ΠΡΟΤΥΠΟ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΓΕΛ ΑΕΙ ΠΑΤΡΩΝ
2011-12
ΔΙΑΘΕΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ
Ο ΚΥΚΛΟΣ ΤΟΥ ΑΖΩΤΟΥ
ΤΑΞΗ: Α’
ΥΠ. ΚΑΘΗΓΗΤΕΣ
κος ΝΙΚΟΛΕΤΟΠΟΥΛΟΣ
κος ΝΙΩΤΗΣ
ΜΑΘΗΤΕΣ
ΑΓΓΕΛΟΠΟΥΛΟΥ ΙΣΜΗΝΗ
ΑΝΤΩΝΑΤΟΣ ΧΑΡΑΛΑΜΠΟΣ
ΓΕΩΡΓΑΚΟΠΟΥΛΟΥ ΑΝΝΑ-ΜΑΡΙΑ
ΓΙΑΝΝΑΔΑΚΗΣ ΓΙΑΝΝΗΣ
ΔΟΥΒΡΗΣ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ
ΔΡΑΚΟΠΟΥΛΟΣ ΔΗΜΟΣΘΕΝΗΣ
ΚΑΛΛΙΤΣΗΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ
ΜΠΟΥΣΙΑΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ
ΠΑΠΑΝΔΡΕΟΥ ΡΕΓΓΙΝΑ
ΣΑΡΑΒΑΝΟΣ ΑΥΓΟΥΣΤΙΝΟΣ
ΣΤΑΘΟΠΟΥΛΟΥ ΕΙΡΗΝΗ
ΣΤΑΥΡΟΠΟΥΛΟΥ ΟΛΓΑ-ΓΕΩΡΓΙΑ
ΣΦΕΤΣΟΣ ΑΡΙΣΤΟΜΕΝΗΣ
ΤΖΟΥΜΕΡΚΙΩΤΗ ΕΥΔΟΚΙΑ
ΧΡΙΣΤΟΠΟΥΛΟΥ ΑΛΕΞΙΑ
1
Περιεχόμενα
ΕΝΟΤΗΤΑ 1η – ΤΟ ΑΖΩΤΟ ΓΕΝΙΚΑ
Κεφάλαιο 1ο – Η ιστορία του αζώτου
3
Κεφάλαιο 2ο – Φυσικές και χημικές ιδιότητες
5
Κεφάλαιο 3ο – Χρήσεις του αζώτου
21
Κεφάλαιο 4ο – Οικολογικοί τρόποι εμπλουτισμού του εδάφους
27
ΕΝΟΤΗΤΑ 2η – Η ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΤΟΥ ΚΥΚΛΟΥ ΤΟΥ ΑΖΩΤΟΥ
Κεφάλαιο 1ο – Εισαγωγή στον Κύκλο του αζώτου
29
Κεφάλαιο 2ο – Η Αζωτοδέσμευση
30
Κεφάλαιο 3ο – Η Νιτροποίηση
36
Κεφάλαιο 4ο – Η Απονιτροποίηση
39
Κεφάλαιο 5ο – Η Κυκλοφορία του αζώτου στις τροφικές αλυσίδες
42
Κεφάλαιο 6ο – Ο Κύκλος του αζώτου στο νερό
43
ΕΝΟΤΗΤΑ 3η – ΟΙ ΠΑΡΕΜΒΑΣΕΙΣ ΤΟΥ ΑΝΘΡΩΠΟΥ ΣΤΟΝ ΚΥΚΛΟ
Κεφάλαιο 1ο – Η σκοπιμότητα των παρεμβάσεων
44
Κεφάλαιο 2ο – Ιστορικό παρεμβάσεων
Κεφάλαιο 3ο – Τρόποι παρέμβασης
Κεφάλαιο 4ο – Χημικές ουσίες λιπασμάτων
Κεφάλαιο 5ο – Θετικά αποτελέσματα λιπασμάτων
Κεφάλαιο 6ο – Αρνητικά αποτελέσματα λιπασμάτων
Κεφάλαιο 7ο – Σύγκριση λιπασμάτων
Κεφάλαιο 8ο – Εναλλακτικές προτάσεις
Κεφάλαιο 9ο – Ερωτηματολόγιο
ΕΝΟΤΗΤΑ 4η - ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ
2
ΕΝΟΤΗΤΑ 1η – ΤΟ ΑΖΩΤΟ ΓΕΝΙΚΑ
Κεφάλαιο 1ο – Η ιστορία του αζώτου
Κατά τη διάρκεια του 18ου αιώνα ήταν ήδη γνωστό ότι ο ατμοσφαιρικός αέρας
αποτελείται από δύο αέρια, από τα οποία το ένα συντελεί στην καύση και τη ζωή,
ενώ το άλλο όχι. Η ανακάλυψη του αζώτου αποδίδεται συνήθως στον Ντάνιελ
Ράδερφορντ (Daniel Rutherford), φοιτητή Ιατρικής στο Εδιμβούργο, ο οποίος
δημοσίευσε πρώτος τα αποτελέσματα της έρευνάς του το 1772. Σχεδόν ταυτόχρονα,
όμως, με τον Ράδερφορντ, στην Αγγλία οι χημικοί Τζόζεφ Πρίστλεϋ (Joseph Priestley)
και Χένρι Κάβεντις (Henry Cavendish) και στη Σουηδία ο Καρλ Βίλχελμ Σέελε (Carl
Wilhelm Scheele) ανακάλυψαν το άζωτο καθώς μελετούσαν τον «καμένο αέρα»,
όπως ονομαζόταν τότε ο αέρας χωρίς οξυγόνο.
Το όνομα προέρχεται από τη λατινική και ελληνική ‘dephlogisticated αέρα’, που
σήμαινε αέρας χωρίς οξυγόνο nitrum nitron και που ονομάζεται έτσι salpeter ή
νίτρο ή μητρική σόδα.
Το 1775-6 ο Γάλλος χημικός Αντουάν Λαβουαζιέ (Antoine Lavoisier) ήταν ο πρώτος
που αναγνώρισε ότι το αέριο ήταν χημικό στοιχείο και το 1789 του έδωσε το όνομα
άζωτο (azote) εξαιτίας της ιδιότητάς του να μην συντελεί στη διατήρηση της ζωής
όπως το οξυγόνο.
Ενώσεις του αζώτου ήταν γνωστές ήδη από το Μεσαίωνα. Οι αλχημιστές γνώριζαν
το νιτρικό οξύ με το όνομα aqua fortis (ισχυρό νερό), ενώ το μείγμα νιτρικού και
υδροχλωρικού οξέος 1:3 ήταν γνωστό ως aqua regia (βασιλικό νερό) εξαιτίας της
ιδιότητάς του να διαλύει το χρυσό (τον βασιλιά των μετάλλων) σχηματίζοντας
HAuCl4.
Οι αρχαιότερες γνωστές πολεμικές, βιομηχανικές και αγροτικές εφαρμογές του
αζώτου και των ενώσεών του περιλάμβαναν το υγρό πυρ (είναι γνωστό ότι περιείχε
νίτρο), την πυρίτιδα (μαύρη και νιτροκυτταρίνη) και διάφορα άλλα εκρηκτικά, όπως
η νιτρογλυκερίνη και το TNT, καθώς και τα αζωτούχα λιπάσματα.
3
Συνοπτικά:
1656: Το άζωτο βρίσκεται να είναι ένα κύριο θρεπτικό συστατικό των δέντρων.
1699: Το άζωτο καταλαμβάνεται από το έδαφος.
1747: Νιτρώδη άλατα ανιχνεύονται στα πράσινα μέρη των δέντρων.
1804: Το άζωτο βρίσκεται να είναι ουσιαστικής σημασίας για τα δέντρα.
1820: Το άζωτο είναι συνήθως το στοιχείο στην πιο περιορισμένη προσφορά.
4
Κεφάλαιο 2ο – Φυσικές και χημικές ιδιότητες
ΦΥΣΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ
Το άζωτο είναι αέριο, άχρωμο, άοσμο, άγευστο, ελαφρότερο του αέρα. Ο τριπλός
δεσμός ανάμεσα στα δύο άτομα που αποτελούν το μόριο του αζώτου (Ν2)
θεωρείται από τους ισχυρότερους στη φύση, με αποτέλεσμα να είναι αδρανές
αέριο, ιδιαίτερα σε συνηθισμένες θερμοκρασίες. Διαλύεται ελάχιστα στο νερό, δεν
είναι δηλητηριώδες, αλλά ασφυκτικό. Δεν καίγεται, αλλά έχει παρατηρηθεί ότι
ορισμένα στοιχεία μπορούν να “καούν” σε άζωτο, όπως το μαγνήσιο στους 300 °C
και το λίθιο ακόμα και σε θερμοκρασία δωματίου, παράγοντας κρυσταλλικά
μεταλλικά νιτρίδια. Όταν θερμανθεί υπό πίεση με το υδρογόνο παρουσία καταλύτη,
σχηματίζεται αμμωνία.
Φυσικά χαρακτηριστικά
Σημείο τήξης
-209,86 °C (63,29 K)
Σημείο βρασμού
-195,79 °C (77,36 K)
Πυκνότητα
1,2506 kg/m3 (0 °C, 1 atm)
ΧΗΜΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ
Ταυτότητα του στοιχείου
Όνομα, σύμβολο
Άζωτο (Ν)
Ατομικός αριθμός (Ζ)
7
Κατηγορία
Αμέταλλα
ομάδα, περίοδος,
VA (15) ,2, p
τομέας
Είναι το πιο διαδεδομένο χημικό στοιχείο του ατμοσφαιρικού αέρα της Γης,
αποτελώντας το 78% του όγκου του και απαραίτητο συστατικό όλων των ζωντανών
οργανισμών. Θεωρείται το πέμπτο πιο διαδεδομένο συστατικό του σύμπαντος.
5
Ελεύθερο άζωτο («διάζωτο», εφόσον αποτελείται από διατομικά μόρια) έχει βρεθεί
σε μετεωρίτες, στον Ήλιο και άλλα άστρα και νεφελώματα, ενώ είναι βασικό
συστατικό της ατμόσφαιρας του Τιτάνα. Ενωμένο βρίσκεται σε όλους τους
ζωντανούς ιστούς με τη μορφή πρωτεϊνών, αμινοξέων και άλλων χημικών ενώσεων.
Επίσης, βρίσκεται στην ατμόσφαιρα, στο νερό της βροχής και των θαλασσών, στο
έδαφος και στα περιττώματα των ζώων με τη μορφή οξειδίων, αμμωνίας, νιτρικού
οξέος, νιτρικών και αμμωνιακών αλάτων.
Σχηματίζει πολλές σημαντικές βιομηχανικά, βιοχημικά χημικές ενώσεις, όπως (εκτός
από τις αναφερόμενες παραπάνω) νιτροενώσεις, αμίνες, αμινοξέα, νιτρίλια,
νουκλεϊκά οξέα, καθώς και πλήθος άλλων ανόργανων και οργανικών ενώσεων. Η
νανοτεχνολογία ερευνά εφαρμογές σε διάφορες τεχνητές αλλοτροπικές μορφές και
χημικές ενώσεις μοριακού μεγέθους της τάξης των νανομέτρων.
ΕΝΩΣΕΙΣ ΤΟΥ ΑΖΩΤΟΥ
Α. Οξείδια του αζώτου (NOX)
Με τον γενικό όρο οξείδια του αζώτου (NOx) γίνεται αναφορά στο αέριο μίγμα
μονοξειδίου του αζώτου (ΝΟ) και διοξειδίου του αζώτου (NO2) που υπάρχει στην
γήινη ατμόσφαιρα, αποτελώντας έναν από τους σημαντικότερους παράγοντες
ρύπανσής της. Συνήθως στην ομάδα αυτή των οξειδίων περιλαμβάνεται και το
υποξείδιο του αζώτου (N2O), αέριο το οποίο συμβάλλει σημαντικά στη δημιουργία
του φαινομένου του θερμοκηπίου.
Σχηματισμός
Φυσικός σχηματισμός
Υπό κανονικές συνθήκες το άζωτο δεν
αντιδρά με το οξυγόνο της ατμόσφαιρας.
Αυτό οφείλεται στον ιδιαίτερα ισχυρό
τριπλό δεσμό μεταξύ των δύο ατόμων που
συνιστούν το μόριο του αζώτου, γεγονός
που καθιστά το μόριό του αδρανές. Η
6
αντίδραση όμως μεταξύ αζώτου και οξυγόνου είναι δυνατή σε συνθήκες υψηλών
θερμοκρασιών. Έτσι, οξείδια του αζώτου παράγονται όταν στην ατμόσφαιρα
συμβαίνουν ηλεκτρικές εκκενώσεις, όπως αστραπές και κεραυνοί.
Υπάρχει, επίσης, μια ομάδα βακτηρίων, κυρίως τα αζωτοβακτήρια (Azotobacter) και
τα Ριζόβια (Rhizobium), η οποία έχει αναπτύξει ειδικούς μηχανισμούς που
καθιστούν δυνατή την δέσμευση του ατμοσφαιρικού αζώτου και την παρασκευή
από αυτό αζωτούχων ενώσεων.
Κατά την εκδήλωση αστραπών και κεραυνών στην ατμόσφαιρα, η περί την
ηλεκτρική εκκένωση περιοχή του αέρα αποκτά πολύ υψηλές θερμοκρασίες, και έτσι
πραγματοποιείται αρχικά η αντίδραση:
Ν2 + Ο2 → 2 ΝΟ
Το σχηματιζόμενο μονοξείδιο του αζώτου αντιδρά, σε διάστημα μερικών δεκάδων
λεπτών, με το οξυγόνο της ατμόσφαιρας, παράγοντας διοξείδιο του αζώτου:
2ΝΟ + Ο2 → 2ΝΟ2
Ανθρωπογενής σχηματισμός
Τα οξείδια του αζώτου σχηματίζονται κατά τις διαδικασίες καύσεως κυρίως ορυκτών
καυσίμων (βενζίνης, πετρελαίου, γαιανθράκων) σε κινητήρες οχημάτων και
εργοστάσια αλλά και από κατασκευές οικιακής χρήσης (κεντρικές θερμάνσεις,
τζάκια κλπ.). Στις συνθήκες αυτές, όπου επικρατούν υψηλές θερμοκρασίες (και
πιέσεις) οι πιο πάνω αντιδράσεις είναι σχετικά εύκολο να πραγματοποιηθούν. Έχει
υπολογιστεί ότι, στο Ηνωμένο Βασίλειο από τα 2,2 εκατ. τόνους οξειδίων του
αζώτου που παράγονται ετησίως περίπου το 1,1 εκατ. τόνοι δημιουργούνται από τα
εργοστάσια παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, 0,6 εκ. τόνοι από τις εξατμίσεις των
οχημάτων μετακίνησης και μεταφοράς και το υπόλοιπο από τις συσκευές οικιακής
χρήσης, τους αποτεφρωτήρες και τη χημική βιομηχανία που ασχολείται με
παραγωγή νιτρικού οξέος και των παραγώγων του και την παραγωγή αζωτούχων
ενώσεων, τις ηλεκτροσυγκολλήσεις αλλά και τις τεχνητές εκρήξεις.
7
Σύμφωνα, ωστόσο, με άλλες πηγές μόνο το 10% της ετησίως παραγόμενης
ποσότητας οξειδίων του αζώτου έχει ως προέλευση τις ανθρώπινες δραστηριότητες:
Το υπόλοιπο παράγεται από τις ηλεκτρικές ατμοσφαιρικές εκκενώσεις, τις
ηφαιστειακές εκρήξεις, τη βακτηριακή δραστηριότητα στο έδαφος και στο νερό και
από τις φωτοχημικές αντιδράσεις αζώτου - οξυγόνου στα ανώτερα ατμοσφαιρικά
στρώματα. Σε παγκόσμια κλίμακα, η παραγόμενη ποσότητα οξειδίων του αζώτου
ανήλθε, σύμφωνα με το Παγκόσμιο Ινστιτούτο Πόρων για το 1994, σε περίπου 50
εκατ. τόνους.
