Plant Nutrients - Nitrogen and Phos

Plant Nutrients - Nitrogen and Phosphorous

Aside from O2 and CO2, there are a variety of other chemicals needed by living things. Animals, almost by definition, obtain these other chemicals along with the carbohydrates and proteins they ingest when they consume other animals or plants, therefore, animals are usually content as long as the water has enough O2 and a decent salinity. Plants, on the other hand, are more self-sufficient, and they can synthesize a wide variety of complex molecules from simple inorganic precursors. The ecological community that will develop in a body of water is thus often dependent on the suitability of the habitat for the growth of photosynthetic organisms. Exceptions to this include the deep ocean (which is dependent, however, on the growth of phytoplankton above), or headwater streams (which depend on adjacent trees for most of their organic input through leaffall), or cave streams (bat guano) and so on.

Along with sunlight and CO2, the major needs of a plant include macronutrients nitrogen and phosphorous (used for proteins, DNA, RNA, ATP, etc.) and micronutrients such as sulfur (protein), magnesium (chlorophyll), and iron (cytochromes) (this list is not comprehensive). The micronutrients may be found in very small concentrations; plants (I will use the term plants to refer to all photosynthetic organisms) are good at obtaining them even if they are in low concentration; and they are rarely a limiting factor (be sure to review your ecology to be sure that you understand the concept of limiting factor). Some micronutrients, such as sulfur (as SO4-2), magnesium (as Mg+2), calcium ( as Ca+2) and potassium (as K+) are important constituents of both seawater and freshwater, as we have seen earlier.

Phosphorous (P) and nitrogen (N) are critical to plant growth, and they (usually P, but sometimes N) are often limiting factors to plant growth. Before you object, recalling that dissolved nitrogen is common in water, remember that it is dissolved nitrogen gas, N2, which is inert and cannot be used by most plants. The exception here are the cyanobacteria, which can fix N2 in the heterocysts, which provide a local anoxic environment for the nitrogen-fixing enzymes (and bacteria in anoxic root nodules of legumes and other anoxic places in the soil). Bodies of water with a low N/P ratio are thus prone to blooms of cyanobacteria. For most plants, N must be in the form of nitrate (NO3-) or ammonia (NH3, NH4+ in water). Ammonia, of course, is the nitrogenous waste of choice for many aquatic organisms, and even more is released by bacteria breaking down dead plants and animals or other nitrogenous animal wastes such as urea. Nitrate is a product of the nitrogen cycle; the nitrogen cycle in water differs slightly from the nitrogen cycle that takes place on land (which you are probably familiar with).

On land, N2 is fixed by bacteria in the soil such as Rhizobium, Clostridium, and Azotobacter; in the water (both freshwater and marine) N2 is fixed by such cyanobacteria as Anabaena, Plectonema, and Nostoc. The reaction requires energy and proceeds as follows:



Nitrogen Fixation: 2N2 + 6H2O ---> 4 NH3 + 3O2



Ammonia, whether generated by nitrogen fixation or by the breakdown of amino acids by animals or decomposers, is toxic. As the pH of water increases, more of the ammonia exists in the water as NH4+. NH4+ is even more toxic than NH3, and the fact that it is more prevalent at higher pH leads to one of the significant differences between keeping a marine and a freshwater aquarium. A marine aquarium typically has a pH of 8.0 to 8.5; a freshwater aquarium will usually have a pH of about 7. At pH 8.0, there is far more NH4+ present, and, if too many animals are producing too much NH3, then NH4+ levels will soon become toxic. Therefore, marine tanks must be "aged", that is, stocked slowly, to allow populations of bacteria to develop to remove the ammonia. The role of these latter bacteria will be explored below.

Once produced, ammonia (NH3) is used by a variety of plants and bacteria as the source of the amino group for amino acid synthesis (another reason that freshwater tanks are more tolerant than marine tanks in regards to ammonia is the ready availability of freshwater plants which help reduce ammonia levels). The amino acid synthesis reaction also requires energy and looks like this:

Amino acid synthesis: 2NH3 + 2H2O + 4CO2 ---> 2 CH2NH2COOH + 3O2

Note that both this reaction and the preceding one release O2 into the atmosphere; photosynthesis is not the only source of O2 in the atmosphere! While amino acid synthesis does remove some ammonia from the water, much more is usually present. Another reaction, nitrification, takes ammonia and converts it to nitrite (NO2-); this reaction releases energy to the organism which carries it out:

Nitrification I: 2NH4+ + 3O2 ---> 2NO2- + 4H+ + 2H2O

In water, this reaction is carried out mostly by bacteria of the genus Nitrosomonas. Nitrite is less toxic than ammonia, but is still toxic; high levels of nitrite can kill many aquatic organisms. Fortunately, a further nitrification reaction can occur (also with a release of energy):

Nitrification II: 2NO2- + O2 ---> 2NO3-

The end product here, nitrate (NO3-), is even less toxic than nitrite, and can be used by many plants as a nitrogen source. In aquatic systems and terrestrial systems as well, this reaction is carried out by bacteria of the genus Nitrobacter. In a typical marine aquarium, nitrate may approach toxic levels, but this process takes months. In addition, a number of denitrification reactions take place and reduce nitrate levels, as does uptake by plants.

