tlo ciklus
TRANSCRIPT
MIKROBIOLOGIJA TLA:
- MIKROBIOLOŠKI PROCESI - SVJEŽA ORGANSKATVAR PRETVARA SE U HUMUSNETVARI -
HUMIFIKACIJA
- MIKROBIOLOŠKI PROCESI - HUMUSNE TVARI PRETVARAJU SE I BILJNE ASIMILATIVE ZA ISHRANU BILJA -
DEHUMIFIKACIJA
MIKROBIOLOGIJA TLA• HUMIFIKACIJA-
TRANSFORMACIJA ORGANSKIH OSTATAKA ISINTEZA HUMUSNIH TVARI U TLU
• u procesima:• FERMENTACIJE• AMONIFIKACIJE• SAPONIFIKACIJE
•DEHUMIFIKACIJAGLAVNI PROCESI KOJIMA SE VRŠI MINERALIZACIJA humusa u tlu:
1. STVARANJE CO2
2. KRUŽENJE DUŠIKA : amonifikacija,
nitrifikacija, denitrifikacija, fiksacija dušika
3. KRUŽENJE P,S,Fe
HUMIFIKACIJA ORGANSKIH OSTATAKA
JEDAN OD NAJVAŽNIJIH FAKTORA PLODNOSTITLA- ORGANSKA TVAR TLA - UGLAVNOM HUMUS
osnovna uloga - u razgradnji biljnih ostataka i stvaranju složenih organskih tvari - humusa - pripada MIKROORGANIZMIMA
- PROCESI BIOKEMIJSKE I MIKROBIOLOŠKE PRIRODE
SVJEŽA ORGANSKA TVAR U TLU -PRETVARA U NOVE HUMUSNE TVARI KOLOIDNOG KARAKTERA
TRANSFORMACIJE TIPA
AMONIFIKACIJE
transformiraju se:
proteini i ostale ORGANSKE N tvari tla
izdvaja se AMONIJAK
kao ANORGANSKI N spoj
transformiraju se:
proteini i ostale ORGANSKE N tvari tla
izdvaja se AMONIJAK
kao ANORGANSKI N spoj
organski N u tlu (99% od ukupnog N u tlu):
-U OBLIKU SVJEŽE ORGANSKE TVARI
-U OBLIKU HUMUSA
organski N u tlu (99% od ukupnog N u tlu):
-U OBLIKU SVJEŽE ORGANSKE TVARI
-U OBLIKU HUMUSA
MIKROBIOLOGIJA TLA• HUMIFIKACIJA-
TRANSFORMACIJA ORGANSKIH OSTATAKA ISINTEZA HUMUSNIH TVARI U TLU
• u procesima:• FERMENTACIJE• AMONIFIKACIJE• SAPONIFIKACIJE
•DEHUMIFIKACIJAGLAVNI PROCESI KOJIMA SE VRŠI MINERALIZACIJA humusa u tlu:
1. STVARANJE CO2
2. KRUŽENJE DUŠIKA : amonifikacija,
nitrifikacija, denitrifikacija, fiksacija dušika
3. KRUŽENJE P,S,Fe
AMONIFIKACIJA
HUMIFIKACIJA organskih ostataka
MINERALIZACIJA humusa
U KOJOJ FAZI SE VIŠE IZDVAJA AMONIJAKA ?