Σύνοψη ιδιοτήτων
Το μονοξείδιο του αζώτου είναι αέριο με δριμεία αλλά γλυκεία οσμή. Είναι άχρωμο
ή καφέ σε συνθήκες θερμοκρασίας δωματίου, ενώ σε θερμοκρασίες άνω των 40ο C
μετατρέπεται σε καφεκόκκινο αέριο.
Όταν τα οξείδια του αζώτου, με την επίδραση του ηλιακού φωτός, συνδυαστούν με
πτητικές οργανικές ενώσεις, δημιουργούν επιφανειακό όζον, το κύριο συστατικό της
φωτοχημικής αιθαλομίχλης (smog) η οποία δημιουργείται στις περισσότερες
αστικές περιοχές του πλανήτη κυρίως κατά το καλοκαίρι.
Επιδράσεις
Υγεία
Τα οξείδια του αζώτου συμβάλλουν στην δημιουργία ασθματικών καταστάσεων και
αναπνευστικών προβλημάτων, καθώς σε συνθήκες βροχής σχηματίζουν,
αντιδρώντας με το νερό, νιτρικό οξύ (όξινη βροχή), ενώ σε συνθήκες υψηλής
υγρασίας σχηματίζουν ατμούς νιτρικού οξέος, οι οποίοι είναι δυνατόν να
εισχωρήσουν στο αναπνευστικό σύστημα προκαλώντας του σοβαρές βλάβες. Τα
μικροσωματίδια που σχηματίζονται, επίσης, μπορούν να εισχωρήσουν στα πλέον
ευαίσθητα σημεία των πνευμόνων και να προκαλέσουν εμφύσημα και βρογχίτιδα
και να επιδεινώσουν καρδιακές παθήσεις.
8
Επίδραση σε υλικά
Η έκθεση υφασμάτων και υφαντικών υλών σε οξείδια του αζώτου φαίνεται ότι
επηρεάζει την εξασθένιση των υφαντικών ινών και προκαλεί το κιτρίνισμά τους. Για
το σκοπό αυτό η βιομηχανία υφαντικών υλών έχει καταβάλει προσπάθειες
κατασκευής υφασμάτων πιο ανθεκτικών σε παρόμοιες εκθέσεις.
Επίδραση στο Οικοσύστημα
Μια από τις επιδράσεις των οξειδίων του αζώτου στην ατμόσφαιρα έγκειται στην
καταστροφή της οζονόσφαιρας. Η λωρίδα αυτή του όζοντος χρησιμεύει στην
προστασία όλων των ζώντων οργανισμών από την υπερβολική υπεριώδη
ακτινοβολία που περιέχεται στην ηλιακή ακτινοβολία, απορροφώντας μεγάλο μέρος
της. Η λέπτυνση της οζονόσφαιρας επιτρέπει σε μεγαλύτερα ποσά υπεριώδους
ακτινοβολίας να φθάσει στην επιφάνεια της Γης, προκαλώντας ζημιές στα φυτά
(ιδιαίτερα στα καλλιεργούμενα), τις υδρόβιες μορφές ζωής και τον άνθρωπο. Αν και
ο ρόλος των οξειδίων του αζώτου στην καταστροφή αυτή δεν ήταν γνωστός για
μεγάλο χρονικό διάστημα, νέα μελέτη τον κατέδειξε, χρησιμοποιώντας τις ίδιες
μεθόδους με τις οποίες είχαν καταδειχτεί οι βλαπτικές επιδράσεις τ ων
οργανοαλογονούχων ενώσεων.
Η όξινη βροχή, στον
σχηματισμό της οποίας
συμμετέχουν τα οξείδια του
αζώτου είναι υπεύθυνη για
σημαντικές καταστροφές σε
δάση και άλλες φυτικές
μορφές ζωής. Επιπλέον,
μεταβάλλει το pH του
εδάφους με ενδεχόμενο να παρεμποδίζει από τα φυτά την απορρόφηση άλλων
θρεπτικών ουσιών, όπως καλίου, μαγνησιου και ασβεστίου. Ακόμη μεγαλύτερες
καταστροφές, όμως, προκαλούνται από την πτώση της όξινης βροχής σε λιμναία και
ποτάμια οικοσυστήματα: Ελάχιστα ψάρια μπορούν να επιβιώσουν σε απότομες
αλλαγές του pH του περιβάλλοντός τους, ενώ παράλληλα μειώνεται η
9
βιοποικιλότητα και ο πληθυσμός και άλλων οργανισμών, σημαντικών κρίκων στο
τροφικό πλέγμα. Παρόμοιες μεταβολές του pH έχουν ενοχοποιηθεί για πολλές
περιπτώσεις εμφάνισης νεκρών ψαριών σε λιμναία περιβάλλοντα. Ιδιαίτερα
επικίνδυνη είναι η κατάσταση κατά την οποία τα οξείδια του αζώτου
ενσωματώνονται σε χιονονιφάδες: Με την τήξη των χιονιών κατά την άνοιξη, το
παραγόμενο όξινο νερό καταλήγει σε ποταμούς ή λίμνες προκαλώντας ένα "όξινο
παλμό" ιδιαίτερα καταστρεπτικό για σχεδόν όλες τις μορφές ζωής στο οικοσύστημα.
Επιπλέον, τα οξείδια του αζώτου είναι δυνατό να αντιδράσουν με άλλες οργανικές
ενώσεις που υπάρχουν στην ατμόσφαιρα, δημιουργώντας ιδιαίτερα τοξικές
ενώσεις, όπως οι νιτροζαμίνες και τα νιτροαρένια.
Τρόποι αντιμετώπισης
Παρά το ότι σε παγκόσμιο επίπεδο έχουν θεσπιστεί όρια για την συγκέντρωση
οξειδίων του αζώτου στην ατμόσφαιρα των αστικών περιοχών και λήψη άμεσων
μέτρων σε περίπτωση που αυτά ξεπεραστούν, όπως απαγόρευση της κυκλοφορίας
οχημάτων (όπως γίνεται σε ορισμένα Εθνικά Πάρκα των ΗΠΑ όταν οι συγκεντρώσεις
ξεπεράσουν το όριο) και ειδοποίηση από τα ΜΜΕ των ατόμων με αναπνευστικά
προβλήματα, το φαινόμενο δεν περιορίζεται με αυτά παρά μόνον τοπικά, καθώς τα
οξείδια του αζώτου είναι δυνατό να μεταφερθούν σε μεγάλες αποστάσεις με την
βοήθεια των ανέμων. Οι ανθρωπογενείς αιτίες σχηματισμού των οξειδίων μπορούν
να μειωθούν - σε σχέση με το ποσοστό εκπομπών - με τη χρήση καταλυτών στις
εξατμίσεις των οχημάτων και ειδικών διατάξεων στις καμινάδες των εργοστασίων.
10
Β. Αμμωνία (NH3)
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος
NH3
Μοριακή μάζα
17,031amu
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης
−77,73 °C
Σημείο βρασμού
−33,34 °C
Πυκνότητα
0,73 kg/m3
Διαλυτότητα στο νερό
31%
Εμφάνιση
Άχρωμο αέριο
Από τις αντιδράσεις του αζώτου με αμέταλλα
στοιχεία ενδιαφέρει ιδιαίτερα η αντίδραση με
υδρογόνο και οξυγόνο. Από την αντίδραση με
υδρογόνο παράγεται σε μεγάλα ποσά η
αμμωνία στη βιομηχανία.
N2 +3 H2 →2NH3
Η καθαρή αέρια αμμωνία συχνά αποκαλείται «άνυδρη αμμωνία», σε αντιδιαστολή
με το υδατικό διάλυμά της, που συχνά παριστάνεται με τον τύπο NH4OH, που είναι
ισοδύναμο με τον NH3(aq), και αποκαλείται «οικιακή αμμωνία». Επειδή η (άνυδρη)
αμμωνία ζέει στους −33.34 °C, συχνά φυλάσσεται υγροποιημένη υπό πίεση ή και
υπό ψύξη. Η «οικιακή αμμωνία» συνήθως διατίθεται στο εμπόριο σε διαλύματα 516% κατά βάρος σε αμμωνία.
Επειδή υγροποιείται εύκολα και έχει μεγάλη θερμότητα εξαέρωσης,
χρησιμοποιείται στα ψυγεία και στην παρασκευή πάγου. Αποτελεί δηλητήριο και
μπορεί να προκαλέσει, όταν εισπνέεται, ακόμη και θάνατο. Εάν εξεταστεί χημικά, η
11
αμμωνία συμπεριφέρεται σαν ασθενής βάση και σαν ήπιο αναγωγικό μέσο.
Οι χρήσεις της αμμωνίας είναι πολλές. Υδατικό διάλυμα αμμωνίας χρησιμοποιείται
σαν αντιδραστήριο στη Χημεία, στην Ιατρική και για επαλείψεις σε τσιμπήματα
εντόμων. Ακόμη για εισπνοές σε περιπτώσεις λιποθυμιών και μέθης, σαν
αναλγητικό, αλλά και για τον καθαρισμό υφασμάτων, για την παρασκευή
λιπασμάτων, στα ψυγεία και για παρασκευή πάγου. Επίσης για την παρασκευή
νιτρικού οξέος και σόδας με την μέθοδο Solvay.
Ελεύθερη στον αέρα βρίσκεται σε ελάχιστα ποσά. Ενωμένη, με τη μορφή
αμμωνιακών αλάτων, βρίσκεται στο έδαφος και έχει προέλθει από την αποσύνθεση
αζωτούχων οργανικών ουσιών. Έτσι στις περιοχές του Περού, συναντάται το
ψευδοορυκτό γουανό, πολύ πλούσιο σε όξινο ανθρακικό αμμώνιο, που προήρθε
από την αποσύνθεση των περιττωμάτων θαλάσσιων πουλιών. Στο νερό της βροχής
βρίσκουμε επίσης μικρές ποσότητες αμμωνιακών αλάτων.
Γ. Νιτρικό οξύ (HNO3)
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος
HNO3
Μοριακή μάζα
63.0128 g/mol, υγρό
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης
-42 °C
Σημείο βρασμού
83 °C
Πυκνότητα
1.5129 g/mL
Διαλυτότητα στο νερό
Διαλυτό
12
Το Νιτρικό οξύ (HNO3), είναι ισχυρά διαβρωτικό και τοξικό οξύ. Αν έρθει σε επαφή
με την επιδερμίδα δύναται να προκαλέσει σοβαρά εγκαύματα. Το διάλυμα νιτρικού
οξέως είναι γνωστό και με την ονομασία άκουα-φόρτε (σημαίνει "ισχυρό νερό" στα
ιταλικά). Είναι άχρωμο όταν είναι εντελώς καθαρό, αλλά πρακτικά εμφανίζει
κιτρινωπό χρώμα λόγω της παρουσίας οξειδίων του αζώτου.
Αραιό διάλυμα νιτρικού οξέος είναι γνωστό από το Μεσαίωνα ως ακουαφόρτε
(ιταλικά: acquaforte, το οποίο σημαίνει ισχυρό νερό).
Το ακουαφόρτε είναι ισχυρό οξύ και ισχυρό οξειδωτικό και γι' αυτό πιο
αποτελεσματικό, συνήθως, στο καθάρισμα και την απολύμανση. Μεταξύ άλλων
διαβρώνει χαλκό, άργυρο και μόλυβδο, που δεν διαβρώνει το υδροχλωρικό οξύ,
που είναι ισχυρότερο οξύ αλλά πολύ ασθενέστερο οξειδωτικό. Κατά τη χρήση του
εκλύει αποπνικτικά οξείδια του αζώτου, ώστε να χρειάζεται προσοχή.
Το νιτρικό οξύ σε ανάμειξη αναλογίας 1:3 με το υδροχλωρικό οξύ είναι ένα μείγμα,
το βασιλικό νερό, τη μόνη ουσία που διαβρώνει το χρυσό και το λευκόχρυσο.
Δ. Νιτροενώσεις
«Νιιτροενώσεις» ονομάζονται οι
οργανικές ενώσεις που περιέχουν μια
ή περισσότερες «νιτροομάδες» (-NO2).
Είναι συχνά πολύ εκρηκτικές, ιδιατερα
αν περιέχουν περισσότερες από μια
νιτροομάδες ή και περιέχουν κάποιο
άλλον παράγοντα που ενισχύει την
εκρηκτική τους ικανότητα. Σ' αυτές
ανήκουν τα πιο συνηθισμένα
εκρηκτικά, παγκοσμίως,
συμπεριλαμβανομένου και του 2,4,6τρινιτροτολουόλιο, γνωστό ως TNT, που αποτελεί και το παγκόσμιο μέτρο σύγκρισης
εκρηκτικής ισχύος.
13
Παραγωγή
Η παραγωγή των νιτροενώσεων διαφοροποιείται από το αν πρόκειται για
αλειφατικές ή αρωματικές νιτροενώσεις. Πολλές φορές, αλλά όχι πάντα,
χρησιμοποιούνται γενικά για την προσθήκη νιτροομάδας και σε οργανικές ενώσεις
που περιέχουν κι άλλες χαρακτηριστικές ομάδες και επομένως δεν χαρακτηρίζονται
(πάντα) ως νιτροενώσεις.
Ε. Αμίνες
Οι αμίνες είναι οι αζωτούχες οργανικές ενώσεις με μία τουλάχιστον αμονομάδα,
δηλαδή -NH2 ή -NH- ή >Ν-, ως κύρια χαρακτηριστική ομάδα. Η αμινομάδα μπορεί να
θεωρηθεί ότι προέρχονται από την αντικατάσταση ενός τουλάχιστον ατόμου
υδρογόνου αμμωνίας από ένα τουλάχιστον υδροκαρβύλιο (ή υποκατεστημένο
παράγωγό του με χαρακτηριστικές ομάδες «κατώτερες» από την σμινομάδα).
Ανάλογα με τον αριθμό των υδρογόνων της αμμωνίας που έχουν αντικατασταθεί
από υδροκαρβύλια οι αμίνες διακρίνονται σε πρωτοταγείς, δευτεροταγείς και
τριτοταγείς.
Πρωτοταγής αμίνη
Δευτεροταγής αμίνη
Τριτοταγής αμίνη
14
Φυσικές ιδιότητες αμινών
Οι αμίνες με μικρές ανθρακικές αλυσίδες είναι υγρά σε κανονικές συνθήκες
θερμοκρασίας και πίεσης. Με ανθρακικές αλυσίδες που υπερβαίνουν τους 10
άνθρακες οι αμίνες είναι στερεά. Οι αμίνες επίσης με μικρή ανθρακική αλυσίδα
είναι διαλυτές στο νερό ενώ οι αμίνες με μεγαλύτερη ανθρακική αλυσίδα είναι
αδιάλυτες στο νερό.
Χρήσεις των αμινών
Οι αμίνες συναντώνται σε πολλές βιολογικές λειτουργίες. Μία μεγάλη κατηγορία
νευροδιαβιβαστών είναι αμίνες και είναι γνωστές ως κατεχολαμίνες.
Χαρακτηριστική ένωση αυτής της κατηγορίας είναι η αδρεναλίνη. Πολλές αμίνες
έχουν εθιστική δράση στους οργανισμούς και μία μεγάλη κατηγορία τέτοιων
ενώσεων αποτελούν ναρκωτικές ουσίες, όπως η αμφεταμίνη. Λόγω της έντονης
δράσης τους στον οργανισμό κάποιες χρησιμοποιούνται ως φαρμακευτικές ουσίες,
ως ηρεμιστικά ή αντιαλλεργιογόνα.