To retrace the nitrogen cycle, let us consider the marine aquarium again (Fig. 7). Ammonia levels build as animals excrete nitrogenous wastes; as they die and decompose; as food (with protein) is added; and as N2 from the atmosphere is fixed by cyanobacteria. Because of the high pH (8.0), most of the ammonia will exist as toxic NH4+. Nitrosomonas bacteria will convert the ammonia to nitrite, and Nitrobacter bacteria will convert the nitrite to nitrate, which can be utilized by plants. Denitrification will remove some of the nitrate from the water. In a freshly established marine tank with a few fish, it is not uncommon for the ammonia levels to peak, then drop as the Nitrosomonas bacteria take hold and begin to convert ammonia to nitrite. As nitrite levels build and peak, Nitrobacter populations will thrive and convert the nitrite to nitrate, reducing nitrite concentrations to near zero. Typically, it takes about one month for the bacterial populations to become established, and it is usually wise to monitor the process by daily tests of ammonia and nitrite levels. The number of organisms that can be maintained in a marine tank is usually proportional to the amount of surface area on the gravel of the aquarium available for the Nitrosomonas and Nitrobacter bacteria to attach to.





Figure 7. Diagram of the Nitrogen Cycle in water. N2 in the air is fixed by cyanobacteria and put in the form of protein, which is eaten by fish. Fish release NH3, which is taken up by heterotrophic bacteria, plants, cyanobacteria, and the bacterium Nitrosomonas. The first three reincorporate the NH3 into protein, Nitrosomonas converts it to NO2, which is taken up in turn by Nitrobacter, which gives off NO3. The NO3 is a plant nutrient and is also utilized by anaerobic bacteria, which can produce N2, NO2, or NH3.

The story with phosphorous is much simpler. Phosphorus is typically available to plants as organophosphate (PO4-3); this compound is a common weathering product of igneous rock. Other sources of phosphate are decaying animal bodies, animal wastes, bones of vertebrates, and bird guano. The last is mentioned specifically because it is such a rich source of phosphorous; in fact, huge quantities of bird guano that accumulate near nesting areas of shorebirds are often mined for fertilizer. Phosphorous trapped in the bodies of dead organisms which sink to the bottom may accumulate in bottom sediments; this phosphorous will become available again to living plants (animals do not take up phosphorous directly from the environment) when currents sweep the bottom and bring it to the surface where there is sufficient light for photosynthesis (remember the LCP?). In nature, two such currents are noteworthy, the overturn of lakes (which occurs when the water is all of the same temperature and density, more on this later), and upwellings, places where cold ocean currents meet continents and rise up from the bottom. The most famous example of an upwelling is off the coast of Peru; as the cold water reaches the surface (replacing warm surface waters blown west by prevailing winds), it brings up phosphorous, which encourages the growth of abundant algae, which in turn are appetizers for anchovies, which are then fished in great numbers by humans (for pizza topping) and birds (where do you think the guano comes from?).