HUMIFIKACIJAsvježih org. ostataka
MINERALIZACIJAhumusnih tvari
AMONIFIKACIJA
dvije faze:
1. DEGRADACIJA
2. DEZAMINACIJA
dvije faze:
1. DEGRADACIJA
2. DEZAMINACIJA
1. DEGRADACIJA
HIDROLITIČKI PROCES -enzimatskim djelovanjemproteini - razgrađuju - do AMINOSPOJEVA
EKSTRACELULARNI ENZIMIvećina mo. - ne može proteine direktno usvajati
PROTEAZE - iz proteina nastaju peptidi
PEPTIDAZE - iz peptida nastaju AMINOKISELINE
- odvija se u svim ekološkim uvjetima –
mnogi mikroorganzmi lako iskorištavaju proteineaerobi , anaerobi, fakultativno anaerobi
2. DEZAMINACIJA
aminokiseline se transformiraju –nastaje produkt mineralnog karaktera – amonijak
INTRACELULARNI ENZIMI - DEZAMINAZEspojevi topivi u vodi - mikroorganizmi ih prerađuju u svojojcitoplazmi
dezamnacija AK provodi se na više načina:
oksidacijom, hidrolizom, redukcijom ilidekarboksilacijom
2. DEZAMINACIJA
aminokiseline se transformiraju –nastaje produkt mineralnog karaktera – amonijak
INTRACELULARNI ENZIMI - DEZAMINAZEspojevi topivi u vodi - mikroorganizmi ih prerađuju u svojojcitoplazmi
dezamnacija AK provodi se na više načina:
oksidacijom, hidrolizom, redukcijom ilidekarboksilacijom
AMONIFIKACIJSKI MIKROORGANIZMI
razgradnja proteina i drugih organskih dušičnihspojeva u tlu - rezultat metabolizma
BROJNIH MIKROORGANIZAMA
oslobađaju NH3 iz organskih dušičnih spojeva
različite BAKTERIJE, GLJIVE i AKTINOMICETE
STUPANJ RAZGRADNJE - varira ovisno o vrsti, rodu i mikrobnoj zajednici
razgradnja proteina i drugih organskih dušičnihspojeva u tlu - rezultat metabolizma
BROJNIH MIKROORGANIZAMA
oslobađaju NH3 iz organskih dušičnih spojeva
različite BAKTERIJE, GLJIVE i AKTINOMICETE
STUPANJ RAZGRADNJE - varira ovisno o vrsti, rodu i mikrobnoj zajednici
BAKTERIJE - u neutralnim i alkalnimGLJIVE - u kiselim tlima
ANAEROBNE BAKTERIJE - u zbijenim tlima
vrlo velika heterogenost amonifikatora-- amonifikacija skoro nikada nije eliminirana
iz tla i u ekstremnim uvjetima
aerobne bakterije
sporogene: BACILLUS B. subtilis, B. mycoidesB. megaterium, B. cereus
asporogene: PSEUDOMONAS P. aeruginosa,P. fluorescens
fakultativno anaerobne bakterije:
ESCHERICHIA COLI PROTEUS VULGARIS
anaerobne bakterije
CLOSTRIDIUM CADAVERISCLOSTRIDIUM PUTRIFICUM
gljive:MUCOR spp.RHIZOPUS spp.ASPERGILLUS spp.PENICILLIUM spp.
U PRIRODNIM SREDINAMA - u tlu –
NE DOLAZI UVIJEK DO IZDVAJANJA AMONIJAKA
istovremeno - PROCESI RAZLAGANJA I PROCESI SINTEZE
nastali amonijakizvor N za stvaranje
MIKROBIOLOŠKOG PROTEINA
U SASTAV HUMUSA
da li će doći do IZDVAJANJA AMONIJAKA prilikom transformacije proteinskih tvari -
OVISI OD ODNOSA C : N
U NEKOJ SREDINI
sinteze odnosno razlaganja 100 g org. tvari:sadrži 50g C - troši se 2 g N C:N 25 : 1
1. ako je ODNOS C:N ŠIRI OD 25:1 -
CJELOKUPNI N POTROŠIT ĆE SE NA SINTETIČKEPOTREBE MIKROORGANIZAMA
NEĆE DOĆI DO IZDVAJANJA N U OBLIKU AMONIJAKA
mikroorganizmi dušik nastao razgradnjom proteina koristeza izgradnju vlastite biomase i NH3 se slabo ili nikako neizdvaja
ako je sadržaj N manji od 2% :unošenje biljnih ostataka- siromašnih N neće biti izdvajanja
Dušična depresija
mikroorganizmi koriste N za vlastite potrebe
IM OBILIZACIJA N u tlu• posljedica MIKROBNE ASIMILACIJE
ANORGANSKIH HRANIVA - dušik i drugahraniva
• IMOBILIZIRAJUĆI IH U SVOJU BIOMASU
- mikrobiološko uklanjanje hraniva - u poljoprivredi -VAŽNO:
biljke usvajaju N - u nitratnom i amonijskom obliku
- INKORPORIRA SE U MIKROBNE STANICE - U PROCESUSUPROTNOM OD MINERALIZACIJE
mikroflora - ne može se razmnožavati i razgrađivatiorgansku tvar - BEZ DA ASIMILIRA DUŠIK
IMOBILIZACIJA povezana sa pH i sa sadržajemdrugih hraniva
IMOBILIZACIJA MINERALNOG DUŠIKA i MINERALIZACIJA ORGANSKIH TVARI - imajuVAŽAN AGRONOMSKI I EKOLOŠKI ZNAČAJ
biljke su u kompeticiji sa mikrobima -
ANORGANSKI DUŠIK NALAZI U TLU U KOLIČINAMA NEDOVOLJNIM za razvojmikroflore i biljaka
dodatak tlu organske tvari siromašne N
OPASNA - tijekom vegetacijskog razdoblja-jer BLOKIRA OSNOVNO MAKROHRANIVO-DUŠIČNA DEPRESIJA - POTREBNO DODAVATIMINERALNI DUŠIK
u jesen - može biti korisno- jer IMOBILIZIRA MINERALNI DUŠIK - naročito NITRATNI koji se inače GUBI ISPIRANJEM
2. pri C:N ODNOSU UŽEM OD 25:1
može jedino doći do IZDVAJANJA AMONIJAKA –
proces dehumifikacije - proces mineralizcijehumusa - sredina gdje je više od 2% N
U KOJOJ FAZI SE VIŠE IZDVAJA AMONIJAKA ?