ΣΤ. Αμινοξέα
Αμινοξέα ονομάζονται οι χημικές ενώσεις που
περιέχουν μία τουλάχιστον καρβονική ομάδα
(από τα καρβονικά οξέα (RCOOH) και μία
τουλάχιστον αμινομάδα (-NH2. Τα αμινοξέα
αποτελούν τα βασικά δομικά στοιχεία των
πρωτεϊνών που καθορίζουν και τις
χαρακτηριστικές ιδιότητές τους.
Γενική μορφή
Η γενική μορφή δομής που παρουσιάζουν τα αμινοξέα είναι τριών τύπων:
1. "Τύπος 1" λεγόμενος και "γενική δομή" είναι αυτή που παρουσιάζεται στο
διάγραμμα παραπάνω. Στο διάγραμμα αυτό ο άνθρακας υποδεικνύει ένα
άτομο άνθρακα. Το C στο κέντρο είναι άτομο α-άνθρακα. Το Η ένα άτομο
υδρογόνου. Το Ο ένα άτομο οξυγόνου και το Ν ένα άτομο αζώτου. Το R
αποτελεί γενικό συμβολισμό για οποιαδήποτε χημική δομή που μπορεί να
15
περιέχει πολλά διαφορετικά άτομα. Υπόψη ότι το πρωτεϊνικό μόριο
αποτελείται από πολλά αμινοξέα που σχηματίζουν μακριές αλυσίδες.
Υφίστανται 20 διαφορετικά αμινοξέα, όπως εμφανίζονται παρακάτω, σε όλες
τις πρωτεΐνες. Συνεπώς οι πρωτεΐνες παρουσιάζουν παρόμοια σύσταση και
αλληλουχία αυτής των αμινοξέων, αν και δεν έχουν ακόμα πλήρως
ερμηνευτεί όλες οι λειτουργίες αυτών (κατά την αλληλουχία τους). Πάντως η
διαδοχή τους στην αλυσίδα που δημιουργούν συμπίπτει με την πρωτοταγή
δομή των πρωτεΐνών. Έτσι κοινή ιδιότητα όλων των πρωτεϊνών είναι η
σύστασή τους από α-αμινοξέα, και αυτό επειδή το α-άτομο άνθρακα, στο
μόριο (αυτό του κέντρου του διαγράμματος) φέρει μια αμινομάδα,
(αριστερά), καθώς επίσης και μια καρβοξυλομάδα, (δεξιά), σύμφωνα με τον
ορισμό τους.
2. "Τύπος 2", λεγόμενος και "διάταξη πεπτιδικού δεσμού", και
3. "Τύπος 3", λεγόμενος και "διάταξη τριπεπτιδίων".
Ιδιότητες
Τα αμινοξέα είναι διαλυτά στο νερό και είναι επαμφοτερίζοντα. Η διαλυτότητα
μεταξύ τους διαφέρει σημαντικά και εξαρτάται πολύ από το pΗ, ακόμη και για κάθε
αμινοξύ ξεχωριστά. Κάθε αμινοξύ είναι λιγότερο ευδιάλυτο σε ένα χαρακτηριστικό
γι' αυτό pH που ονομάζεται ισοηλεκτρικό σημείο (pI). Όταν βρίσκεται σ' αυτό είναι
ηλεκτρικά ουδέτερο γιατί ιονίζονται ισάριθμες αντίθετα φορτισμένες ομάδες, ακόμη
και αν το αμινοξύ περιέχει συνολικά άνισο αριθμό από αυτές.
Πρωτεϊνικά αμινοξέα
Μια μικρή μειοψηφία από αυτά είναι ιδιαίτερα σημαντικά για τη Βιοχημεία.
Πρόκειται κυρίως για α-αμινοξέα [γενικού RCH(NH2)COOH], δηλαδή αμινοξέα που
έχουν αμινομάδα στο πρώτο (1ο) άτομο άνθρακα (C) μετά την καρβοξυομάδα (COOH).
Είκοσι (20) από αυτά χρησιμοποιούνται στην κατασκευή των περισσότερων
πρωτεϊνών των ζωντανών οργανισμών στη Γη. Αυτά ονομάζονται πρωτεϊνικά
αμινοξέα.
Πολλά αμινοξέα δημιουργούνται (συντίθενται) από άλλα αμινοξέα με μια
διαδικασία που λέγεται διαμίνωση ή τρανσαμίνωση (transamination), αν και οι
16
περισσότεροι οργανισμοί λαμβάνουν τα βασικά αμινοξέα (essential amino acids) με
την τροφή.
Στον άνθρωπο, 8 από τα 20 αμινοξέα που χρησιμοποιούνται στη σύνθεση
πρωτεϊνών δεν μπορούν να συντεθούν από τον οργανισμό και πρέπει να
λαμβάνονται από την τροφή, για το λόγο αυτό καλούνται απαραίτητα ή βασικά
αμινοξέα. 4 από τα 20 είναι ημιαπαραίτητα, αφού δεν μπορούν να συντεθούν στα
παιδιά. Τα υπόλοιπα 12 συντίθενται μέσω των μεταβολικών μονοπατιών.
Κάθε αμινοξύ φέρεται κωδικοποιημένο από μια τουλάχιστον τριάδα (τριπλέτα)
γενετικού κώδικα DNA.
Αμινοξέα συνδεόμενα μεταξύ τους ονομάζονται πεπτίδια. Η δε σειρά αμινοξέων
που συνθέτουν μια πρωτεΐνη (πρωτοταγής δομή), ενώνεται με δεσμούς πεπτιδίων
(-NH-CO-) προκειμένου να δημιουργήσει μια αλυσίδα πολυπεπτιδίων (peptide
chain).
Τα 20 αμινοξέα που συνθέτουν τις πρωτεΐνες των ζωντανών οργανισμών
Ελληνική ονομασία Διεθνής σύντμηση
Ελληνική ονομασία Διεθνής σύντμηση
Αλανίνη
Αργινίνη
Ασπαραγίνη
Ασπαργανικό οξύ
Κυστεϊνη
Γλουταμίνη
Γλουταμικό οξύ
Γλυκίνη
Ιστιδίνη
Ισολευκίνη*
Λευκίνη*
Λυσίνη*
Μεθιονίνη*
Φαινυλαλανίνη*
Προλίνη
Σερίνη
Θρεονίνη*
Θρυπτοφάνη*
Τυροσίνη
Βαλίνη*
Ala
Arg
Asn
Asp
Cys
Gln
Glu
Gly
His
Ile
Leu
Lis
Met
Phe
Pro
Ser
Thr
Trp
Tyr
Val
Σύνταξη πίνακος κατ΄ αλφαβητική διεθνή ονομασία. Τα φερόμενα με αστερίσκο (*) είναι τα 8 βασικά
αμινοξέα.
17
Αμινοξέα βιολογικά, μη πρωτεϊνογενετικά
Στους ζώντες οργανισμούς υπάρχουν αμινοξέα τα οποία δε συμμετέχουν στο
σχηματισμό πρωτεϊνών αλλά εντούτοις παίζουν σημαντικό ρόλο στο μεταβολισμό.
Μερικά από αυτά είναι η ορνιθίνη, η ομοκυστεΐνη, η κιτρουλλίνη, το
αργινινοηλεκτρικό και άλλα.
Ζ. Νουκλεϊκά οξέα
Τα νουκλεϊκά οξέα ή νουκλεϊνικά οξέα (πυρηνικά οξέα) είναι σύνθετα βιολογικά
μακρομόρια, που αποτελούνται από αλυσίδες νουκλεϊδίων που περιέχουν γενετική
πληροφορία. Τα πιο κοινά νουκλεϊκά οξέα είναι το Δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ (DNA)
και το Ριβονουκλεϊκό οξύ (RNA). Τα νουκλεϊκά οξέα υπάρχουν στα κύτταρα όλων
των μονοκύτταρων καιμπολυκύτταρων οργανισμών και στους ιούς.
DNA
Το δε(σ)οξυριβο(ζο)νουκλεϊ(νι)κό οξύ (Deoxyribonucleic acid DNA) είναι ένα νουκλεϊκό οξύ που περιέχει τις γενετικές
πληροφορίες που καθορίζουν τη βιολογική ανάπτυξη όλων των
κυτταρικών μορφών ζωής και των περισσοτέρων ιών. Το DNA
συνήθως έχει τη μορφή διπλής έλικας.
Ανίχνευση - ρόλος του DNA
Πρόκειται για μια μεγαλομοριακή ένωση που συγκροτείται από
αζωτούχες-πρωτεϊνικές βάσεις, φωσφορικές ρίζες και ένα
σάκχαρο με πέντε άτομα άνθρακα (πεντόζη), την
δε(σ)οξυριβόζη. Στα ευκαρυωτικά κύτταρα ανιχνεύεται κυρίως μέσα στον πυρήνα
του κυττάρου αλλά και σε μερικά άλλα οργανίδια, όπως τα μιτοχόνδρια και τα
πλαστίδια, επιτρέποντάς τους να αναπαράγονται αυτόνομα (ημιαυτόνομα
οργανίδια).
Το σύνολο των μορίων DNA που υπάρχουν σε ένα κύτταρο αποτελούν το γενετικό
υλικό του. To DNA είναι ο φορέας των γενετικών πληροφοριών του κυττάρου, όχι
18
μόνον με την έννοια της μεταβίβασης χαρακτηριστικών, αναλοίωτων από γενεά σε
γενεά, αλλά και της ρύθμισης της φυσιογνωμίας εξειδίκευσης κάθε κυττάρου για
την επιτέλεση των ιδιαίτερων λειτουργιών του. Τέλος, το DNA επιτρέπει τη
δημιουργία γενετικής ποικιλότητας, υφιστάμενο μεταλλάξεις.
Δομή του DNA
Η διαμόρφωση των μεγάλων μορίων του DNA στο χώρο έχει τη μορφή δύο
επιμήκων αλύσεων, οι οποίες συστρέφονται ελικοειδώς μεταξύ τους. Οι αζωτούχες
βάσεις στο DNA είναι τέσσερις:
•
•
•
•
κυτοσίνη C
γουανίνη G
θυμίνη T
αδενίνη A
Οι αζωτούχες βάσεις, ανάλογα με την σειρά
αλληλουχίας τους σε τριάδες, κωδικοποιούν το
μήνυμα για τη σύνθεση των αμινοξέων του
κυττάρου στα ριβοσώματα. Εκεί τα αμινοξέα
συνδιάζονται, με τη σειρά κατά την οποία
μεταφέρθηκαν στο ριβόσωμα και συντίθονται
έτσι οι διαφορετικές πρωτεΐνες.
Η διπλή έλικα του DNA
Tο 1953 οι Τζέιμς Γουάτσον (J. Watson), και
Φράνσις Κρικ, (F. Crick), δύο ερευνητές που
εργάζονταν στο Πανεπιστήμιο του Καίμπριτζ
παρουσίασαν ένα "μοντέλο" της δομής του
DNA, που ονομάσθηκε "μοντέλο της διπλής
έλικας".
19
Σύμφωνα με το μοντέλο αυτό το μόριο του DNA παρουσιάζεται με τα ακόλουθα
τρία βασικά χαρακτηριστικά:
1. Αποτελείται από δύο πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες σε μορφή δύο αντιτακτών
κλώνων που σχηματίζουν δεξιόστροφη διπλή έλικα.
2. Οι αζωτούχες βάσεις (ή πρωτεϊνικές) κάθε κλώνου είναι κάθετες ως προς τον
άξονα του μορίου και προεξέχουν προς το εσωτερικό της συστροφής.
3. Οι δύο δημιουργούμενοι κλώνοι συγκρατούνται μεταξύ τους με δεσμούς
υδρογόνου. Τα δε ζευγάρια των αζωτούχων βάσεων όπου αναπτύσσονται
μεταξύ τους δεσμοί υδρογόνου είναι καθορισμένα: η αδενίνη με τη θυμίνη
και η γουανίνη με την κυτοσίνη.
4. Μεταξύ της αδενίνης και της θυμίνης σχηματίζονται δύο δεσμοί υδρογόνου ,
ενώ μεταξύ της γουανίνης και της κυτοσίνης τρεις δεσμοί υδρογόνου.
RNA
Τo ριβονουκλεϊκό οξύ, ή ορθότερα ριβοζονουκλεϊκό οξύ, και συντομογραφικά RNA,
είναι μία τις δύο κατηγορίες των πολυμερών νουκλεϊκών οξέων στο κύτταρο.
Αποτελείται από μονομερή νουκλεοτίδια που παίζουν σημαντικό ρόλο στη
διαδικασία της μετάφρασης της γενετικής πληροφορίας από τοDNA σε πρωτεϊνικά
προϊόντα. Το RNA χαρακτηρίζεται ως ο «αγγελιοφόρος» μεταξύ του DNA και των
ριβοσωμάτων στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου (αγγελιαφόρο RNA, mRNA).
Δομή και είδη RNA
Το μόριο του RNA περιλαμβάνει (όπως και
του DNA), τέσσερις τύπους νουκλεοτιδίων
που συνδέονται μεταξύ τους με 3'-5'
φωσφοδιεστερικούς δεσμούς. Ωστόσο κύρια
διαφορά του RNA από το DNA είναι ότι το
μόριό του είναι μονόκλωνο έναντι του
δίκλωνου του DNA, αποτελείται δηλαδή από
μια μόνο αλυσίδα, ανάλογη της μιας εκ των
δύο εκείνων της διπλής έλικας του DNA.
Βασική επίσης διαφορά είναι ότι το σάκχαρο
20
στα νουκλεοτίδια του είναι η ριβόζη, εξ ου και η ονομασία τους ριβονουκλεοτίδια,
αντί της δεοξυριβόζης στο DNA, και ότι περιέχει την αζωτούχο βάση ουρακίλη αντί
της θυμίνης (που υπάρχει στο μόριο του DNA). Ένας άλλο τύπος RNA πέραν του
mRNA, το ριβοσωμικό RNA (rRNA), αποτελεί δομικό συστατικό των ριβοσωμάτων.
Το mRNA μεταφράζεται σε πρωτεΐνες, με τη βοήθεια του μεταφορικού RNA(tRNA)
το οποίο μεταφέρει τα αμινοξέα στα ριβοσώματα για να δημιουργήθουν πρωτεΐνες
(πάντα χάρη στην αρχή της συμπληρωματικότητας των βάσεων).
Κεφάλαιο 3ο – Χρήσεις του αζώτου
Εξαιτίας της αδράνειάς του, το αέριο άζωτο χρησιμοποιείται ευρέως από τη χημική
βιομηχανία ως αδρανές "κάλυμμα" για την προστασία μίας ουσίας από
ανεπιθύμητη επαφή με το οξυγόνο και την υγρασία. Έτσι, χρησιμοποιείται για τη
διατήρηση τροφών, ως ασφαλές κάλυμμα υγρών εκρηκτικών, στην παραγωγή
ολοκληρωμένων κυκλωμάτων και ανοξείδωτου χάλυβα.
Η χαμηλή θερμοκρασία(ταχεία ψύξη με υγρό άζωτο) και η αδράνεια του αζώτου
στην υγρή κατάσταση, το καθιστά κατάλληλο:
• ως ψυκτικό για μια πλειάδα χρήσεων όπως για τη μεταφορά τροφίμων και
άλλων προϊόντων, για τα οποία υπάρχει κίνδυνος αλλοίωσης τους,
• για τη διατήρηση βιολογικών δειγμάτων, αίματος,μυελού των οστών,ιστών
και αναπαραγωγικών κυττάρων (σπέρματος και ωαρίων),
• στην έρευνα στον τομέα της κρυογονικής
• από τη βιομηχανία πετρελαίου για να δημιουργήσει πίεση σε πηγάδια για να
αναγκάσει το αργό πετρέλαιο προς τα πάνω
Ως μη αντιδραστικό αέριο το άζωτο χρησιμοποιείται:
• για να κάνει αφρώδες ή διόγκωση καουτσούκ ,πλαστικά και ελαστομερή
• για προωθητικό αέριο σε δοχεία αεροζόλ
• για άσκηση πίεσης υγρών καυσίμων σε αεροσκάφη
21
Το μεγαλύτερο μέρος του στοιχειακού αζώτου καταναλώνεται για την παραγωγή
σημαντικών βιομηχανικών ενώσεών του.