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

พืชสารอาหาร - ไนโตรเจน และ Phosphorous นอกจาก O2 และ CO2 มีความหลากหลายของสารอื่น ๆ ที่จำเป็น โดยสิ่งที่อยู่ สัตว์ เกือบ โดยคำจำกัดความ ได้รับเหล่านี้สารเคมีอื่น ๆ รวมทั้งคาร์โบไฮเดรตโปรตีนที่ ingest เมื่อพวกเขาใช้สัตว์หรือพืชอื่น ๆ ดังนั้น สัตว์มีเนื้อหาปกติตราบใดที่น้ำมี O2 เพียงพอและเค็มดี พืช ในทางกลับกัน มีบางเพิ่มเติม และพวกเขาสามารถสังเคราะห์โมเลกุลซับซ้อนจากอนินทรีย์ precursors อย่างหลากหลาย ระบบนิเวศชุมชนที่จะพัฒนาในน้ำบ่อยจึงขึ้นอยู่กับความเหมาะสมของอยู่อาศัยเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิต photosynthetic ข้อยกเว้นนี้ได้แก่มหาสมุทรลึก (ซึ่งเป็น อย่างไรก็ตาม ขึ้นอยู่กับการเติบโตของ phytoplankton ข้าง), หรือกระแส headwater (ซึ่งขึ้นอยู่บนต้นไม้ติดมากที่สุดของการป้อนข้อมูลเกษตรอินทรีย์ผ่าน leaffall), หรือถ้ำสายธาร (bat guano) และอื่น ๆ แสงและ CO2 วิชาต้องการของพืชรวมรับไนโตรเจน และ phosphorous (การเป็นต้นใช้โปรตีน ดีเอ็นเอ อาร์เอ็นเอ ATP ) และองค์ประกอบตามโรคเช่นกำมะถัน (โปรตีน), แมกนีเซียม (คลอโรฟิลล์), และเหล็ก (cytochromes) (รายการนี้ไม่ครอบคลุม) องค์ประกอบตามโรคอาจพบได้ในความเข้มข้นดีมาก (ผมจะใช้พืชระยะเพื่ออ้างถึงสิ่งมีชีวิตทั้งหมดที่ photosynthetic) พืชดีที่ได้รับพวกเขาแม้ว่าพวกเขาอยู่ในความเข้มข้นต่ำ และพวกเขาจะไม่ค่อยมีปัจจัยจำกัด (ควรทบทวนระบบนิเวศวิทยาเพื่อให้แน่ใจว่า คุณเข้าใจแนวคิดของปัจจัยจำกัด) บางองค์ประกอบตามโรค เช่นกำมะถัน (เป็น SO4-2), แมกนีเซียม (เป็น Mg + 2), แคลเซียม (เป็น Ca + 2) และโพแทสเซียม (เป็น K +) เป็นสำคัญ constituents ทั้งทะเล และน้ำ จืด เราเห็นก่อนหน้านี้ Phosphorous (P) และไนโตรเจน (N) มีความสำคัญต่อการเจริญเติบโตของพืช และพวกเขา (P ปกติ แต่บางครั้ง N) มักจะจำกัดปัจจัยการเจริญเติบโตของพืช ก่อนที่คุณ วัตถุ เรียกว่า ไนโตรเจนที่ละลายในน้ำ ทราบว่า เป็นไนโตรเจนละลายแก๊ส N2, inert และพืชส่วนใหญ่ไม่สามารถใช้ ข้อยกเว้นที่นี่เป็น cyanobacteria ซึ่งสามารถแก้ไข N2 ใน heterocysts ซึ่งให้สภาพแวดล้อม anoxic ท้องถิ่นแก้ไขไนโตรเจนเอนไซม์ (และแบคทีเรียในราก anoxic nodules ของกินและสถานอื่น ๆ anoxic ในดิน) ร่างกายของน้ำด้วยอัตราส่วน N/P ที่ต่ำจึงมีแนวโน้มที่บลูมส์ cyanobacteria สำหรับพืชมากที่สุด N ต้องอยู่ในรูปของไนเตรต (NO3-) หรือแอมโมเนีย (NH3, NH4 + ในน้ำ) แอมโมเนีย แน่นอน เป็นเสียชีวิตในน้ำ และยิ่งไนโตรจีนัสออก โดยแบคทีเรียที่แบ่งพืชตาย และสัตว์หรือสัตว์อื่น ๆ ไนโตรจีนัสเปลืองเช่นยูเรีย ไนเตรตเป็นผลิตภัณฑ์ของวัฏจักรไนโตรเจน วัฏจักรไนโตรเจนในน้ำแตกต่างเล็กน้อยจากวงจรไนโตรเจนที่เกิดบนบก (ซึ่งคุณคงคุ้นเคยกับ) บนที่ดิน N2 เป็นถาวร โดยแบคทีเรียในดิน เช่นไรโซเบียม เชื้อ Clostridium, Azotobacter น้ำคง N2 (ทั้งน้ำจืด และทะเล) โดย cyanobacteria เช่น Anabaena, Plectonema และ Nostoc ปฏิกิริยาที่ต้องใช้พลังงาน และดำเนินการดังนี้: ปฏิกิริยาการตรึงไนโตรเจน: 2N2 + 6H2O---> 4 NH3 + 3O2 แอมโมเนีย ว่าสร้างขึ้น โดยปฏิกิริยาการตรึงไนโตรเจน หรือกรดอะมิโนของสัตว์หรือผู้ย่อยสลาย เป็นพิษ PH ของน้ำเพิ่มขึ้น เป็นของแอมโมเนียอยู่ในน้ำเป็น NH4 + NH4 + เป็นพิษยิ่งกว่า NH3 และความจริงที่เป็นที่แพร่หลายมากขึ้นที่ค่า pH สูงกว่าเป้าหมายหนึ่งของความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญระหว่างรักษาน.ย.และพิพิธภัณฑ์สัตว์น้ำจืด พิพิธภัณฑ์สัตว์น้ำทางทะเลโดยทั่วไปมี pH 8.0 ถึง 8.5 นิ้ว พิพิธภัณฑ์สัตว์น้ำจืดมักจะมี pH ประมาณ 7 ที่ pH 8.0 ไกลเพิ่มเติม NH4 + อยู่ และ ถ้ามากเกินไปสัตว์จะผลิต NH3 มากเกินไป แล้ว NH4 + ระดับเร็ว ๆ นี้จะเป็นพิษ ดังนั้น ถังทางทะเลต้องเป็น "อายุ" คือ เย็นช้า ให้ประชากรของแบคทีเรียพัฒนาเอาแอมโมเนีย บทบาทของแบคทีเรียเหล่านี้หลังจะไปด้านล่าง เมื่อผลิต แอมโมเนีย (NH3) ถูกใช้ โดยความหลากหลายของพืชและแบคทีเรียเป็นต้นทางของกลุ่มอะมิโนการสังเคราะห์กรดอะมิโน (อีกเหตุผลหนึ่งถังน้ำจืดป้องกันความผิดพลาดมากขึ้นกว่าถังทะเลในไปแอมโมเนียเป็นพืชน้ำจืดซึ่งช่วยลดระดับแอมโมเนียความพร้อม) ปฏิกิริยาการสังเคราะห์กรดอะมิโนยังต้องใช้พลังงาน และมีลักษณะเช่นนี้:การสังเคราะห์กรดอะมิโน: 