HUMIFIKACIJAsvježih org. ostataka
MINERALIZACIJAhumusnih tvari
N - u humusu - većinom u obliku MIKROBIOLOŠKOGPROTEINAMINERALIZACIJA HUMUSNIH TVARI - iste reakcije -transformacije proteinskih tvari iz svježe organske tvari -AMONIFIKACIJA
amonijak se izdvaja pod određenim uvjetima:
PRETEŽNO I SKORO CJELOKUPNA KOLIČINA AMONIJAKA STVARA SE U FAZI
MINERALIZACIJE HUMUSNIH TVARIpogotovo “mull” tipa
SUDBINA NASTALOG AMONIJAKA :
najčešće - VEŽE SE SA KISELINAMA –u amonijeve spojeve - izvor N samo zamikroorganizme i biljke
amonijevi spojevi - OKSIDACIJA - nitratnispojevi-povoljniji za mnoge mikroorganizme i najpovoljniji oglik za biljke
VOLATIZACIJA - odlazi u atmosferu kao plinovitiprodukt
U kiselim tlima - onemogućene nitrifikacija-uglavnom amonijevi spojevi -otežan pristup slobodnog kisika
u neutralnim tlima - amonijak se brzo oksidirau nitrate - pogotovo pod aerobnim prilikama
BIOLOŠKI ZNAČAJ - AMONIJEVIH SPOJEVA:
BOLJE SE ADSORBIRAJU ZA ČESTICE TLA- u odnosu na nitrate – sprječava ispiranje N
- stvoreni amonijak - ublažava kiselu reakcijutla → VEŽUĆI KISELINE U AMONIJEVE SPOJEVE
NITRIFIKACIJA
- AUTOTROFNA NITRIFIKACIJA –amonijevi spojevi se oksidiraju do NITRATA –odvija se u 2 stupnja – specifični mo. anorganski N – izvor energije za nitrifikatore
- HETEROTROFNA NITRIFIKACIJA –neki mo. stvaraju nitrate u oksidacijskim procesima – nisu povezani s mikrobnim rastom
MIKROBIOLOŠKI PROCES NASTANKA NITRATA
AMONIFIKACIJA ⇔ NITRIFIKACIJA
- nitrifikacija - nastavak procesa amonifikacijepod određenim uvjetima
nitrifikacija strogo SPECIFIČAN proces vezan uz:
- određene uvjete u tlu- jako specijalizirane mikroorganizme
nitrati - najpovoljniji oblik N - spojeva za ishranuviših biljaka
- važan mikrobiološki proces u tlu - poljoprivrednatla
BIOKEMIZAM NITRIFIKACIJE1. NITRITACIJA:NH4
+ + 1,5 O2 → NO2- + H2O + 2H+ + E (66 kcal)
oksidacijaCO2 + H20 + E → (CH2O) + O2
redukcija
2. NITRATACIJA:NO2
- + 0,5 O2 → NO3- + E (20 kcal)
oksidacijaCO2 + H20 + E → (CH2O) + O2
redukcija
- nitrifikatori - za staničnu sintezu upotrebljavajusamo ugljik iz: CO2 , karbonata i bikarbonata - autotrofni mo.
ENERGIJA za redukciju CO2iz oksidacije anorganskih dušičnih spojeva -
KEMOAUTOTROFNI mikroorganizmi
NITRIFIKATORI
NITRIFIKACIJA = biološka oksidacija amonijakado nitrata
- nitrifikatori - obuhvaćaju 2 fiziološke grupe:
1. NITRITNE BAKTERIJE - oksidiraju AMONIJAK DO NITRITA
2. NITRATNE BAKTERIJE - oksidiraju NITRITE DONITRATA
U PRIRODNIM UVJETIMA:
2 faze- nisu odvojene - istovremeno se odvijaju u tlunitriti - odmah oksidiraju u nitrate - nalaze se u tlu u većimkoličinama
utjecaj organske tvari - otopljenu org. tvar u tlu - koristedrugi heterotrofni mo. - nema štetnog djelovanja nanitrifikatore
produkti ovih mo. - dalje se iskorištavaju od strane drugihmo. i biljakane dolazi do povećane koncentracije nitrata koje bi štetnodjelovale na nitrifikatore
KARAKTERISTIKE NITRIFIKATORA:
OBLIGATNI KEMOAUTOTROFIne mogu upotrijebiti organski C za rast niti kao izvor
energije
- ne oksidiraju anorganske supstrate koji nesadrže dušik
optimalni pH: 7
optimalne temperature: 30-37°C
- asporogeni, aerobni,neutofilni, mezofilni, kemotrofi, specifični za pojedine faze
1. nitritne bakterije
NITROSOMONAS EUROPEA
NITROSOCOCCUS NITROSUS
NITROSOSPIRA sp.NITROSOLOBUS sp.NITROSOVIBRIO sp.