• Μεγάλες ποσότητες αζώτου χρησιμοποιούνται μαζί με υδρογόνο για την
συνθετική παραγωγή αμμωνίας, μίας από τις δύο σημαντικότερες εμπορικές
αζωτούχες ενώσεις. Στη συνέχεια μέρος της αμμωνίας χρησιμοποιείται ως
πρώτη ύλη για την παραγωγή νιτρικού οξέος, νιτρικών αλάτων και ανθρακικής
σόδας. Επίσης, από αμμωνία παρασκευάζεται η υδραζίνη, Ν2Η4, ένα άχρωμο
υγρό που χρησιμοποιείται ως καύσιμο πυραύλων και σε άλλες βιομηχανικές
εφαρμογές.
• Η δεύτερη σημαντικότερη αζωτούχος ένωση είναι το νιτρικό οξύ, ένα
εξαιρετικά διαβρωτικό υγρό, που βρίσκει εφαρμογή στην παραγωγή
λιπασμάτων, χρωμάτων, φαρμάκων και εκρηκτικών.
•
Το νιτρικό αμμώνιο, ΝΗ4ΝΟ3, είναι η πιο συνηθισμένη αζωτούχος ένωση των
συνθετικών λιπασμάτων.
Το άζωτο επίσης μπορεί να ενωθεί με το οξυγόνο δίνοντας διάφορα οξείδια του
αζώτου:
• Το υποξείδιο του αζώτου ή αέριο του γέλωτος (laughing gas)], Ν2Ο, το οποίο
χρησιμοποιείται ως αναισθητικό,
• Το μονοξείδιο του αζώτου, ΝΟ, το οποίο αντιδρά ταχύτατα με οξυγόνο προς
διοξείδιο του αζώτου και είναι σημαντικός ατμοσφαιρικός ρύπος
• Το διοξείδιο του αζώτου, ΝΟ2, ενδιάμεσο στην παραγωγή του νιτρικού οξέος
και ισχυρό οξειδωτικό.
• Το τριοξείδιο του διαζώτου (Ν2Ο3) ,το πεντοξείδιο του διαζώτου (Ν2Ο5), είναι
πολύ ασταθή και εκρηκτικά.
Τα αζίδια, ανόργανα ή οργανικά, είναι ενώσεις που περιέχουν μία ομάδα τριών
ατόμων αζώτου (-Ν3) και είναι εξαιρετικά ευαίσθητα σε δονήσεις και ασταθή.
22
Κάποια από αυτά, όπως το αζίδιο του μολύβδου ή αζωτούχος μόλυβδος, Pb(N3)2,
χρησιμοποιούνται ως πυροκροτητές.
Τέλος, μια μεγάλη ποικιλία οργανικών ενώσεων έχουν ως βασικό συστατικό το
άζωτο, όπως είναι τα αμινοξέα, οι αμίνες και τα αμίδια, και η νιτρογλυκερίνη.
Διατήρηση τροφών
Η χρήση βιομηχανικών αερίων στην βιομηχανία
τροφίμων είναι ένας από τους κύριους
παράγοντες στους οποίους βασίζεται η ποιότητα
και διαχείριση των φυσικών ιδιοτήτων των
τροφίμων. Σε μια πρώτη ματιά αυτή η σχέση
δείχνει να είναι δευτερεύουσα και όχι τόσο
σημαντική, όμως η χρήση αερίων και μιγμάτων
τους παίζουν ένα σημαντικό ρόλο στην διατήρηση
της γεύσης, του χρώματος και του αρώματος αλλά και για να μην σχηματιστούν και
αναπτυχθούν ανεπιθύμητοι μικροοργανισμοί, βακτηρίδια και γενικώς μικροβιακό
φορτίο.
Ακαριαία κατάψυξη
Με την χρήση υγρού αζώτου και εναλλακτικά υγρού διοξειδίου του άνθρακα
επιτυγχάνονται ταχύτητες κατάψυξης που παρεμποδίζεται η ανάπτυξη των
κρυστάλλων πάγου σε βαθμό που να καταστρέφουν τα τοιχώματα των κυττάρων με
αποτέλεσμα την αλλαγή της υφής του προϊόντος
κατά την απόψυξη. Έτσι κατασκευάζονται κιβωτα και
τούνελ κατάψυξης που χρησιμοποιούν ως μέσο
ψύξης υγροποιημένα αέρια. Βασική αρχή αυτού του
είδους του εξοπλισμού είναι ο ελεγχόμενος
ψεκασμός του υγροποιημένου αερίου απευθείας
στην επιφάνεια του προϊόντος και η συνέχεια
ακολουθούμενη ανακύκλωση του αεροποιημένου αζώτου στον θάλαμο κατάψυξης.
23
Συσκευασία τροφίμων σε τροποποιημένη ατμόσφαιρα
Η διατήρηση των τροφίμων μπορεί να επιμηκυνθεί με
την μείωση του επιπέδου του οξυγόνου και
δημιουργώντας μία τροποποιημένη ατμόσφαιρα
προστατευτικών αερίων στην συσκευασία τους.
Προϊόντα κρέατος, αρτοποιήματα, μαγιο-νέζα, και
κάποιοι τύποι τυριού συσκευάζονται σε τροποποιημένη ατμόσφαιρα αζώτου και διοξειδίου του
άνθρακα. Καθαρό άζωτο χρησιμοποιείται για να επιμηκυνθεί η διατήρηση
προϊόντων όπως ο καφές και τα ψημένα φιστίκια. Συσκευασία του νωπού κρέατος
σε ειδικό μίγμα αερίων εξασφαλίζει την διατήρηση του χρώματος του φρέσκου
κρέατος.
Βιομηχανία ποτών
Στο πεδίο των ποτών, το διοξείδιο του άνθρακα
είναι το αέριο με την συχνότερη χρήση για
πρόσθετο κορεσμό ή και αδρανοποίηση σε
προϊόντα όπως: μπίρα, αναψυκτικά και αεριούχο
νερό. Όλο και ευρύτερη χρήση βρίσκουν όμως
μίγματα αερίων όπως, αζώτου / διοξειδίου του
άνθρακα για απόληψη μπίρας από βαρέλια και αζώτου για κρασί. Η τεχνολογία
κατεργασίας με διάχυση (Sparging) αναπτύχθηκε για την οινοποιία και για χρήστες
ελαίων και σιροπιών για τρόφιμα. Η τεχνολογία διάχυσης επιτρέπει τον καθαρισμό
του προϊόντος με την απομάκρυνση του διαλυμένου οξυγόνου και την αποθήκευσή
του υπό αδρανή ατμόσφαιρα αζώτου.
Άλλες εφαρμογές αερίων στα τρόφιμα
Αποθήκευση φρούτων σε ελεγχόμενη ατμόσφαιρα προσφέρει την δυνατότητα της
αποθήκευσης και τροφοδοσίας της αγοράς με φρέσκο προϊόν καθ' όλη την διάρκεια
του έτους.
Οξυγόνωση νερού για εκτροφή ψαριών είναι σκόπιμη κυρίως για σταθμούς
τεχνητής εκτροφής ψαριών όπου τα επίπεδα οξυγόνου πρέπει να ελέγχονται με
24
ακρίβεια.
Ψύξη αλεύρων πριν τη ζύμωση: Είναι μια τεχνολογία που με την προ της ζύμωσης
ψύξη του αλευριού βελτιώνει την ποιότητα του ζυμαριού και εξασφαλίζει καλύτερο
έλεγχο της θερμοκρασίας του.
Ψύξη κατά την μεταφορά ευπαθών προϊόντων: Η διανομή και η μεταφορά
τροφίμων σε συνθήκες ψύξης και κατάψυξης, η μεταφορά έτοιμων φαγητών π.χ. σε
αεροπλάνα αλλά όχι μόνο μπορεί να εξασφαλιστεί εγγυημένα και εύκολα με την
χρήση κατάλληλα σχεδιασμένων κιβωτίων που κάνουν χρήση ως ψυκτικό μέσο για
τον έλεγχο της θερμοκρασίας στο εσωτερικό τους υγρό άζωτο ή ξηρό πάγο.
Σφαγεία βοοειδών: χρήση ατμόσφαιρας CO2 για αναισθητοποίηση τους πριν τον
σφαγιασμό.
Κρυοθεραπεία
Η κρυοθεραπεία, γνωστή και ως κρυοπηξία ή κρυοχειρουργική, αναφέρεται στη
χρήση ψύχους για την καταστροφή και αφαίρεση του παθολογικού ιστού,
συμπεριλαμβανομένων και των επιφανειακών καρκινικών και προκαρκινικών
βλαβών, όπως και πολλών άλλων αντιαισθητικών βλαβών του δέρματος.
Πολλαπλές σμηγματορροικές υπερκερατώσεις αντιμετωπίζονται με κρυοθεραπεία,
ενώ παράλληλα, πολλές ιογενείς μυρμηκιές στα δάκτυλα των χεριών
αντιμετωπίζονται με επιτυχία μέσω κρυοθεραπείας με υγρό άζωτο.
Στην κρυοχειρουργική θεραπεία που εφαρμόζεται με ελεγχόμενο τρόπο σε
συγκεκριμένες παθολογικές περιοχές του δέρματος (όπως σμηγματορροικές
υπερκερατώσεις και ιογενείς μυρμηκιές) με αποτέλεσμα την παροδική καταστροφή
των ιστών και την επακόλουθη επούλωσή τους (έγκαυμα από πάγο).
Πρόκειται για μια δημοφιλή, απλή, αποτελεσματική και ασφαλή θεραπευτική
μέθοδο που ο ασθενής ανέχεται από μικρή ηλικία, χωρίς τοπική αναισθησία και που
του επιτρέπει να επιστρέψει χωρίς περιορισμούς στις υποχρεώσεις του.
Η χαμηλή θερμοκρασία του ιστού που χρειάζεται να θεραπεύσουμε επιτυγχάνεται
μέσω του υγρού αζώτου. Το υγρό άζωτο διατηρείται μέσα σε ειδικές φιάλες όπου
βρίσκεται σε ιδιαίτερα χαμηλή θερμοκρασία στην υγρή του φάση.
25
Κατά την επαφή του υγρού αζώτου με το δέρμα , κάτι που γίνεται είτε, μέσω
ψεκασμού είτε με probes επαφής προκαλείται ψύξη του δέρματος , σε λίγη ώρα
δημιουργείται οίδημα και ερυθρότητα στην περιοχή της θεραπείας και κάποτε είναι
δυνατόν την επόμενη μέρα να εμφανιστεί φυσαλίδα. Ακολούθως σχηματίζεται μια
εφελκίδα (κρούστα) η οποία αποκολλάται σε 7-12 μέρες, ανάλογα με τη θεραπεία
που προηγήθηκε.
Είναι δυνατόν να δημιουργηθεί φυσαλίδα στην περιοχή που θεραπεύεται. Συνήθως
αυτό θα κρατήσει για λίγες ημέρες.
Κατά την ψύξη του δέρματος προκαλείται ο σχηματισμός παγοκρυστάλλων εντός
και εκτός των κυττάρων. Αποτέλεσμα αυτού είναι η στάση του αίματος εντός των
αγγείων, η ιστική ανοξία και τελικά η νέκρωση του παθολογικού ιστού.
Ως επιτυχημένη τεχνική κρυοχειρουργικής θεωρείται η ταχεία ψύξη της βλάβης και
η βραδεία απόψυξη αυτής. Γενικά πολλαπλές μικρής διάρκειας συνεδρίες
κρυοθεραπείας προκαλούν μεγαλύτερη ιστική βλάβη από μια και μεγάλης
διάρκειας συνεδρία.
Εκτός τόπου διατήρηση (Εx situ conservation)
Είναι ο πιο διαδεδομένος και ο πιο εύκολος σχετικά τρόπος διατήρησης.
Χρησιμοποιείται συνήθως για την διατήρηση σπόρων σε ειδικές αποθήκες-ψυγεία
με συνθήκες που επιβραδύνουν το γήρας τους. Σε μικρότερη κλίμακα
χρησιμοποιείται για την διατήρηση ιστών κλωνικά πολλαπλασιαζόμενων ειδών
(δενδρώδεις καλλιέργειες, πατάτα κλπ. ) με την χρήση υγρού αζώτου ή διαλυμάτων
ελάχιστης αύξησης ή περιέχοντα επιβραδυντήρες αύξησης σε συνθήκες In Vitro.
Κλωνικό υλικό διατηρείται επίσης υπό μορφή Φυτειών - Συλλογών υπαίθρου σε
ειδικά Ινστιτούτα ( Συλλογές Οπωροφόρων, αμπέλου, εληάς κλπ. ). Σε τέτοιες φυτείες
μπορεί να διατηρηθούν επίσης και είδη που διατρέχουν κινδύνους στο φυσικό
περιβάλλον, λόγω μικρών επισφαλών πληθυσμών, αλλαγών χρήσεων γης κλπ. Στην
κατηγορία αυτή περιλαμβάνονται οι διάφορες συλλογές αρωματικών,
φαρμακευτικών και καλλωπιστικών φυτών και άλλων αυτοφυών ειδών που
διατηρούνται σε διάφορα ιδρύματα της χώρας.
26
Κεφάλαιο 4ο – Οικολογικοί τρόποι εμπλουτισμού του
εδάφους
Το άζωτο (Ν) ειναι το στοιχείο κλειδί στη λίπανση ,για τον έλεγχο της βλάστησης και
της καρποφορίας των δένδρων. Πράγματι από όλα τα θρεπτικά στοιχεία , τα οποία
εφαρμόζονται στο έδαφος , το άζωτο είναι αυτό που επιφέρει την πλέον σημαντική
επίδραση στην αύξηση και ανάπτυξη των φυτών στις καλλιέργειες και αυτό το οποίο
αποτελεί τον πιο σπουδαίο περιοριστικό παράγοντα ανάπτυξης και απόδοσης των
καλλιεργειών.
Ο ρόλος του αζώτου στα φυτά
Ο ζωτικότατος ρόλος του Αζώτου σε ό,τι αφορά τα φυτα οφείλεται στο ότι:
Αποτελεί δομικό συστατικό του μορίου της χλωροφύλλης.
Είναι απαραίτητος παράγοντας για την αξιοπίηση των υδατανθράκων.
Είναι συστατικό των ενζύμων.
Είναι διεγερτικός παραγοντας της ανάπτυξης και λειτουργίας των φυτών.
Είναι συστατικό των αμινοξέων, τα οποία αποτελούν τις δομικές μονάδες των
πρωτεϊνών.
Τέλος το Ν ευνοεί την πρόσληψη και αξιοποίησηάαλλων θρεπτικών
στοιχείων.
Η χλωροφύλλη ,η οποία περιλαμβάνει 4 άτομα Ν στο μόριο της και η οποία
προσδίδει στα φυτά το πράσινο χρώμα τους, αποτελεί το φορέα της Φωτοσύνθεσης
όπου βασίζεται η όλη παραγωγή φυτικής βιομάζας. Είναι υπεύθυνη για τη
δέσμευση ενέργειας από την ηλιακή ακτινοβολία και χωρίς αυτή, οι βασικές πρώτες
ύλες , όπως νερό, CO2 και ηλιακή ενέργεια δε θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν
για την παραγωγή υδατανθράκων.