2NH3 + 2H2O + 4CO2---> 2 CH2NH2COOH + 3O2โปรดสังเกตว่า ปฏิกิริยานี้และหนึ่งก่อนหน้านี้ปล่อย O2 ในบรรยากาศ การสังเคราะห์ด้วยแสงไม่ใช่เฉพาะแหล่งที่มาของ O2 ในบรรยากาศ ในขณะที่กรดอะมิโนสังเคราะห์เอาแอมโมเนียบางส่วนจากน้ำ มากเป็นปกติอยู่ ปฏิกิริยาอื่น การอนาม็อกซ์ ใช้แอมโมเนีย และแปลงไปเป็นไนไตรต์ (NO2-); ปฏิกิริยานี้ปล่อยพลังงานให้มีชีวิตที่ดำเนินเรื่อง:การอนาม็อกซ์ i: 2NH4 + + 3O2---> 2NO2 + 4 H + + 2H2Oในน้ำ ปฏิกิริยานี้จะดำเนินเป็นส่วนใหญ่ โดยแบคทีเรียในสกุล Nitrosomonas ไนไตรต์เป็นพิษน้อยกว่าแอมโมเนีย แต่ยังเป็นพิษ ระดับสูงของไนไตรต์สามารถฆ่าสิ่งมีชีวิตสัตว์น้ำจำนวนมาก โชคดี ปฏิกิริยาเป็นการอนาม็อกซ์เพิ่มเติมอาจเกิดขึ้น (นอกจากนี้ยัง มีการปล่อยพลังงาน):การอนาม็อกซ์ II: 2NO2 + O2---> 2NO3-ผลิตภัณฑ์สุดท้ายที่นี่ ไนเตรต (NO3-), เป็นพิษแม้น้อยกว่าไนไตรต์ และสามารถใช้พืชเป็นแหล่งไนโตรเจน ในระบบน้ำและระบบภาคพื้นเช่น ปฏิกิริยานี้ดำเนิน โดยแบคทีเรียในสกุล Nitrobacter ในการทั่วไปทะเล ไนเตรตอาจเข้าระดับพิษ แต่ตอนนี้ใช้เดือน นอกจากนี้ จำนวน denitrification ปฏิกิริยาเกิดขึ้น และลดระดับไนเตรต ไม่ดูดซับ โดยพืช ย้อนรอยวัฏจักรไนโตรเจน ให้เราพิจารณาทางทะเลพิพิธภัณฑ์สัตว์น้ำอีก (Fig. 7) สร้างระดับแอมโมเนียกับไนโตรจีนัสเสีย ขับถ่ายของสัตว์ พวกเขาตาย และ เปื่อย เมื่อเพิ่มอาหาร (โปรตีน) และเป็น N2 จากบรรยากาศได้รับการแก้ไข โดย cyanobacteria เนื่องจากค่า pH สูง (8.0), ส่วนใหญ่ของแอมโมเนียจะอยู่เป็นพิษ NH4 + แบคทีเรีย Nitrosomonas จะแปลงแอมโมเนียไนไตรต์ และแบคทีเรีย Nitrobacter จะแปลงไนไตรต์ไนเตรต เพื่อที่สามารถใช้ประโยชน์จากพืช Denitrification จะลบบางส่วนของไนเตรตที่จากน้ำ ในถังทะเลจะสดขึ้นมีปลากี่ มันไม่ใช่ระดับแอมโมเนีย peak แล้วปล่อย Nitrosomonas แบคทีเรียใช้ถือ และเริ่มต้นการแปลงแอมโมเนียเป็นไนไตรต์ สร้างระดับไนไตรต์และสูง ประชากร Nitrobacter จะเจริญ และแปลงไนไตรต์ไนเตรต การลดความเข้มข้นของไนไตรต์จะใกล้ศูนย์ โดยปกติ ใช้เวลาประมาณหนึ่งเดือนสำหรับประชากรแบคทีเรียให้กลายเป็นการก่อตั้ง และก็มักจะฉลาดในการตรวจสอบกระบวนการ โดยการทดสอบประจำวันระดับแอมโมเนียและไนไตรต์ จำนวนของสิ่งมีชีวิตที่สามารถเก็บรักษาในถังทะเลเป็นสัดส่วนปกติจำนวนพื้นที่บนกรวดของพิพิธภัณฑ์สัตว์น้ำสำหรับแบคทีเรีย Nitrosomonas และ Nitrobacter จะแนบกับ รูปที่ 7 ไดอะแกรมของวงจรไนโตรเจนในน้ำ N2 ในอากาศเป็นถาวร โดย cyanobacteria และใส่ในรูปของโปรตีน ที่กิน โดยปลา ปลาปล่อย NH3 ซึ่งจะถูกใช้ โดยแบคทีเรีย heterotrophic พืช cyanobacteria และแบคทีเรีย Nitrosomonas สามแรก reincorporate NH3 ที่เป็นโปรตีน Nitrosomonas แปลงให้ NO2 ซึ่งถูกใช้ไปใน Nitrobacter ซึ่งจะ NO3 NO3 เป็นอาหารพืช และยังถูกใช้ โดยแบคทีเรียไม่ใช้ออกซิเจน ซึ่งสามารถผลิต N2, NO2 หรือ NH3เรื่องราว มี phosphorous จะง่ายกว่ามาก ฟอสฟอรัสมีโดยทั่วไปพืชเป็น organophosphate (PO4-3); สารประกอบนี้เป็นผลิตภัณฑ์สภาพอากาศทั่วไปของหินอัคนี แหล่งอื่น ๆ ของฟอสเฟตจะผุพังเสียสัตว์ เนื้อสัตว์ กระดูกของ vertebrates และนก guano สุดท้ายจะกล่าวถึงเฉพาะได้เช่นเป็นแหล่งอุดมของ phosphorous ในความเป็นจริง guano นกขนาดใหญ่ปริมาณที่สะสมใกล้พื้นที่ซ้อนของ shorebirds มักจะขุดในปุ๋ย Phosphorous ติดอยู่ในร่างกายของสิ่งมีชีวิตที่ตายแล้วที่เก็บไปด้านล่างอาจสะสมในตะกอนด้านล่าง phosphorous นี้จะพร้อมใช้งานอีกครั้งเพื่อชีวิตพืช (สัตว์ไม่ใช้ phosphorous โดยตรงจากสิ่งแวดล้อม) เมื่อกระแสปัดด้านล่าง และนำไปยังพื้นผิวมีแสงสว่างเพียงพอสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง (จำขณะ) ธรรมชาติ 2 กระแสดังกล่าวได้ คว่ำของทะเลสาบ (ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อน้ำมีอุณหภูมิและความหนาแน่น เพิ่มเติมในภายหลังเหมือนกันทั้งหมด), upwellings สถานที่ทะเลเย็นกระแสตรงกับทวีป และลุกขึ้นจากด้านล่าง อย่างมีชื่อเสียงที่สุดของการ upwelling ถูกปิดฝั่งเปรู เป็นน้ำเย็นถึงผิว (แทนเป่าตะวันตก โดยยึดลมสบาย ๆ ผิว), นำค่า phosphorous ซึ่งกระตุ้นการเจริญเติบโตของสาหร่ายอุดมสมบูรณ์ ซึ่งจะมีตาแดงปลากะตัก ที่จะล้วงแล้วมัว โดยมนุษย์ (สำหรับ topping พิซซ่า) และนก (ที่คุณคิดว่า guano มาจาก)

