogen?

J: Terdapat banyak spesies pokok yang dikenali untuk melekatkan nitrogen. Sebahagian daripada mereka termasuk musim luruh zaitun, belalang hitam, redbud timur, dan alder.

S: Apa sayur-sayuran nitrogen pembekal?

J: Kacang biasa melekatkan nitrogen (walaupun tidak begitu berkesan seperti yang lain). Tumbuhan tanaman biasa termasuk kacang hijau, kacang hitam, dan kacang pinto. Serta kacang polong seperti snap gula dan kacang salji. Sekali lagi, jika anda ingin menambah jumlah nitrogen yang mencukupi ke tanah, termasuk tanaman yang lebih baik seperti kacang tanah atau edamame boleh menjadi pilihan yang baik. Edamame serupa dengan kacang soya bijirin dan melakukan pekerjaan yang lebih baik untuk melekatkan nitrogen daripada kacang biasa. Sebilangan besar sayur -sayuran lain, seperti tomato, lada, jagung, terung, dan skuasy, bukan pembekal nitrogen.

S: Bunga apa yang memperbaiki nitrogen?

A: Lupine adalah bunga yang paling penting yang membetulkan nitrogen. Kacang gondok adalah kekacang yang menghasilkan bunga yang indah. Mereka sering digunakan sebagai tumbuhan hiasan.

S: Tumbuhan mana yang membetulkan nitrogen yang paling?

A: Kekacang abadi seperti alfalfa dan semanggi berpotensi untuk memperbaiki nitrogen yang paling. Walau bagaimanapun, tumbuh -tumbuhan kacang gandum seperti kacang tanah, kacang fava, kacang soya, dan lembu juga melakukan tugas yang baik untuk melekatkan nitrogen. Kacang biasa seperti kacang hijau dan kacang kering tidak bagus untuk menetapkan nitrogen.