27
ΕΝΟΤΗΤΑ 2η – Η ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΤΟΥ ΚΥΚΛΟΥ ΤΟΥ
ΑΖΩΤΟΥ
Κεφάλαιο 1ο – Εισαγωγή στον κύκλο του αζώτου
Τι είναι ο κύκλος του αζώτου;
Ο κύκλος του αζώτου αποτελεί
την κυκλική μεταβολή των
αζωτούχων ενώσεων στη φύση
, που συμπεριλαμβάνει και την
αλληλομετατροπή των
οργανικών και ανόργανων
αζωτούχων ενώσεων καθώς και
την κυκλική μετατροπή του του
μοριακού αζώτου της
ατμόσφαιρας (Ν2), της αμωνίας
(ΝΗ3) και των νιτρικών (ΝΟ3-)
και νιτρωδών (ΝΟ2-) αλάτων.
Ποιούς σκοπούς εξυπηρετεί ο κύκλος;
Αναμφίβολα ο κύκλος του αζώτου συνιστά διαδικασία ζωτικής σημασίας. Πηγή των
3/4 των οργανικών ενώσεων στη φύση είναι το οργανικό άζωτο. Μέσα από την
διαδικασία αυτή το άζωτο εισέρχεται στην τροφική αλυσίδα.
Με άλλα λόγια αυτή η ανακύκλωση του αζώτου αποτελεί βασική λειτουργία του
πλανήτη μας καθώς χωρίς αυτή δεν υφίσταται ζωή. Αξίζει να αναφερθεί το γεγονός
ότι το DNA του ανθρώπου εμπεριέχει σαφώς και άζωτο. Ο κύκλος του αζώτου
αποσκοπεί στην ανακύκλωση και οικονομία του αζώτου στην φύση. Το μοριακό
άζωτο της ατμόσφαιρας, με μια σειρά χημικών αντιδράσεων, ενσωματώνεται σε
οργανικές ενώσεις. Έτσι μπορεί να χρησιμοποιηθεί από φυτικούς και ζωικούς
οργανισμούς ανάλογα με τις ανάγκες τους. Όταν στην συνέχεια, οι ενώσεις αυτές,
αποδομούνται στην φύση, μέρος του αζώτου επιστρέφει στην ατμόσφαιρα, οπότε
συμπληρώνεται ένας πλήρης κύκλος.
28
Στη διαδικασία του κύκλου του αζώτου εμπλέκονται βακτήρια (αζωτοδεσμευτικάνιτροποιητικά -απονιτροποιητικά-αζωτοβακτήρια κτλ),φυτα(ψυχανθή),ζώα κ.α.
Ποιές διεργασίες (επιγραμματικά) περιλαμβάνονται σε αυτόν;
Οι βασικότερες διεργασίες που πραγματοποιούνται κατά τη διάρκεια του κύκλου
του αζώτου είναι:
I. Aζωτοδέσμευση
II. Νιτροποίηση
III. Απονιτροποίηση
IV. Βιοσύνθεση (μετατροπή της αμμωνίας (NH3) σε οργανικό άζωτο)
V. Σήψη και Μεταβολισμός
Κεφάλαιο 2ο – Η Αζωτοδέσμευση
Αζωτοδέσμευση ονομάζεται η διαδικασία κατά την οποία το ατμοσφαιρικό
ανόργανο άζωτο (Ν2) μετατρέπεται σε νιτρικά ιόντα (οργανικές ενώσεις) με τη
διαμεσολάβηση των αζωτοδεσμευτικών βακτηρίων τα οποία και διακρίνονται σε
συμβιωτικά (symbiotic) και μη συμβιωτικά (nonsymbiotic).Μέ άλλα λόγια κατά τη
διαδικασία της αζωτοδέσμευσης μετατρέπεται το ατμοσφαιρικό άζωτο σε μορφές
πιο αξιοποιήσιμες από τους παραγωγούς.
Η αζωτοδέσμευση αυτή θεωρείται ως η τρίτη θεμελιώδης λειτουργία των
οργανισμών μετά τη φωτοσύνθεση και την αναπνοή. Ενδεικτικά είδη
αζωτοδεσμευτικών οργανισμών είναι τα βακτήρια Azotobacter, Azospirillium,
Clostridium, Rhizobium, Vibrio, Thiobacillus, Bradyhizobim κ.α. καθώς και τα
κυανοβακτήρια Anabaena, Aphanizomenon, Nostoc, Tolypothrix κ.α.
Η αζωτοδέσμευση διακρίνεται σε:
1. Βιολογική
2. Ατμοσφαιρική (ή φυσική)
29
I. Βιολογική αζωτοδέσμευση
Η βιολογική αζωτοδέσμευση
συνιστά το 90% της συνολικής
αζωτοδέσμευσης. Κατά τη
βιολογική αζωτοδέσμευση
διάφοροι οργανισμοί που
ονομάζονται αζωτοδεσμευτικοί
μετατρέπουν με κατανάλωση
ενέργειας, το μόριο του ελεύθερου
αζώτου σε διαθέσιμή προς
δέσμευση μορφή.
Πηγή των 3/4 περίπου των οργανικών ενώσεων στη φύση είναι το οργανικό άζωτο
που παράγουν οι αζωτοδεσμευτικοί οργανισμοί (Nitrogenfixing organisms),
ανάγοντας το ατμοσφαιρικό άζωτο προς αμμωνία, την οποία ενσωματώνουν
κατόπιν σε οργανικά μόρια με τη μορφή της αμινομάδας των αμινοξέων.
Το τελευταίο αυτό στάδιο γίνεται όχι μόνο άπο τα αζωτοδεσμευτικα βακτηρια ,
αλλα και απο ολα τα φυτα , με μερικες κοινες αντιδρασεις βιοσυνθεσεως.Η
αζωτοδεσμευση (nitrogen-fixation) ή "βιολογική καθηλωση" του μοριακου αζωτου
σε οργανικα μορια γινεται απο τους
αζωτοδεσμευτικους οργανισμους που εχουν τη
μοναδικη ικανοτητα να χρησιμοποιουν το μοριακο
αζωτο ως πηγη οργανικου αζωτου. Αυτοί ανήκουν σε
δύο κύριους τύπους :
• Συμβιωτικούς (symbiotic).Τα συμβιωτικά
αζωτοδεσμευτικά βακτήρια ζούν ως επί το πλείστον σε
φυμάτια (εξογκώματα) στις ρίζες των ψυχανθών
φυτών(φασόλια-τριφύλλι-μπιζέλια-φακές-σόγια
κτλ).Τα ψυχανθή απορροφούν τα νιτρικά ιόντα που
έχουν παραχθεί από τη διαδικασία της
30
αζωτοδέσμευσης και για αυτό το λόγο τα όσπρια είναι πλούσια σε πρωτεϊνες.
Ως μέρος αυτής της συμβίωσης τα φυτά μετατρέπουν τα νιτρικά ιόντα σε οξείδια
του αζώτου και αμινοξέα για τη δημιουργία πρωτεϊνών και άλλων βιολογικά
χρήσιμων μορίων, και σε αντάλλαγμα παράγουν σάκχαρα, τα οποία χρειάζονται τα
βακτήρια.Την ιδιότητα των ψυχανθών φυτών να φερουν στις ρίζες τους
αζωτοδεσμευτικά βακτήρια αξιοποιεί με τον καλύτερο τρόπο και η παραδοσιακή
γεωργική πρακτική της αμειψισποράς. Αμειψισπορά ονομάζεται η εναλλαγή στην
καλλιεργεια σιτηρών και ψυχανθών έτσι ώστε το έδαφος να εμπλουτίζεται με άζωτο
και να μην εξασθενεί.
• Μη συμβιωτικούς -γνωστοί και ως ελεύθεροί- (non sybiotic)
Η συμβιωτική αζωτοδέσμευση είναι αποτέλεσμα αμοιβαίας συνεργασίας ενός
φυτού (πχ. ψυχανθούς) και ενός βακτηρίου του γένους Rhizobium, που κανένα από
τα δύο δεν μπορεί μόνο του να χρησιμοποιήσει το μοριακό άζωτο.
Οι σπουδεότεροι μη συμβιωτικοί αζωτοδεσμευτικοί οργανισμοί είναι ορισμένα
κυανοφύκη (anabaena, nostoc), αερόβια βακτήρια των γενών azotobacter και
beijerinckia καθώς και πολλά άλλα βακτήρια (πχ. bacillous -polymyxa,clostridium
sp, φωτοσυνθετικά κ.ά.).
Η αναγωγική δύναμη για την αναγωγή του N2 προς NH3 στα κυανοφύκη και όλα τα
φωτοσυνθετικά βακτήρια παράγεται από τα φωτοσυνθετικά τους συστήματα. Στα
αναερόβια Clostridia και στα αεροβια Azotobacter και Rhizopus η αναγωγική
δύναμη προέρχεται από την αποικοδόμηση των υδατανθράκων, οπότε το Ν2
αποτελεί τελικό δέκτη ηλεκτρονίων.
Η στοιχειμετρία της αντίδρασης είναι η εξής:
N2 + 6e- +6H+ +12ATP + 12H2O 2NH3 + 12ADP + 12H3PO4
31
ΑΖΩΤΟΒΑΚΤΗΡΙΑ
Γένος της οικογένειας των βακτηρίδων που
περιλαμβάνει πολλά είδη αερόβιων βακτηρίων τα
οποία ζούν κατά κύριο λόγο στο έδαφος και έχουν
την ικανότητα να δεσμεύουν το άζωτο της
ατμόσφαιρας και να το μετατρέπουν σε μορφή
αφομοιωσιμη από τα φυτά. Επίσης υπάρχουν και
αζωτοβακτήρια που προκαλούν την οξική ζύμωση
των αλκοολικών προϊόντων. Τα πρώτα δεν πρέπει
να συγχέονται με τα ριζοβακτήρια τα οποία ζούν
στις ρίζες διαφόρων φυτών (ψυχανθών). Αυτά ζούν ελεύθερα και δεσμεύουν μόνα
τους το ατμοσφαιρικό άζωτο και το μετατρέπουν σε νιτρικό που μπορεί να
χρησιμοποιηθεί από τα φυτά στα οποία είναι απαραίτητο.
Την ενέργεια που απαιτείται για τη δέσμευση του αζώτου την αποκτούν από
οξειδώσεις που κάνουν στις οργανικές ουσίες του εδάφους και κυρίως στους
διαλυτούς υδατάνθρακες. Έχει διαπιστωθεί ότι οι ανάγκες σε ενέργεια δεν είναι οι
ίδιες για όλα τα βακτήρια αλλά κυμαίνονται σε 40-125 γραμμάρια υδατανθράκων
για την δέσμευση ενός γραμμαρίου αζώτου. Οι υδατάνθρακες βρίσκονται στο
χούμο του εδάφους και προέρχονται από την υδρόλυση της κυτταρίνης και γενικά
από τα σαπισμένα στο έδαφος φυτικά τεμάχια. Εκτός από το χούμο του εδάφους
πρέπει να υπάρχουν ασβεστούχα και φωσφορικά άλατα τα οποία επιδρούν
ευνοΪκά στην ανάπτυξη των και στην δράση των αζωτοβακτηρίων. Η ικανότητά τους
να δεσμεύουν το άζωτο έχει τη μεγαλύτερη τιμή σε θερμοκρασίες 20-250 C και
περιορισμένη από 10-400 C.
Επίσης ζωτικής σημασίας είναι και το PH του εδάφους. Ζούν σε ουδέτερα ή ελαφρά
αλκαλικά εδάφη δηλαδή σε pH 7-8,5. Σε οξινα περιβάλλοντα με pH κατω από 4
είναι αδύνατη όχι μόνο η δράση τους αλλά ακόμα και η υπαρξή τους. Επειδή ζούν
σε βάθος 20-30cm μέσα στο έδαφος και έχουν ανάγκη οξυγόνου είναι φανερό ότι
πρέπει να υπάρχει καλός αερισμός που εξασφαλίζεται με τα οργώματα και γενικά
με τη συστηματικη καλλιεργεια. Οι ενέργειες αυτές εχουν μεγάλη σημασία και
βοηθούν στην ανάπτυξη των αζωτοβακτηρίων που είναι τοσο πολυτιμα στην
γεωργικη οικονομια.
32
Τα κυριοτερα αζωτοβακτηρια είναι :
• Azotobacter bayerinkii
• Azotobacter vitreum
• Azotobacter agile κ.α.
Αυτά έχουν μορφή βακίλλων κοκκομόρφων. Ενωμένα κατά δυαδες σαν
διπλοβακιλλοι διαφέρουν μόνο στο χρώμα το οποίο είναι και το κύριο
χαρακτηριστικό γνώρισμα κάθε είδους.
IΙ. Ατμοσφαιρική-Φυσική αζωτοδέσμευση
Η ατμοσφαιρική ή αλλιώς φυσική αζωτοδέσμευση αποτελεί το 10% μόνο της
συνολικής αζωτοδέσμευσης. Κατά την φυσική αζωτοδέσμευση το άζωτο της
ατμόσφαιρας ενώνεται με το υδρογόνο σχηματίζοντας αμμωνία ή με το οξυγόνο
σχηματίζοντας νιτρικά ιόντα.
Η στοιχειομετρία της αντίδρασης είναι η εξής :
i. N2 + H2O NH3
ii. N2 + O2 NO3H ενέργεια που χρειάζεται για να γίνει η δέσμευση
αυτή εξασφαλίζεται από τις ηλεκτρικές εκκενώσεις
(κεραυνούς,αστραπές) στην ατμόσφαιρα. Αυτές οι
ενώσεις προσλαμβάνονται από τα φυτά καθώς είναι
υδατοδιαλυτές και με αυτόν τον τρόπο
ενσωματώνονται στην τροφική αλυσίδα. Με άλλα
λόγια παρασύρονται από τις κατακρημνίσεις (βροχή) και καταλήγουν στη γή ή στην
θάλασσα.
33
ΠΕΙΡΑΜΑ ανίχνευσης πρωτεϊνών κατά Lowry
Στις 28 Νοεμβρίου πραγματοποιήθηκε πείραμα με στόχο την
ανίχνευση πρωτεϊνών στα ψυχανθή.
Χρησιμοποιήσαμε δύο δοκιμαστικούς σωλήνες.
Στον πρώτο προσθέσαμε 10 ml νερού( H2O), 20 σταγόνες διαλύματος NaOH και 20
σταγόνες διαλύματος CuSO4. Τοποθετούμε τον σωλήνα ως μαρτύρα στο στήριγμα.
Έπειτα κόψαμε μερικά φασόλια και ξύσαμε το εσωτερικό τους με νυστέρι.
Μεταφέρουμε το υλικό στον δεύτερο σωλήνα. Στη συνέχεια στον δεύτερο σωλήνα
προσθέσαμε 10 ml νερού( H2O), 20 σταγόνες διαλύματος NaOH και 20 σταγόνες
διαλύματος CuSO4 . τοποθετούμε τον σωλήνα στο στήριγμα και περιμένουμε 2 min.
Στο τέλος, το χρώμα στο δεύτερο δοκιμαστικό σωλήνα άλλαξε και έγινε μωβ.
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ:
Τα φασόλια είναι πλούσια σε πρωτεΐνες που είναι αζωτούχες ενώσεις. Αυτό το
συμπεραίνουμε γιατί είναι γνωστό ότι οι πρωτεϊνες όταν βρεθούν σε βασικό
περιβάλλον, αντιδρουν με τα ιόντα χαλκού και προκύπτουν έγχρωμες σύμπλοκες
ενώσεις.
34
Κεφάλαιο 3ο – Η Νιτροποίηση
Νιτροποίηση ονομάζουμε την αερόβια βιολογική διαδικασία, κατά την οποία η
αμμωνία-αμμώνιο (NH3 / NH4+ ) μετατρέπεται σε νιτρικά ιόντα.