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

สารอาหารที่พืช - ไนโตรเจนและฟอสฟอรัสนอกเหนือจากO2 และ CO2 มีความหลากหลายของสารเคมีอื่น ๆ ที่จำเป็นโดยสิ่งมีชีวิต เลี้ยงสัตว์, เกือบโดยความหมายเหล่านี้ได้รับสารเคมีอื่น ๆ พร้อมกับคาร์โบไฮเดรตและโปรตีนที่พวกเขาเข้าไปในร่างกายเมื่อพวกเขากินสัตว์อื่น ๆ หรือพืชดังนั้นสัตว์ที่มักจะมีเนื้อหาตราบใดที่น้ำมีเพียงพอ O2 และความเค็มที่เหมาะสม พืชในมืออื่น ๆ ที่เป็นตัวเองมากขึ้นเพียงพอและพวกเขาสามารถสังเคราะห์ความหลากหลายของโมเลกุลที่ซับซ้อนจากสารตั้งต้นนินทรีย์ที่เรียบง่าย ชุมชนระบบนิเวศที่จะมีการพัฒนาในร่างกายของน้ำจึงมักจะเป็นขึ้นอยู่กับความเหมาะสมของที่อยู่อาศัยสำหรับการเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิตสังเคราะห์แสง ข้อยกเว้นนี้ ได้แก่ ทะเลลึก (ซึ่งจะขึ้นอยู่ แต่การเจริญเติบโตของแพลงก์ตอนพืชดังกล่าวข้างต้น) หรือต้นน้ำลำธาร (ซึ่งขึ้นอยู่บนต้นไม้ที่อยู่ติดกันให้มากที่สุดในการป้อนข้อมูลอินทรีย์ของพวกเขาผ่าน leaffall) หรือลำธารถ้ำ (ค้างคาวค้างคาว) และอื่น ๆ บน. พร้อมกับแสงแดดและ CO2 ความต้องการที่สำคัญของพืช ได้แก่ ไนโตรเจนฟอสฟอรัสและธาตุอาหารหลัก (ใช้สำหรับโปรตีนดีเอ็นเออาร์เอ็นเอเอทีพี ฯลฯ ) และธาตุอาหารเสริมเช่นกำมะถัน (โปรตีน) แมกนีเซียม (คลอโรฟิล) และเหล็ก ( ไซโตโครม) (รายการนี้ไม่ครอบคลุม) ธาตุอาหารอาจจะพบในระดับความเข้มข้นที่มีขนาดเล็กมาก พืช (ฉันจะใช้พืชระยะในการอ้างถึงสิ่งมีชีวิตสังเคราะห์ทั้งหมด) มีดีที่ได้รับพวกเขาแม้ว่าพวกเขาจะอยู่ในความเข้มข้นต่ำ และพวกเขาจะไม่ค่อยเป็นปัจจัย จำกัด (ตรวจทานนิเวศวิทยาของคุณเพื่อให้แน่ใจว่าคุณเข้าใจแนวคิดของปัจจัย จำกัด ) ธาตุอาหารบางอย่างเช่นกำมะถัน (ตามที่ SO4-2) แมกนีเซียม (Mg เป็น + 2) แคลเซียม (Ca เป็น + 2) และโพแทสเซียม (K เป็น +) เป็นส่วนประกอบที่สำคัญของทั้งน้ำทะเลและน้ำจืดที่เราได้เห็นก่อนหน้านี้. ฟอสฟอรัส (P) และไนโตรเจน (N) มีความสำคัญต่อการเจริญเติบโตของพืชและพวกเขา (โดยปกติ P แต่บางครั้ง N) มักจะปัจจัย จำกัด การเจริญเติบโตของพืช ก่อนที่คุณจะคัดค้านนึกถึงไนโตรเจนที่ละลายเป็นเรื่องธรรมดาในน้ำจำไว้ว่ามันจะละลายก๊าซไนโตรเจน N2 ซึ่งเป็นเฉื่อยและไม่สามารถนำมาใช้โดยพืชส่วนใหญ่ ยกเว้นที่นี่มีไซยาโนแบคทีเรียซึ่งสามารถแก้ไข N2 ใน heterocysts ซึ่งให้สภาพแวดล้อมในท้องถิ่นสำหรับซิกเอนไซม์ตรึงไนโตรเจน (และแบคทีเรียในก้อนรากซิกถั่วและสถานที่อื่น ๆ ซิกในดิน) แหล่งน้ำที่มีระดับต่ำยังไม่มีข้อความ / อัตราส่วน P จึงมีแนวโน้มที่จะบุปผาของไซยาโนแบคทีเรีย สำหรับพืชส่วนใหญ่, N จะต้องอยู่ในรูปแบบของไนเตรต (NO3-) หรือแอมโมเนีย (NH3, NH4 + ในน้ำ) แอมโมเนียของหลักสูตรที่เป็นของเสียไนโตรเจนของทางเลือกสำหรับสิ่งมีชีวิตจำนวนมากและมีการปล่อยออกมามากยิ่งขึ้นโดยแบคทีเรียทำลายลงพืชและสัตว์ที่ตายแล้วหรือของเสียไนโตรเจนสัตว์อื่น ๆ เช่นยูเรีย ไนเตรตเป็นผลิตภัณฑ์ของวัฏจักรไนโตรเจนที่; วัฏจักรไนโตรเจนในน้ำจะแตกต่างกันเล็กน้อยจากวัฏจักรไนโตรเจนที่เกิดขึ้นบนที่ดิน (ซึ่งคุณอาจจะคุ้นเคยกับ). บนบก N2 