2. nitratne bakterije
NITROBACTER WINOGRADSKIINITROBACTER AGILIS
Utjecaj vanjske sredine - na nitrifikatore:
pH, aerobni uvjeti - u prirodnim uvjetima nisu striktnagranicai u kiselim tlima - puno slabija- adaptacija m.o - obrađena – neobrađena tla
značaj nitrifikacije:
ispiranje nitrata - jači procesi - nestašica N za više biljke
nitrati - slabo se adsorbiraju na čestice tla⇓onečišćenje podzemnih voda, eutrofikacija, gubitak N
- nitrifikacija - doprinosi mobilizaciji netopivih anorganskihspojeva u tlu - stvaranje jakih kiselina - povoljno - namobilizaciju fosfata
značaj nitrifikacije
ispiranje nitrata - jači procesi - nestašica N za više biljke
• nitrati - slabo se adsorbiraju na čestice tla• ⇓• onečišćenje podzemnih voda, eutrofikacija, gubitak N
• - nitrifikacija - doprinosi mobilizaciji netopivihanorganskih
• spojeva u tlu - stvaranje jakih kiselina - povoljno - na• mobilizaciju fosfata
DENITRIFIKACIJANITRIFIKACIJA↔ DENITRIFIKACIJA
REDUKCIJA NITRATA DO ELEMENTARNOG, PLINOVITOG DUŠIKA
posljedica denitrifikacije - gubitak vezanog dušikauvjeti: anaerobni, prisustvo mo., energetska tvar
biološki - skup procesa - anaerobno disanje-nitrat služi kao konačni akceptor elektronaoslobađanje ATP-a putem transportnog sustavaelektrona
DENITRIFIKACIJA U ŠIREM SMISLU - redukcijaNITRATA DO NITRITA ILI AMONIJAKA
ne dolazi do gubitka dušika iz tla“nitratna asimilacija” – šteta privremenog karaktera – korisno: nema biljne vegetacije
DENITRIFIKACIJA U UŽEM SMISLU - PRAVADENITRIFIKACIJA - redukcija NITRATADO PLINOVITOG DUŠIKA koji se gubi iztla
NO3- → NO2
- → N2O → N2
PRAVA – DIREKTNA I INDIREKTNA → mo.sudjeluju u prvoj fazi
↓mo. neposredno sudjeluju u cijelom procesu
uvjeti: anaerobni mo. : aerobni ili fakultativno anaerobni – koriste kisik iz nitrata za oksidaciju energetske tvari (organska ili anorganska)
zajedno s nitratima, koji se lako ispiru u dublje slojeve, denitrifikacija je RAZLOG GUBITKA DUŠIKA IZ TLA
POVEĆANU DENITRIFIKACIJU - uvjetuje:
povećanje vlažnosti tla, smanjena količina kisika, alkalitet, relativno visoke temperature, dostupnost oksidirajućihspojeva kao donora elektrona
denitrifikacija - osiromašuje tlo samo jednim hranjivom
ISPIRANJE NITRATA - uzrokovano kišama ilinavodnjavanjem - uzrokuje onečišćenje okoline- racionalna primjena gnojiva pomaže u sprečavanjunakupljanja nitrata
DENITRIFIKATORI
PSEUDOMONAS DENITRIFICANSP. FLUORESCENS
ALCALIGENES DENITRIFICANS
THIOBACILLUS DENITRIFICANS
PROTEINI
AMONIJAK
AMINOSPOJEVI
ELEMENTARNIDUŠIK
NITRATI
NITRITI
BILJKE
DEGRADACIJAFIKSACIJA
DUŠIKA
NITRITACIJANITRATACIJA
DE
NIT
RIF
IKA
CIJ
A DE
AM
INA
CIJA
ŽIVOTINJE
MJESTO BIOLOŠKE FIKSACIJE U KRUŽENJU DUŠIKA
GNOJIVAOBORINE
ŽETVA