Гниение и нитрификация

Гниением, или аммонификацией, называется разрушение бактериями органических веществ, содержащих в себе азот. Процесс гниения встречается всюду: гниют трупы отживших животных и растений, гниют мясные и рыбные продукты, поврежденные корнеплоды, гниют листья в лесу, растения в водоемах; в навозе и в почве гниют азотистые вещества; в толстых кишках животных и человека происходит гниение остатков пищи. Гниение сопровождается выделением углекислого газа, а также многих неприятно пахнущих газов (индол, скатол, сероводород, метан и др.). Кроме того, при гниении выделяются органические яды – птомаины, поэтому нельзя скармливать животным испортившиеся корма. В процессе гниения участвует много различных видов бактерий как анаэробов, так и аэробов. Одни виды бактерий разлагают сложные органические вещества на более простые вещества, которыми питаются другие виды; флора вторых видов бактерий сменяется третьим видом и т. д., пока органическое вещество не минерализуется на ряд простых веществ, как вода, минеральные соли, углекислый газ, аммиак, сероводород и др. При этом скрытая энергия, находящаяся в органическом веществе, освобождается и идет на жизнедеятельность бактерий. Иногда избыток энергии идет на нагревание, например в разлагающемся сене, или энергия выделяется в виде света, так называемыми светящимися бактериями, например при гниении испорченного мяса.

Мы разберем процессы деятельности бактерий, совершающиеся в навозе и в почве. Прежде всего необходимо помнить, что в навозе содержится большое количество мочевины которая под влиянием бактерий аммонификации присоединяет к себе две молекулы Н₂О и превращается в углекислый аммоний (NН₄)₂СО₃:
CO(NH₂)₂ + 2Н₂О = (NН₄)₂СО₃.

На этом обычно процесс не останавливается, так как (NН₄)₂СО₃ в навозе и почве распадается с образованием 2NН₃, СO₂ и H₂O. При взаимодействии аммиака с имеющимися в почве кислотами вновь образуются более стойкие аммонийные соли (например, 2NН₃ + H₂SO₄ → (NH₄)₂SO₄).

Аммонийные соли под влиянием бактерий нитрификации, в большом количестве встречающихся в навозе и в почве, подвергаются превращению в соли азотной кислоты через промежуточную фазу азотистой кислоты. За счет энергии окисления при этом процессе протекает жизнедеятельность бактерий нитрификации. Процесс нитрификации – процесс образования селитры в почве, а мы знаем, какое громадное значение для роста зеленых растений имеет присутствие этой соли в почве. Что образование селитры в почве есть биологический процесс, впервые доказали ученые Ж. Шлезинг и А. Ш. Мюнц. Они брали длинные толстые стеклянные трубки и наполняли их песком. Затем через верхний конец трубки вливали раствор аммиачной соли и исследовали жидкость, вытекающую через нижний конец трубки. Вытекающая жидкость содержала в себе соли азотной кислоты, а аммиачные соли из нее исчезали. Обрабатывая трубки с песком парами хлороформа или нагревая до температуры 110°, исследователи доказали, что процесс превращения аммиачных солей в селитру превращается, из чего они сделали вывод, что нитрификация зависит от каких-то живых микроорганизмов.

Известный русский микробиолог С. Н. Виноградский в 1889 г. выделил из почвы чистые культуры бактерий нитрификации двух родов, всегда встречающиеся вместе и находящиеся в своеобразном симбиозе. Первая бактерия (Nitrosomonas) (рис.1) переводит аммонийные соли, точнее выделяющийся при их распаде аммиак, в азотистую кислоту:

2NН₃ + 3O₂ = 2HNO₂ + 2Н₂О + 158 больших калорий, то есть осуществляет первую фазу нитрификации. Азотистая кислота не накапливается, а при помощи второй бактерии (Nitrobacter) тут же окисляется в азотную кислоту:

2HNO₂ + O₂ = 2НNО₃ + 38 больших калорий. Азотная кислота, взаимодействуя с катионами Na⁺, Ca⁺⁺, К⁺ и др., образует селитры.


Рис.1. Бактерии:
I – нитрозомонас. II – азотобактер.

Позднее в почвах разных стран были найдены подобные же бактерии. Успех нитрификации зависит от присутствия в почве достаточной влажности, достаточного количества солей кальция, связывающего азотную кислоту, а также от доступа воздуха в почву, так как бактерии нитрификации относятся к облигатным аэробам. Отсюда вытекает необходимость правильной глубокой обработки почвы.

Как видно из приведенных выше формул реакций, нитрификация сопровождается выделением энергии. Эта химическая энергия окисления используется для разложения углекислоты и для образования органических веществ, входящих в состав тела бактерий. Подобного рода синтез органических веществ, заключающийся в превращении одной формы химической энергии в, другую, называется хемосинтезом.

Как прямая противоположность этим полезным бактериям, в сильноуплотненных почвах встречаются денитрифицирующие бактерии, производящие разрушение азотнокислых солей вплоть до выделения в воздух свободного азота. Процесс денитрификации – вредный для сельскохозяйственных растений, с которым необходимо вести постоянную борьбу, Сильное уплотнение почвы, связанное с неправильной обработкой ее и с образованием на поверхности плотной корки, усиливает этот вредный процесс, так как бактерии денитрификации являются анаэробами.

Кроме перечисленных выше бактерий, в почве встречаются еще чрезвычайно интересные и полезные бактерии, обладающие способностью связывать свободный азот воздуха и делать его доступным для питания зеленых растений. Одна из этих бактерий Azotobacter (рис.1, II) является аэробной, а другая, Clostridium pasteurianum, – анаэробной. Успешное развитие азотфиксирующих бактерий связано с развитием почвенных водорослей. Последние образуют углеводы и другие без азотистые вещества, необходимые для развития азотфиксирующих бактерий.

При изучении физиологии растений разберем вопрос о полезной бактерии, улавливающей свободный азот воздуха (Bacterium radicicola), встречающейся в почве и проникающей в корни бобовых растений, на которых развиваются клубеньки.


Смотрите также:
Составы для защиты древесины
Питание растений азотом
Патогенные бактерии
Молочнокислые бактерии