ได้รับการแก้ไขโดยแบคทีเรียในดินเช่นไรโซเบียม, Clostridium และ Azotobacter; ในน้ำ (ทั้งน้ำจืดและทะเล) N2 การแก้ไขโดยไซยาโนแบคทีเรียเช่น Anabaena, Plectonema และ Nostoc ปฏิกิริยาที่ต้องใช้พลังงานและวิธีการดังต่อไปนี้การตรึงไนโตรเจน: 2N2 + 6H2O ---> 4 NH3 + 3O2 แอมโมเนียไม่ว่าจะเป็นที่สร้างขึ้นโดยการตรึงไนโตรเจนหรือรายละเอียดของกรดอะมิโนจากสัตว์หรือย่อยสลายที่เป็นพิษ ขณะที่การเพิ่มขึ้นของค่า pH ของน้ำที่มากขึ้นของแอมโมเนียที่มีอยู่ในน้ำเป็น NH4 + NH4 + แม้จะเป็นพิษมากขึ้นกว่า NH3 และความจริงที่ว่ามันเป็นที่แพร่หลายมากขึ้นในค่า pH ที่สูงขึ้นนำไปสู่การเป็นหนึ่งในความแตกต่างที่สำคัญระหว่างการรักษาทางทะเลและพิพิธภัณฑ์สัตว์น้ำจืด พิพิธภัณฑ์สัตว์น้ำทางทะเลมักจะมีค่าพีเอชของ 8.0-8.5; พิพิธภัณฑ์สัตว์น้ำจืดมักจะมีค่า pH ประมาณ 7 ที่ค่า pH 8.0 ที่มีมากขึ้นในปัจจุบัน NH4 + และถ้าสัตว์มากเกินไปมีการผลิต NH3 มากเกินไปแล้ว NH4 + ระดับเร็ว ๆ นี้จะกลายเป็นพิษ ดังนั้นถังทะเลต้องเป็น "ผู้สูงอายุ" ที่เป็นสต็อกอย่างช้า ๆ เพื่อให้ประชากรของเชื้อแบคทีเรียที่จะพัฒนาในการลบแอมโมเนีย บทบาทของแบคทีเรียหลังเหล่านี้จะได้รับการสำรวจด้านล่าง. ผลิตเมื่อแอมโมเนีย (NH3) จะใช้ความหลากหลายของพืชและแบคทีเรียที่เป็นแหล่งที่มาของกลุ่มอะมิโนสำหรับการสังเคราะห์กรดอะมิโน (ด้วยเหตุผลที่ว่าถังน้ำจืดที่มีความอดทนมากกว่าถังทะเลอีก ในเรื่องที่เกี่ยวกับแอมโมเนียเป็นเตรียมความพร้อมของพืชน้ำจืดซึ่งช่วยลดระดับแอมโมเนีย) ปฏิกิริยาการสังเคราะห์กรดอะมิโนยังต้องใช้พลังงานและมีลักษณะเช่นนี้: การสังเคราะห์กรดอะมิโน: 2NH3 + 2H2O + 4CO2 ---> 2 CH2NH2COOH + 3O2 หมายเหตุว่าทั้งสองปฏิกิริยานี้และก่อนหน้านี้หนึ่งปล่อย O2 สู่ชั้นบรรยากาศ; การสังเคราะห์แสงไม่ได้เป็นแหล่งเดียวของ O2 ในบรรยากาศ! ในขณะที่การสังเคราะห์กรดอะมิโนไม่เอาแอมโมเนียจากน้ำที่มากขึ้นมักจะเป็นปัจจุบัน ปฏิกิริยาอีกไนตริฟิเคใช้แอมโมเนียและแปลงเป็นไนไตรท์ (NO2-); ปฏิกิริยานี้ออกพลังงานเพื่อชีวิตซึ่งถือมันออก: Nitrification ฉัน: 2NH4 + 3O2 ---> 2NO2- + 4H + 2H2O ในน้ำปฏิกิริยานี้จะดำเนินการโดยส่วนใหญ่เป็นเชื้อแบคทีเรียชนิด Nitrosomonas ไนไตรท์เป็นพิษน้อยกว่าแอมโมเนีย แต่ยังคงเป็นพิษ ระดับสูงของไนไตรท์สามารถฆ่าสิ่งมีชีวิตจำนวนมาก โชคดีไนตริฟิเคปฏิกิริยาต่อไปสามารถเกิดขึ้นได้ (นอกจากนี้ยังมีการเปิดตัวของพลังงาน): Nitrification ที่สอง: 2NO2- + O2 ---> 2NO3- ผลิตภัณฑ์สิ้นสุดที่นี่ไนเตรต (NO3-) แม้จะมีพิษน้อยกว่าไนไตรท์และสามารถ นำมาใช้โดยพืชหลายชนิดเป็นแหล่งไนโตรเจน ในระบบน้ำและระบบภาคพื้นดินเช่นกันปฏิกิริยานี้จะดำเนินการโดยแบคทีเรีย Nitrobacter ของพืชและสัตว์ ในตู้ทะเลทั่วไปไนเตรตอาจเข้าใกล้ระดับที่เป็นพิษ แต่กระบวนการนี้จะใช้เวลาหลายเดือน นอกจากนี้จำนวนของปฏิกิริยา denitrification ใช้สถานที่และลดระดับไนเตรตเช่นเดียวกับการดูดซึมโดยพืช. เพื่อย้อนวงจรไนโตรเจนให้เราพิจารณาพิพิธภัณฑ์สัตว์น้ำทางทะเลอีกครั้ง (รูปที่. 