Η νιτροποίηση πραγματοποιείται σε 2 στάδια :
Αρχικά, τα αμμωνιακά ιόντα (NH3, NH4+ ) οξειδώνονται σε νιτρώδη (NO2-) μέσω των
αυτότροφων βακτηρίων, όπως των Nitrosomonas (νιτρωδοποίηση).
2ΝΗ4+ + 302 → 2Ν02- + 2H2O + 4H+
2ΝΗ3 + 302 → 2Ν02- + 2H2O + 2H+
Μετά, τα νιτρώδη μετατρέπονται σε νιτρικά (NO3- ), παρουσία βακτηριδίων
Nitrobacter (νιτρικοποίηση).
2NO2- + O2 → 2NO3Παράλληλα, συντίθεται βιομάζα.
35
ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΗΝ ΝΙΤΡΟΠΟΙΗΣΗ:
•
Ποσότητα αμμωνίας και νιτρωδών
Ανάλογα με την επάρκεια ποσότητας αμμωνίας και νιτρωδών αναπτύσσονται και τα
βακτήρια που τα οξειδώνουν. Λιγότερη αμμωνία και νιτρώδη συνεπάγεται
μικρότερο πληθυσμό νιτροποιητικών βακτηρίων και αντίστροφα περισσότερη
αμμώνια και νιτρώδη συνεπάγεται μεγαλύτερο πληθυσμό νιτροποιητικών
βακτηρίων.
• Χώρος φιλοξενίας του πληθυσμού των
νιτροποιητικών βακτηρίων
Για την νιτροποίηση απαιτείται ένας πληθυσμός
νιτροποιητικών βακτηρίων. Τα βακτήρια αυτά, για
να αναπτυχθούν, πρέπει να προσκολληθούν σε
κάποια επιφάνεια. Απαιτείται λοιπόν, η
απαραίτητη διαθέσιμη επιφάνεια φιλοξενίας, για
όσα βακτήρια είναι για πλήρη νιτροποίηση.
•
Θερμοκρασία
Η βέλτιστη θερμοκρασία για νιτροποίηση βρίσκεται στο εύρος 25-35 0C τόσο για τα
Nitrosomonas, όσο και για τα Nitrobacter, ενώ δεν παρατηρείται καμιά
δραστηριότητα κάτω από 5 0C ή πάνω από 35 0C για τα Nitrosomonas και κάτω από
5 0C ή πάνω από 40 0C για τα Nitrobacter.
Ο ρυθμός ανάπτυξης σχεδόν διπλασιάζεται για κάθε αύξηση θερμοκρασίας 10 0C,
αλλά πέρα από τους 30 0C ξαφνικά μειώνεται και στους 38 0C είναι ίδιος με τους 5
0
C, ενώ στους 49 0C πεθαίνουν.
Η ανάπτυξη μειώνεται κατα 50% στους 18 0C, κατά 75% στους 8-10 0C, δεν υπάρχει
καθόλου δραστηριότητα στους 4 0C, και τα νιτροποιητικά βακτηρία τελικά
πεθαίνουν στους 0 0C.
36
Οι μικροοργανισμοί αυτοί γενικότερα είναι ανθεκτικοί στις μικρές θερμοκρασίες,
αλλά σε υψηλές θερμοκρασίες η ενεργητικότητα τους μειώνεται γιατί αποτελούνται
από πρωτεΐνες.
• Συγκέντρωση Οξυγόνου
Η παρουσία του οξυγόνου είναι απολύτως απαραίτητη για την ανάπτυξη των
βακτηρίων. Η μικρότερη ποσότητα διαλυμένου οξυγόνου πρέπει να είναι 0.3mg/lt
ώστε να πραγματοποιείται ελάχιστη νιτροποίηση και το 1.0 mg/lt και πάνω
θεωρείται ικανοποιητικό επίπεδο διαλυμένου οξυγόνου στο νερό για τα
Nitrosomonas και 2.0 mg/lt και πάνω για τα Nitrobacter.
• Επίδραση του pH
Τα νιτροποιητικά βακτήρια είναι πολύ ευαίσθητα σε διαταραχές του pH. Ένα εύρος
6.6-8.0 θεωρείται σωστό για ικανοποιητικό ρυθμό νιτροποίησης. Γενικότερα το
αλκαλικό περιβάλλον (pH πάνω από 7) θεωρείται πιο φιλικό για τα βακτηρία αυτά,
υπάρχουν όμως νεώτερες μελέτες αποδεικνύουν ότι υπάρχουν ομάδες βακτηρίων
που νιτροποιούν και σε πολύ όξινο περιβάλλον. Το βασικό είναι όμως όπως
αναφέρθηκε αρχικά, η σταθερότητα του pH.
37
Κεφάλαιο 4ο – Η Απονιτροποίηση
Απονιτροποίηση ονομάζουμε τη διαδικασία κατα την οποία στον κύκλο του
αζώτου, μέρος των νιτρικών ιόντων μετατρέπονται σε μοριακό άζωτο που
επιστρέφει στην ατμόσφαιρα.
Η μετατροπή αυτή γίνεται μέσω της δράσης των απονιτροποιητικών βακτηρίων,
ολοκληρώνοντας τον κύκλο του αζώτου.
Τα απονιτροποιητικά βακτήρια μπορούν να είναι:
•
ετεροτροφικά (π.χ. Pseudomonas, Bacillus,
Paracoccus)
•
αυτοτροφικά (π.χ. Thiobacillus denitrificans,
T. Thioparus)
38
Σε γενικές γραμμές, η διαδικασία της απονιτροποίησης στα εδάφη ξεκινάει όταν
το οξυγόνο (ένας πιο ευνοϊκός και δραστήριος αποδέκτης ηλεκτρονίων) έχει
εξαντληθεί, οπότε οι αεροβικές μεταβολικές συνήθειες των οργανισμών αλλάζουν
σε απονιτροποιητικές, περιλαμβάνοντας τη χρήση ΝΟ3 σαν δέκτη ηλεκτρονίων
εφόσων απουσιάζει το οξυγόνο. Μερικοί αναερόβιοι μικροοργανισμοί έχουν την
ικανότητα να εξασφαλίζουν το οξυγόνο τους από το ΝΟ2- και ΝΟ3-, με
συνοδεύουσα απελευθέρωση αζώτου και οξειδίων του αζώτου.
Η πιο πιθανή βιοχημική αντίδραση που λαμβάνει χώρα παρατίθεται παρακάτω:
2ΗΝΟ3 →2HNO2 → 2NO → N2O → N2 (g)
ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΗΝ ΑΠΟΝΙΤΡΟΠΟΙΗΣΗ:
•
Αποσυνθέσιμη οργανική ύλη
Η ποσότητα της διαθέσιμης αποσυνθέσιμης ύλης επηρεάζει βαθύτατα την απονιτρ
οποίηση στο έδαφος. Η σημασία της οργανικής ύλης για την απονιτροποίηση
παρουσιάζεται και αναλύεται με βάσει τις εξισώσεις του διαθέσιμου άνθρακα για τ
ην μικροβιακή μείωση του ΝΟ3- και του Ν2Ο του αζώτου.
•
Περιεχόμενο του εδάφους σε νερό
Κορεσμός του εδάφους σε νερό έχει ως αποτέλεσμα ραγδαία απονιτροποίηση.
•
Αερισμός
Μεγάλες απώλειες αζώτου λόγω της απονιτροποίησης είναι πιθανές με
ταυτόχρονη μεγάλη απαίτηση οξύγονου και μικρό βαθμό
διάχυσης αυτού στο έδαφος.
39
•
Ποσότητα ΝΟ3- στο έδαφος
Υψηλές συγκεντρώσεις ΝΟ3- στο έδαφος αυξάνουν το ρυθμό της απονιτοποίησης.
•
Εδαφικό pH
Χαμηλές τιμές pH αναστέλουν την διαδικασία της απονιτροποίησης.
•
Θερμοκρασία
Η απονιτροποίηση είναι πολύ ευαίσθητη και στην θερμοκρασία και
συγκεκριμένα αυξάνεται ραγδαία από τους 2 έως τους 25CΟ, ελάχιστα από 25
εως 60 CΟκαι η αύξηση της αναστέλεται για μεγαλύτερες τιμές.
•
Παρουσία φυτών
Η απονιτροποίηση μπορεί να αυξηθεί υπό τέτοιες συνθήκες είτε γιατί τα φυτά
μπορεί να καταναλώνουν το οξυγόνο που υπάρχει στις ρίζες των
φυτών, είτε γιατί προσελκύουν μεγάλους πληθυσμούς μικροοργανισμών κοντά στο
ριζικό τους σύστημα.
40
Κεφάλαιο 5ο – Η κυκλοφορία του αζώτου στις τροφικές
αλυσίδες
Τα νιτρικά ιόντα που παραλαμβάνουν τα φυτά από το έδαφος ή από τα
αζωτοδεσμευτηκά βακτήρια, αν είναι ψυχανθή, χρησιμοποιούνται στη σύνθεση των
αζωτούχων δομικών λίθων (αμινοξέων και νουκλεοτιδίων ) και των μακρομορίων
που οικοδομούνται από αυτούς (πρωτεϊνών και νουκλεϊκών οξέων αντιστοίχως).
Έτσι, μέσω των τροφικών αλυσίδων το άζωτο που έχει ενσωματωθεί στους φυτικούς
και τους ζωικούς ιστούς, περνά από το ένα τροφικό επίπεδο στο άλλο, ενώ
παράλληλα επιστρέφει στο έδαφος, είτε ως μέρος της νεκρής οργανικής ύλης (νεκρά
σώματα φυτών, ζώων, αλλά και καρποί, κλαδιά, φύλλα, κέρατα, τρίχες, νύχια κ.α.)
είτε με τη μορφή των αζωτούχων ζωικών υπολειμμάτων του μεταβολισμού, όπως η
ουρία, το ουρικό οξύ, η αμμωνία
και τα περιττώματα.
Στο έδαφος, οι πρωτεΐνες που
περιέχονται στη νεκρή οργανική
ύλη, και τα αζωτούχα
υπολείμματα του μεταβολισμού,
μετατρέπονται σε νιτρικά ιόντα
χάρη στη δράση των
αποικοδομητών και των
νιτροποιητικών βακτηρίων.
Οι αποικοδομητές, στους οποίους
ανήκουν βακτήρια και μύκητες του εδάφους, διασπούν τις πρωτεΐνες σε αμινοξέα,
τα οποία στη συνέχεια τα απαμινώνουν , με αποτέλεσμα την παραγωγή αμμωνίας.
Αμμωνία όμως παράγεται και από τη δράση των αποικοδομητών στα περιττώματα
και τις αζωτούχες εκκρίσεις. Η αμμωνία που συγκεντρώνεται στο έδαφος με την
διαδοχική δράση των δύο κατηγοριών νιτροποιητικών βακτηρίων (γένη
nitrosomonas και nitrobacter) μετατρέπεται σε νιτρώδη ιόντα ( ΝΗ3 - ΝΟ2-) και στη
συνέχεια σε νιτρικά ιόντα (ΝΟ2- - ΝΟ3-), ένα μέρος των οποίων
επαναπροσλαμβάνεται από τα φυτά με αποτέλεσμα την ολοκλήρωση του κύκλου
χρησιμοποίησης του αζώτου, μέσα στη δεξαμενή ανταλλαγής.
41
Κεφάλαιο 6ο – Ο Κύκλος του αζώτου στο νερό
Η διαδικασία του θαλάσσιου κύκλου του αζώτου δεν διαφοροποιείται ουσιαστικά
σε σχέση με τον αντίστοιχο χερσαίο κύκλο.
Ο κύκλος του αζώτου στον ωκεανό είναι μια εξίσου σημαντική διαδικασία, όπως και
ο χερσαίος. Το άζωτο εισάγεται στη θάλασσα μέσω της βροχής ως ατμοσφαιρικό
άζωτο (N2). Παρολ’ αυτά το άζωτο με αυτή τη μορφή δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί
από το φυτοπλαγκτόν. Γι’ αυτο και πραγματοποιείται η αζωτοδέσμευση μέσω των
κυανοβακτηρίων.
Το φυτοπλαγκτόν χρειάζεται το άζωτο για τη σύνθεση οργανικής ύλης. Αυτο με τη
σειρά του, αποκρίννει αμμωνία και ουρία. Στη συνέχεια, άλλα βακτήρια
μετατρέπουν την αμμωνία σε νιτρώδη και νιτρικά ιόντα. Έπειτα, αυτά θα υποστούν
απονιτροποίηση και το άζωτο θα επιστρέψει στην ατμόσφαιρα, κλείνοντας έτσι τον
κύκλο του αζώτου στο νερό.
42
ΕΝΟΤΗΤΑ 3η – ΟΙ ΠΑΡΕΜΒΑΣΕΙΣ ΤΟΥ
ΑΝΘΡΩΠΟΥ ΣΤΟΝ ΚΥΚΛΟ
Κεφάλαιο 1ο – Η σκοπιμότητα των παρεμβάσεων
Ο άνθρωπος παρεμβαίνει με τις διάφορες
δραστηριότητές του στον κύκλο του αζώτου,
όπως και στους υπόλοιπους βιογεωχημικούς
κύκλους, με σκοπό τη μεγιστοποίηση της
φυτικής και ζωικής παραγωγής και γενικότερα τη
βελτίωση της υγείας και του τρόπου διαβίωσής
του. Βέβαια τα τελευταία χρόνια ο άνθρωπος
παρεμβαίνει τροποποιώντας ακόμη και το
γενετικό υλικό ορισμένων φυτών και ζώων αποβλέποντας στη μεγιστοποίηση της
αντοχής τους σε δύσκολες καιρικές συνθήκες και στην παραγωγή «καλύτερων»
ποικιλιών φυτών. Μερικοί υποστηρίζουν ότι με αυτό τον τρόπο θα μπορέσουμε να
αντιμετωπίσουμε την αύξηση του ανθρώπινου πληθυσμού στον πλανήτη μας.
Το άζωτο (Ν) είναι το στοιχείο κλειδί στη λίπανση ,για τον έλεγχο της βλάστησης και
της καρποφορίας των δένδρων. Πράγματι από όλα τα θρεπτικά στοιχεία , τα οποία
εφαρμόζονται στο έδαφος , το άζωτο είναι αυτό που επιφέρει την πλέον σημαντική
επίδραση στην αύξηση και ανάπτυξη των φυτών στις καλλιέργειες και αυτό το οποίο
αποτελεί τον πιο σπουδαίο περιοριστικό παράγοντα ανάπτυξης και απόδοσης των
καλλιεργειών.
Ο ρόλος του αζώτου στα φυτά
Ο ζωτικότατος ρόλος του αζώτου σε ότι αφορά τα φυτά οφείλεται στο ότι:
Αποτελεί δομικό συστατικό του μορίου της χλωροφύλλης.
Είναι απαραίτητος παράγοντας για την αξιοποίηση των υδατανθράκων.
Είναι συστατικό των ενζύμων.
Είναι διεγερτικός παράγοντας της ανάπτυξης και λειτουργίας των φυτών.
43
Είναι συστατικό των αμινοξέων, τα οποία αποτελούν τις δομικές μονάδες των
πρωτεϊνών.
Τέλος το Ν ευνοεί την πρόσληψη και αξιοποίηση άλλων θρεπτικών στοιχείων.
Η χλωροφύλλη ,η οποία περιλαμβάνει 4 άτομα αζώτου στο μόριό της και η οποία
προσδίδει στα φυτά το πράσινο χρώμα τους, αποτελεί το φορέα της Φωτοσύνθεσης
όπου βασίζεται η όλη παραγωγή φυτικής βιομάζας. Είναι υπεύθυνη για τη
δέσμευση ενέργειας από την ηλιακή ακτινοβολία και χωρίς αυτή οι βασικές πρώτες
ύλες , όπως νερό, CO2 και ηλιακή ενέργεια δε θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν
για την παραγωγή υδατανθράκων.