7) ระดับแอมโมเนียสร้างเป็นสัตว์ขับถ่ายของเสียไนโตรเจน; ขณะที่พวกเขาตายและสลาย; เป็นอาหาร (โปรตีน) จะเพิ่ม; และ N2 จากบรรยากาศการแก้ไขโดยไซยาโนแบคทีเรีย เพราะค่า pH สูง (8.0) ส่วนใหญ่ของแอมโมเนียจะอยู่ในฐานะที่เป็นพิษ NH4 + Nitrosomonas แบคทีเรียจะแปลงแอมโมเนียเพื่อไนไตรท์และแบคทีเรีย Nitrobacter จะแปลงไนไตรท์ไนเตรตในการที่สามารถใช้โดยพืช Denitrification จะลบบางส่วนของไนเตรตจากน้ำ ในถังทะเลสดใหม่ที่จัดตั้งขึ้นกับปลาไม่กี่มันไม่ใช่เรื่องแปลกสำหรับระดับแอมโมเนียจะสูงสุดแล้วลดลงเป็นแบคทีเรีย Nitrosomonas ใช้ถือและเริ่มที่จะเปลี่ยนแอมโมเนียไนไตรท์ ในฐานะที่เป็นระดับไนไตรท์สร้างและสูงสุดประชากร Nitrobacter จะเจริญเติบโตและแปลงไนไตรท์ไนเตรตในการลดความเข้มข้นของไนไตรท์เป็นศูนย์ที่อยู่ใกล้ โดยปกติจะใช้เวลาประมาณหนึ่งเดือนสำหรับประชากรแบคทีเรียที่จะกลายเป็นที่ยอมรับและเป็นที่มักจะฉลาดในการตรวจสอบขั้นตอนการทดสอบประจำวันของแอมโมเนียและไนไตรท์ระดับ จำนวนของสิ่งมีชีวิตที่สามารถได้รับการรักษาในถังทะเลมักจะเป็นสัดส่วนกับปริมาณของพื้นที่ผิวบนกรวดของพิพิธภัณฑ์สัตว์น้ำที่พร้อมใช้งานสำหรับแบคทีเรีย Nitrosomonas และ Nitrobacter ที่จะแนบไปกับ. รูปที่ 7 แผนผังของวัฏจักรไนโตรเจนในน้ำ N2 ในอากาศได้รับการแก้ไขโดยไซยาโนแบคทีเรียและวางในรูปแบบของโปรตีนซึ่งเป็นปลากินโดย ปล่อยปลา NH3 ซึ่งถูกพาขึ้นโดยแบคทีเรีย heterotrophic พืชไซยาโนแบคทีเรียและเชื้อแบคทีเรีย Nitrosomonas ครั้งแรกที่สาม reincorporate NH3 ลงโปรตีน Nitrosomonas แปลงไปยัง NO2 ซึ่งถูกพาขึ้นในทางกลับกันโดย Nitrobacter ซึ่งจะช่วยให้ออก NO3 NO3 เป็นธาตุอาหารพืชและถูกนำมาใช้โดยแบคทีเรียซึ่งสามารถผลิต N2, NO2 หรือ NH3. เรื่องที่มีฟอสฟอรัสเป็นง่ายมาก ฟอสฟอรัสเป็นปกติพร้อมที่จะเป็นพืช organophosphate (PO4-3); สารนี้เป็นสินค้าที่มีสภาพดินฟ้าอากาศทั่วไปของหินอัคนี แหล่งอื่น ๆ ของฟอสเฟตจะสลายร่างสัตว์เสียสัตว์กระดูกของสัตว์มีกระดูกสันหลังและค้างคาวนก ที่ผ่านมาเป็นที่กล่าวถึงโดยเฉพาะเพราะมันเป็นเช่นแหล่งอุดมไปด้วยฟอสฟอรัส; ในความเป็นจริงจำนวนมากของนกค้างคาวที่สะสมอยู่ใกล้กับพื้นที่การทำรังของนกชายเลนที่ขุดมักปุ๋ย ฟอสฟอรัสติดอยู่ในร่างกายของสิ่งมีชีวิตที่ตายแล้วซึ่งจมลงสู่ด้านล่างอาจสะสมในตะกอนด้านล่าง; ฟอสฟอรัสนี้จะกลายเป็นใช้ได้อีกครั้งเพื่อที่อยู่อาศัยพืช (สัตว์ไม่ใช้ฟอสฟอรัสโดยตรงจากสภาพแวดล้อม) เมื่อกระแสกวาดด้านล่างและนำมาไว้ที่พื้นผิวที่มีแสงสว่างเพียงพอสำหรับการสังเคราะห์แสง (จำ LCP หรือไม่) ในธรรมชาติสองกระแสดังกล่าวเป็นที่น่าสังเกตที่คว่ำของทะเลสาบ (ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อน้ำทั้งหมดของอุณหภูมิเดียวกันและความหนาแน่นมากขึ้นในภายหลัง) และ upwellings, สถานที่ที่กระแสน้ำในมหาสมุทรเย็นพบกับทวีปและลุกขึ้นมาจากด้านล่าง . ตัวอย่างที่มีชื่อเสียงที่สุดของท่วมท้นเป็นนอกชายฝั่งของเปรู เป็นน้ำเย็นถึงพื้นผิว (เปลี่ยนน้ำผิวดินที่อบอุ่นเป่าทิศตะวันตกโดยลมพัด) ก็นำขึ้นฟอสฟอรัสซึ่งจะกระตุ้นการเจริญเติบโตของสาหร่ายที่อุดมสมบูรณ์ซึ่งจะเป็นอาหารเรียกน้ำย่อยสำหรับปลากะตักซึ่งจะตกปลาแล้วจำนวนมากโดยมนุษย์ ( พิซซ่าเครื่องประดับ) และนก (ที่คุณคิดว่าทำมาจากค้างคาว?)

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

ธาตุอาหารพืชไนโตรเจนและฟอสฟอรัส -

นอกจาก O2 และ CO2 , มีความหลากหลายของสารเคมีอื่น ๆที่จำเป็นโดยสิ่งมีชีวิต สัตว์เกือบจะโดยความหมาย ได้รับสารเคมีเหล่านี้อื่น ๆพร้อมกับคาร์โบไฮเดรตและโปรตีนที่พวกเขาได้รับเมื่อพวกเขากินสัตว์อื่นหรือพืช ดังนั้น สัตว์มักจะมีเนื้อหาตราบใดที่น้ำยังพอ O2 และความเค็มที่เหมาะสม พืชบนมืออื่น ๆที่เป็นแบบพอเพียง และพวกเขาสามารถสังเคราะห์ความหลากหลายของโมเลกุลที่ซับซ้อนจากสารอนินทรีย์ที่เรียบง่าย ระบบนิเวศชุมชน ที่จะพัฒนาในร่างกายของน้ำ จึงมักจะขึ้นอยู่กับความเหมาะสมของสิ่งแวดล้อมต่อการเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิตที่เป็นพืช . ข้อยกเว้นนี้รวมทะเลลึก ( ซึ่งขึ้นอยู่กับ อย่างไรก็ตามต่อการเจริญเติบโตของแพลงก์ตอนพืชข้างต้น ) หรือลำธารต้นน้ำ ( ซึ่งขึ้นอยู่กับต้นไม้ที่อยู่ติดกัน ส่วนใหญ่ใส่อินทรีย์ของพวกเขาผ่าน leaffall ) หรือลำธารในถ้ำ ค้างคาว ) และอื่น ๆ .

พร้อมกับแสงแดดและ CO2 , ความต้องการที่สำคัญของพืช ได้แก่ ธาตุไนโตรเจนและฟอสฟอรัส ( ใช้สำหรับโปรตีน ดีเอ็นเอ ยีนเอทีพี ฯลฯ ) , และ micronutrients เช่น กำมะถัน ( โปรตีน ) , แมกนีเซียม ( คลอโรฟิลล์ )และเหล็ก ( ไซโตโครม ) ( รายการนี้ไม่ครอบคลุม ) ในรูปอาจจะพบในความเข้มข้นน้อยมาก พืช ( ผมจะใช้คำเรียกสิ่งมีชีวิต พืชสังเคราะห์แสง ) มีดีที่ได้รับพวกเขาแม้ว่าพวกเขาจะอยู่ในระดับต่ำ และพวกเขาจะไม่ค่อยเป็นปัจจัยจำกัด ( ให้แน่ใจว่าได้ตรวจสอบนิเวศวิทยาของคุณเพื่อให้แน่ใจว่า คุณเข้าใจแนวคิดของปัจจัยจำกัด ) .จุลธาตุบางชนิด เช่น ซัลเฟอร์ ( so4-2 ) , แมกนีเซียม ( Mg ) แคลเซียม ( Ca ) และโพแทสเซียม ( K ) เป็นองค์ประกอบสำคัญของทั้งทะเลและน้ำจืด ตามที่เราได้เห็นก่อนหน้านี้ .

ฟอสฟอรัส ( P ) และไนโตรเจน ( N ) เป็นส่วนสำคัญของการเจริญเติบโตของพืช และพวกเขา ( แต่บางครั้งมักจะ p , N ) มักจะเป็นปัจจัยที่จำกัดการเติบโตของพืช ก่อนที่ท่านจะคัดค้าน