Προέλευση και μορφές του αζώτου στο έδαφος
Το άζωτο είναι ένα από τα πιο διαδεδομένα στοιχεία στη φύση. Αντίθετα με την
επικρατούσα άποψη ότι η ατμόσφαιρα είναι η μεγαλύτερη αποθήκη αζώτου, τα
μεγαλύτερα ποσά αυτού βρίσκονται στο φλοιό της Γης. Το εδαφικό άζωτο είναι ένα
ελάχιστο κλάσμα του αζώτου της λιθόσφαιρας και από αυτό το κλάσμα και πάλι
μόνο ένα πολύ μικρό μέρος είναι άμεσα διαθέσιμο στα φυτά. Είναι το ποσό που
βρίσκεται υπό τη μορφή νιτρικών, νιτρωδών και αμμωνιακών ιόντων στα εδάφη
(NO3-, ΝΟ2- , NH4+)
Ανόργανες µορφές αζώτου:
ΑΕΡΙΑ: µοριακό άζωτο (Ν2), υπεροξείδιο αζώτου, µονοξείδιο αζώτου, διοξείδιο
αζώτου, αµµωνία (ΝΗ3)
ΙΟΝΤΑ: νιτρικά (NO3-) , νιτρώδη (ΝΟ2-), αµµωνιακά (NH4+)
Οργανικές µορφές αζώτου:
Το οργανικό άζωτο του εδάφους υπάρχει µε τη µορφή πρωτεϊνών, αµινοξέων
και άλλων πολύπλοκων αζωτούχων ενώσεων.
44
Κεφάλαιο 2ο – Ιστορικό παρεμβάσεων
Φυσικές ουσίες, όπως φύλλα σε αποσύνθεση ή κοπριά ζώων (προβάτων,
περιστεριών, αγελάδων, κ.λπ.) άρχισαν να χρησιμοποιούνται ως λιπάσματα σχεδόν
από την εποχή που ξεκίνησαν οι πρώτες καλλιέργειες από τον άνθρωπο (αγροτική
επανάσταση). Η χρήση τεχνητών λιπασμάτων, όμως, είναι πολύ πιο πρόσφατη και
φαίνεται ότι ξεκίνησε στις αρχές του 17ου αιώνα κατά την Αγροτική Βρετανική
Επανάσταση, αν και η χρήση τους γενικεύτηκε κατά την Βιομηχανική επανάσταση.
Η επίδραση των λιπασμάτων τόσο στα φυτά όσο και, κυρίως, στο περιβάλλον
άρχισε να ερευνάται κατά την Πράσινη επανάσταση στις αρχές του δεύτερου μισού
του 20ού αιώνα.
Ανάμεσα στα σοβαρότερα προβλήματα που έχουν προκαλέσει οι παρεμβάσεις του
ανθρώπου στον κύκλο του αζώτου περιλαμβάνονται η μείωση της βιοποικιλότητας,
η ρύπανση (νερού, εδάφους και αέρα) και η εμφάνιση σοβαρών ασθενειών στον
άνθρωπο (κυάνωση βρεφών, καρκίνος εντέρου κ.α.).
Κεφάλαιο 3ο – Τρόποι παρέμβασης
Φυσικά λιπάσματα
Τα κυριότερα οργανικά φυσικά
λιπάσματα είναι η κοπριά διαφόρων,
κυρίως οικόσιτων, ζώων, όπως τα
πουλερικά, τα πρόβατα, οι αγελάδες και
τα άλογα, και τα σηπόμενα φύλλα, τα
οποία μπορεί να έχουν υποστεί τη
διαδικασία της κομποστοποίησης ή και
όχι. Χρησιμοποιούνται, επίσης, και φυσικοί σχηματισμοί, όπως το γκουανό, το οποίο
έχει προέλθει από φυσικές διεργασίες που έλαβαν χώρα σε περιττώματα
θαλάσσιων πτηνών. Ανόργανα φυσικά λιπάσματα που προέρχονται κυρίως από
ορυκτά, όπως ο ασβεστόλιθος, το χλωριούχο κάλιο ή φωσφορικά ορυκτά.
45
Συνθετικά λιπάσματα
Τα πλέον ταχέως απομακρυνόμενα από το έδαφος στοιχεία είναι το άζωτο, ο
φωσφόρος και το κάλιο. Γι’ αυτό τα περισσότερα λιπάσματα αποσκοπούν στον
εμπλουτισμό του εδάφους με τα συστατικά αυτά. Παλαιότερα η αναπλήρωση του
αζώτου στο έδαφος των χωραφιών γινόταν με τη μέθοδο της αμειψισποράς: Κάθε
τέταρτο ή πέμπτο έτος η καλλιέργεια δημητριακών αντικαθίστατο με την
καλλιέργεια ψυχανθών (φασόλια, φακές, ρεβίθια κ.τλ.). Λόγω των
αζωτοδεσμευτικών βακτηρίων, που ζουν στις ρίζες αυτών των φυτών και είναι οι
μόνοι οργανισμοί που μπορούν να μετατρέψουν απευθείας το ατμοσφαιρικό άζωτο
σε αξιοποιήσιμες από το φυτό ουσίες (νιτρικά ιόντα), το έδαφος εμπλουτιζόταν σε
άζωτο. Σήμερα η μέθοδος αυτή έχει αντικατασταθεί με την χρήση συνθετικών
λιπασμάτων. Η ανακάλυψη της μεθόδου παραγωγής βιομηχανικών αζωτούχων
λιπασμάτων από ατμοσφαιρικό άζωτο στις αρχές του 20ού αιώνα, έφερε
επανάσταση στην παραγωγικότητα της γεωργίας, αυξάνοντας τόσο την ποσότητα
όσο και την ποιότητα των διαφόρων καλλιεργειών. Όμως σήμερα πια, όπως
αποδεικνύεται, η συνολική ποσότητα αζώτου στο έδαφος έχει διπλασιαστεί σε
παγκόσμιο επίπεδο και έχει τριπλασιαστεί ειδικότερα στην Ευρώπη.
Αζωτούχα λιπάσματα
Τα περισσότερα αζωτούχα συνθετικά λιπάσματα κατασκευάζονται με βάση
την αμμωνία (NH3), τη συνθετική μέθοδο, την παρασκευή της οποίας απευθείας
από ατμοσφαιρικό άζωτο και υδρογόνο, ανακάλυψε ο Γερμανός χημικός Φριτς
Χάμπερ το 1908. Για την ανακάλυψη αυτή, τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ Χημείας
το 1918. Η μέθοδος Χάμπερ βελτιώθηκε από τον Καρλ Μπος (Karl Bosch)
προκειμένου να χρησιμοποιηθεί στη βιομηχανία και σήμερα φέρει το όνομά τους
(μέθοδος Χάμπερ - Μπος). Η αμμωνία χρησιμοποιείται ως πρώτη ύλη για την
παρασκευή αμμωνιακών αλάτων, όπως το θειικό αμμώνιο, το νιτρικό αμμώνιο και
το φωσφορικό αμμώνιο. Μέχρι την ανακάλυψη και εφαρμογή της αμμωνίας και των
αλάτων της, χρησιμοποιήθηκαν φυσικά αζωτούχα λιπάσματα, όπως το γκουανό του
Περού και άλλων νοτιοαμερικανικών χωρών, το νίτρο της Χιλής(παρόμοιας
σύστασης) και αμμωνιακά άλατα που παράγονταν από τους ορυκτούς άνθρακες.
46
Τα κυριότερα αμιγώς αζωτούχα λιπάσματα είναι τα εξής:
Θειϊκή Αμμωνία (ΝΗ4)2SO4: Περιέχει Ν σε ποσοστό 21% και η προσθήκη της στο
έδαφος συνεπάγεται μείωση του pH λόγω των κατιόντων ΝΗ4+. Συνιστάται για
ασβεστούχα εδάφη και αποφεύγεται σε όξινα. Τύπος 21-0-0-24 S
Νιτρική Αμμωνία ΝΗ4ΝΟ3: Περιέχει 35% Ν και προκαλεί μείωση του pH . Καθαρή
νιτρική αμμωνία δεν προσφέρεται στο εμπόριο γιατι είναι υγροσκοπική και
συσσωματώνεται. Είναι επίσης εκρηκτική και άρα επικίνδυνη. Χρησιμοποιείται για
την παρασκευή υγρών λιπασμάτων και για τον εμπλουτισμό σε Ν των σύνθετων
λιπασμάτων. Τύπος 33-0-0
Ασβεστούχος Νιτρική Αμμωνία: Προκύπτει από τη νιτρική αμμωνία με την
προσθήκη ανθρακικού ασβεστίου και λόγω του ασβεστόλιθου που περιέχει δεν
επηρεάζει την οξύτητα του εδάφους. Περιέχει 21% Ν.
Νιτρικό Νάτριο ΝaNO3 ή Νάτριο της Χιλής: Περιέχει 16% άζωτο και στο έδαφος
εξουδετερώνει την οξύτητα. Θα πρέπει η χρήση του να γίνεται με μεγάλη προσοχή
καθώς το νάτριο που περιέχει καταστρέφει τη δομή του εδάφους λόγω διασποράς
των κολλοειδών, δημιουργεί κρούστα στην επιφάνεια του εδάφους κ.α. Τύπος 16-00
Νιτρικό Ασβέστιο Ca(NO3)2: Περιέχει 15% άζωτο. Είναι πολύ υγροσκοπικό λίπασμα
με αλκαλική επίδραση στο έδαφος. Είναι το λίπασμα το οποίο προσλαμβάνεται
περισσότερο από τα φυτά σε περιόδους ξηρασίας και το πιο σύνηθες λίπασμα στις
μη ασβεστούχες περιοχές.
Ουρία CO(NH2)2: Περιέχει 46% άζωτο. Είναι πολύ ευδιάλυτο οργανικό λίπασμα. Στο
έδαφος διασπάται υπό την επίδραση της ουρεάσης σε CO2 και σε NH3. Τύπος 45-0-0
47
Άνυδρος αμμωνία: Είναι η πλουσιότερη σε άζωτο πηγή καθώς και η φτηνότερη.
Είναι αέριο που υγροποιείται εύκολα και περιέχει 82% Ν. Ως λίπασμα
χρησιμοποιείται αυτούσια υγροποιημένη ή για την παρασκευή μεικτών
λιπασμάτων. Τύπος 82-0-0
Αζωτούχα λιπάσματα βραδείας αποδέσμευσης: Στα περισσότερα αζωτούχα
λιπάσματα το άζωτο βρίσκεται υπό νιτρική και αμμωνιακή μορφή. Και οι δυο
μορφές υπόκεινται σε μεγάλες απώλειες λόγω έκπλυσης και ιδιαίτερα η νιτρική. Για
τη μείωση των απωλειών αυτών και για τη δημιουργία μιας διαρκέστερης πηγής
παροχής διαθέσιμου αζώτου έχουν παρασκευασθεί τα λιπάσματα βραδείας
παροχής. Αυτά συνήθως είναι πολυμερή ουρίας-φορμαλδεϋδης καθώς και ουρία
καλυμμένη με θείο.
Κεφάλαιο 4ο – Χημικές ουσίες λιπασμάτων
Μία συσκευασία λιπάσματος 10 κιλών με ένδειξη 10-5-8, περιέχει:
• 10% Άζωτο, ή 1 κιλό Άζωτο
• 5% Φώσφορο, ή 0,5 κιλά Φώσφορο
• 8% Κάλιο, ή 0,8 κιλά Κάλιο
Τα υπόλοιπα 7,7 κιλά του περιεχομένου είναι βοηθητικό υλικό και δεν είναι χρήσιμο
στα φυτά.
Το άζωτο είναι πολύ σημαντικό για την ανάπτυξη των φύλλων. Λαχανικά όπως το
λάχανο, το μαρούλι, η σαλάτα, η κολοκύθα, χρειάζονται περισσότερο άζωτο από τα
άλλα.
Τύποι λιπασμάτων
Υπάρχουν 4 βασικοί τύποι λιπασμάτων:
Οργανικά: Κατασκευάζονται από φυσικά συστατικά και έχουν αργό ρυθμό
απελευθέρωσης. Αργός ρυθμός απελευθέρωσης σημαίνει ότι τα υλικά σε αυτά τα
λιπάσματα θα πρέπει να διασπαστούν από τους μικροοργανισμούς του εδάφους για
τη σταδιακή απελευθέρωση του αζώτου, του φωσφόρου και του καλίου. Τα
οργανικά λιπάσματα έχουν μικρότερες περιεκτικότητες σε θρεπτικά συστατικά.
Κατάλληλα για βιολογική καλλιέργεια. Τα οργανικά λιπάσματα έχουν τις μικρότερες
πιθανότητες να κάψουν τα φυτά.
48
Κοκκώδη: Είναι ο πιο διαδεδομένος τύπος και λειτουργούν απελευθερώνοντας
μικρές ποσότητες θρεπτικών στοιχείων κάθε φορά που ποτίζουμε τα φυτά. Τα
κοκκώδη λιπάσματα δίνουν καλά αποτελέσματα στα λαχανικά και στα πολυετή
φυτά.
Διαλυτά στο νερό: Είναι εύκολα στην εφαρμογή και κάνουν άμεσα διαθέσιμα τα
θρεπτικά συστατικά στα φυτά. Τα διαλυτά σε νερό λιπάσματα είναι κατάλληλα για
φυτά σε γλάστρες και μονοετή φυτά.
Συνθετικά: Δρουν γρήγορα και η επίδρασή τους φαίνεται γρήγορα στα φυτά, έχουν
όμως μικρή διάρκεια. Τα συνθετικά λιπάσματα είναι ευκολότερα στη μεταφορά και
λιγότερο ογκώδη από τα οργανικά.
Κεφάλαιο 5ο – Θετικά αποτελέσματα λιπασμάτων
• ΑΥΞΗΣΗ ΦΥΤΙΚΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ
Η χρήση λιπασμάτων αύξησε δραματικά την παγκόσμια φυτική παραγωγή:
Υπολογίζεται ότι ενώ ένα εκτάριο καλλιεργήσιμης έκτασης παρήγαγε τροφή για 1,9
άτομα το 1908, η παραγωγικότητα αυτή αυξήθηκε στα 4,8 άτομα το 2008, ενώ άλλοι
υπολογισμοί κατέδειξαν ότι περίπου το 40% των γεωργών παγκοσμίως στηρίζονται
στη χρήση λιπασμάτων για την παραγωγή τους, αν και οι υπολογισμοί αυτοί
δυσχεραίνονται από τις αλλαγές στις μεθόδους καλλιέργειας και συγκομιδής όσο
και από την παραγωγή γενετικά τροποποιημένων φυτών. Οι αριθμοί αυτοί
αναφέρονται σε παγκόσμιο επίπεδο και εμφανίζουν σημαντικές διαφορές από
περιοχή σε περιοχή.
Όσο οι χρησιμοποιούμενες ποσότητες αζώτου αυξάνονται, τόσο η βλάστηση των
φυτών εντείνεται και το υπέργειο τμήμα αυξάνεται, Η αυξημένη αυτή βλάστηση
πολλές φορές να συνοδεύεται από μειωμένη περιεκτικότητα σε άλλα θρεπτικά
στοιχεία. Πιο συγκεκριμένα από τα εννέα συνήθως θρεπτικά στοιχεία P, K, Ca, Mg,
Mn, Fe, Cu, Zn, B μόνο το Μn και το Mg επηρεάζονται θετικά από την αυξημένη
αζωτούχο λίπανση ενώ τα υπόλοιπα επηρεάζονται αρνητικά.
49
• ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΩΝ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ
Τα λιπάσματα είναι επίσης σημαντικά για την παραγωγή βιοκαυσίμων και
βιοενέργειας. Αν και τα ποσοστά αυτών των μορφών ενέργειας δεν είναι ακόμη
σημαντικά, στο μέλλον προβλέπεται η αύξησή τους στην παγκόσμια ενεργειακή
παραγωγή/κατανάλωση.
Κεφάλαιο 6ο – Αρνητικά αποτελέσματα λιπασμάτων
Η χρήση των λιπασμάτων (και ιδιαίτερα η αλόγιστη χρήση) δεν έχει μόνον
ευεργετικά αποτελέσματα, αλλά παρουσιάζει και ορισμένα σοβαρά μειονεκτήματα,
καθώς η παρουσία τους επηρεάζει, άμεσα και έμμεσα, τις ισορροπίες σε ευρύτατο
οικοσύστημα.
• ΡΥΠΑΝΣΗ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ
Όλα τα λιπάσματα είναι ευδιάλυτα στο νερό,
ώστε να απορροφώνται κυρίως από το ριζικό
σύστημα των φυτών. Μετά την ανακάλυψη της
μεθόδου παρασκευής αζωτούχων λιπασμάτων
από ατμοσφαιρικό άζωτο, τα φυσικά
λιπάσματα αντικαταστάθηκαν από τα
βιομηχανικά, που μάλιστα χρησιμοποιούνται
σε τεράστιες ποσότητες. Ωστόσο λιγότερο από
το ένα τρίτο της εκάστοτε προστιθέμενης ποσότητας προσλαμβάνεται από τα
καλλιεργούμενα φυτά. Το υπόλοιπο παρασύρεται από τη βροχή και καταλήγει στις
λίμνες και στις θάλασσες με συνέπεια τη δημιουργία ευτροφισμού.
50
Το υδάτινο οικοσύστημα (ποτάμι, λίμνη, θάλασσα) που δέχεται τα λιπάσματα που
αποπλένονται από το νερό της
βροχής, εμπλουτίζεται με τα νιτρικά
και τα φωσφορικά άλατα που αυτά
περιέχουν. Επειδή όμως οι ουσίες
αυτές αποτελούν θρεπτικά συστατικά
για τους υδρόβιους φωτοσυνθετικούς
οργανισμούς (φυτοπλαγκτόν),
προκαλείται υπέρμετρη αύξηση του
πληθυσμού τους. Έτσι αυξάνεται και
ο πληθυσμός των μονοκύτταρων
ζωικών οργανισμών (ζωοπλαγκτόν) που εξαρτώνται τροφικά από το φυτοπλαγκτόν.
Με το θάνατο των πλαγκτονικών οργανισμών συσσωρεύεται νεκρή οργανική ύλη, η
οποία με τη σειρά της πυροδοτεί την αύξηση των αποικοδομητών, δηλαδή των
βακτηρίων που την καταναλώνουν.
Με την αύξηση όμως των μικροοργανισμών ο ρυθμός κατανάλωσης οξυγόνου
γίνεται πολύ μεγαλύτερος από το ρυθμό παραγωγής του. Έτσι η ποσότητα του
οξυγόνου που βρίσκεται διαλυμένη στο νερό γίνεται ολοένα μικρότερη, γεγονός
που πλήττει τους ανώτερους οργανισμούς του οικοσυστήματος, όπως τα ψάρια,
που πεθαίνουν από ασφυξία.
Για την εν μέρει αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος, αλλά και για να υπάρχει
μεγαλύτερη διάρκεια στην λίπανση των καλλιεργούμενων φυτών, έχουν
κατασκευαστεί λιπάσματα ελεγχόμενης αποδέσμευσης. Η διάλυση των συστατικών
στο νερό ελέγχεται χάρη σε επικαλύψεις των κόκκων του λιπάσματος με
δυσδιάλυτες ουσίες, ενώ παράλληλα ελέγχεται και η ενδεχόμενη αντίδραση
δέσμευσής τους από το ίδιο το έδαφος.
Έχει παρατηρηθεί ότι σε περιπτώσεις λίπανσης με νιτρικό αμμώνιο τα φυτά
απορροφούν ταχύτερα τα ιόντα αμμωνίου (NH4+) σε σχέση με τα νιτρικά (NO3-).
Αυτό έχει ως συνέπεια την αύξηση των νιτρικών ιόντων στον υδροφόρο ορίζοντα και
αν από αυτόν τροφοδοτούνται τα αποθέματα πόσιμου νερού της περιοχής τότε το
πόσιμο νερό είναι ιδιαίτερα πλούσιο σε νιτρικά ιόντα. Η κατανάλωση νερού με
51
αυξημένη περιεκτικότητα (άνω των 10 mg/L) οδηγεί σε συμπτώματα κυάνωσης
ιδιαίτερα σε βρέφη: Η αιμοσφαιρίνη μετατρέπεται, παρουσία αυξημένων
συγκεντρώσεων νιτρικών ιόντων στη σταθερή ένωση μεθαιμοσφαιρίνη, η οποία δεν
είναι δυνατό να μεταφέρει οξυγόνο, με συνέπεια, σε σοβαρές περιπτώσεις, να
προκαλείται κώμα ή ακόμη και θάνατος, αν δεν γίνει έγκαιρη διάγνωση και
θεραπεία. Η κατάσταση αυτή έχει αποκληθεί "σύνδρομο των κυανών βρεφών"
λόγω του κυανού χρώματος που λαμβάνει η επιδερμίδα των βρεφών σε περίπτωση
κυάνωσης.
Επίσης είναι γνωστό ότι τα νιτρικά ιόντα σχετίζονται με ορισμένες μορφές καρκίνου
(π.χ. καρκίνος εντέρου, καρκίνος στομάχου ) λόγω νιτροζαμινών που σχηματίζουν
αντιδρώντας με αμίνες (καρκινογόνες ουσίες) και λόγω της μετατροπής τους σε
νιτρώδη ιόντα στο ανθρώπινο σώμα. Έχει αποδειχθεί ότι εξαιτίας της επίδρασης του
νιτρώδους οξέος συμβαίνουν μεταλλάξεις στο DNA με αποτέλεσμα να αυξάνονται
οι πιθανότητες δημιουργίας καρκινικών κυττάρων γιατί όπως είναι γνωστό ο
καρκίνος προκαλείται από τη «συσσώρευση» μεταλλάξεων, δηλαδή γενετικών
αλλαγών στα κύτταρα.
• ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΣΤΟ ΕΔΑΦΟΣ
Τόσο τα ανόργανα όσο και τα οργανικά λιπάσματα είναι πιθανόν να προκαλέσουν
αύξηση της οξύτητας (μείωση ρH) του εδάφους όταν εφαρμόζονται. Παρόμοιες
καταστάσεις είναι πιθανόν να επηρεάσουν την δυνατότητα απορρόφησης άλλων
θρεπτικών συστατικών των φυτών και αντιμετωπίζονται με την προσθήκη ασβέστου
στο έδαφος, που θα οδηγήσει σε αύξηση του pH.
• ΡΥΠΑΝΣΗ ΤΟΥ ΕΔΑΦΟΥΣ
Πολλά λιπάσματα περιέχουν τοξικά πρόσθετα. Τα περισσότερα λιπάσματα του
εμπορίου δεν περιέχουν ποσότητες τοξικών ικανές να δημιουργήσουν απειλή για το
περιβάλλον ή την υγεία ανθρώπων και ζώων της περιοχής όπου εφαρμόζονται, εν
τούτοις ορισμένα εμφάνισαν παρόμοια προβλήματα, όπως κατέδειξε έρευνα του
"U.S. Environmental Protection Agency": Εντοπίστηκαν διοξίνες,
πολυχλωροπαράγωγα του διβενζοφουρανίου και πολυχλωριούχες διβενζο-π52
διοξίνες. Η παρουσία τους φαίνεται πως οφείλεται στις μεθόδους παρασκευής των
λιπασμάτων αυτών.
• ΣΥΣΣΩΡΕΥΣΗ ΒΑΡΕΩΝ ΜΕΤΑΛΛΩΝ
Ορισμένα ανόργανα φυσικά λιπάσματα, όπως τα φωσφορικά που προέρχονται από
το Ναουρού και τις Νήσους των Χριστουγέννων περιέχουν κάδμιο, ενώ πρόσθετα
λιπασμάτων που παράγονται από παραπροϊόντα της βιομηχανίας χάλυβα περιέχουν
μεν τον απαραίτητο για τα φυτά ψευδάργυρο αλλά και μόλυβδο, αρσενικό, κάδμιο,
χρώμιο, υδράργυρο, ο οποίος εντοπίστηκε σε ψάρια στην Ισπανία και νικέλιο.
• ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ
Έχει διαπιστωθεί ότι οι εκπομπές μεθανίου από καλλιεργήσιμες εκτάσεις (ιδιαίτερα
καλλιέργειες ρυζιού) αυξάνονται με την χρήση αμμωνιακών λιπασμάτων. Οι
εκπομπές αυτές συμβάλλουν σημαντικά στην κλιματική αλλαγή, καθώς το μεθάνιο
είναι ένα από τα αέρια που συμβάλλουν στην δημιουργία του φαινομένου του
θερμοκηπίου.
Η χρήση αζωτούχων λιπασμάτων συμβάλλει επίσης στο σχηματισμό ενός ακόμη
αερίου του θερμοκηπίου, του υποξειδίου του αζώτου (N2O), του οποίου το
αποτέλεσμα είναι περίπου 300 φορές πιο ισχυρό σε σχέση με ίδια ποσότητα
διοξειδίου του άνθρακα, ενώ το ίδιο αέριο συμβάλλει επίσης και στην καταστροφή
της οζονόσφαιρας.
• ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΤΡΟΦΙΜΩΝ
Η υπερβολική χρήση λιπασμάτων συχνά έχει οδυνηρή επίπτωση και στην υγιεινή
κατάσταση των τροφίμων και κυρίως των νωπών λαχανικών. Λαχανικά όπως το
μαρούλι, κρεμμύδι, πράσο, σπανάκι κ.τ.λ. όταν λιπαίνονται υπερβολικά
συγκεντρώνουν στους ιστούς τους μεγάλες ποσότητες νιτρωδών. Όταν αυτά τα
λαχανικά καταναλώνονται , τα νιτρώδη καθώς διέρχονται τον εντερικό σωλήνα
ενώνονται εκεί με τις υπάρχουσες αμίνες παράγοντας νιτροζαμίνες. Οι ουσίες αυτές
είναι γνωστό ότι έχουν καρκινογόνες ιδιότητες.
53
• ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΜΕ ΑΛΛΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ
Όσο οι χρησιμοποιούμενες ποσότητες αζώτου αυξάνονται τόσο η βλάστηση των
φυτών εντείνεται και το υπέργειο τμήμα αυξάνεται, Η αυξημένη αυτή βλάστηση
πολλές φορές συνοδεύεται από μειωμένη περιεκτικότητα σε άλλα θρεπτικά
στοιχεία. Πιο συγκεκριμένα από τα εννέα συνήθως θρεπτικά στοιχεία P, K, Ca, Mg,
Mn, Fe, Cu, Zn, B μόνο το Μn και το Mg επηρεάζονται θετικά από την αυξημένη
αζωτούχο λίπανση ενώ τα υπόλοιπα επηρεάζονται αρνητικά.
Κεφάλαιο 7ο – Σύγκριση λιπασμάτων
Όπως προαναφέρθηκε, η χρήση λιπασμάτων εξαρτάται από πολλούς παράγοντες.
Γενικά σήμερα έχει αρχίσει να παρατηρείται μικρή στροφή στα φυσικά λιπάσματα,
καθώς εμφανίζουν μικρές ή ασήμαντες περιβαλλοντικές επιδράσεις, σε σύγκριση με
τα τεχνητά
Η κοπριά χρησιμοποιήθηκε σχεδόν ταυτόχρονα με την εξημέρωση και μετατροπή
ζώων από άγρια σε οικόσιτα (δεν είναι επαρκώς εξακριβωμένος ο ακριβής χρόνος)
και συνέχισε να χρησιμοποιείται μέχρι σήμερα. Ωστόσο και η κοπριά και τα
προϊόντα κομποστοποίησης δεν είναι ολοσχερώς απαλλαγμένα από τα παρακάτω
προβλήματα:
1. Είναι ενδεχόμενο να περιέχονται σε αυτά μικροοργανισμοί που προκαλούν
διάφορες ασθένειες. Αυτό ισχύει τόσο για την κοπριά όσο και για τους σηπόμενους
φυτικούς ιστούς, αν δεν έχουν επαρκώς κομποστοποιηθεί.
2. Οι συγκεντρώσεις τους σε θρεπτικά συστατικά ποικίλλουν ενώ η
απελευθέρωση αυτών των συστατικών σε μορφή απορροφήσιμη από τα φυτά είναι
πιθανόν να μη συμβεί ακριβώς στο στάδιο που τα φυτά τα χρειάζονται.
54
3. Έχουν σχετικά μεγάλο όγκο και βάρος και πιθανόν η ποσότητα που είναι
δυνατό να χρησιμοποιηθεί στην καλλιέργεια να μην περιέχει τις κατάλληλες
ποσότητες θρεπτικών συστατικών
4. Η διαδικασία παραγωγής τους σε πολλές περιπτώσεις είναι αντιοικονομική.
Κεφάλαιο 8ο – Εναλλακτικές προτάσεις
Α) Πρέπει να χρησιμοποιούνται όσο το δυνατόν
περισσότερο ανόργανα και οργανικά φυσικά
λιπάσματα, όπως η κοπριά (περιττώματα) ζώων
και το κοπρόχωμα («κομπόστα»), καθώς επίσης
πρέπει να υπάρξει αλλαγή των διατροφικών
συνηθειών και ιδίως μείωση της κατανάλωσης
κρέατος διεθνώς. «Έχουμε την τεχνογνωσία να
μειώσουμε την ρύπανση από ενώσεις του
αζώτου, όμως πρέπει να αρχίσουμε να εφαρμόζουμε αυτές τις λύσεις με
ολοκληρωμένο τρόπο σε ευρωπαϊκό επίπεδο», επεσήμανε ο Σάτον. Η έκθεση καλεί
τους αγρότες να μειώσουν τα λιπάσματα με άζωτο, τονίζοντας ότι αυτό αφενός θα
κάνει καλό στο περιβάλλον, αφετέρου θα εξοικονομήσει χρήματα και στους ίδιους.
Παράλληλα, υπογραμμίζει ότι η κατανάλωση κρέατος αποτελεί την κυριότερη αιτία
διαταραχής του «κύκλου του αζώτου» στην Ευρώπη, γι’ αυτό καλεί τους
Ευρωπαίους να τρώνε λιγότερο κρέας.
55
Β) Να αξιοποιηθούν σε μεγαλύτερο βαθμό οι πιο οικολογικοί τρόποι εμπλουτισμού
του εδάφους με άζωτο, όπως η αγρανάπαυση και η αμειψισπορά. Αμειψισπορά
είναι η εναλλαγή στην καλλιέργεια σιτηρών και ψυχανθών, έτσι ώστε το έδαφος να
εμπλουτίζεται με άζωτο και να μην εξασθενεί.
Γ) Κομποστοποίηση (ή χουμοποίηση) των οργανικών απορριμμάτων. Είναι μια
μέθοδος ανακύκλωσης των οργανικών απορριμμάτων που κερδίζει έδαφος όλο και
περισσότερο τα τελευταία χρόνια. Πρόκειται για τη μέθοδο στην οποία τα οργανικά
σκουπίδια (φαγητά, φύλλα, χόρτα, κλαδιά, φρούτα, φλούδες, κ.α.) μετατρέπονται
σε οργανικό λίπασμα υψηλής ποιότητας. Με αυτόν τον τρόπο μειώνονται και τα
απορρίμματα που καταλήγουν στις χωματερές, δεν επιβαρύνεται το περιβάλλον και
το λίπασμα που μένει ως τελικό προϊόν μπορεί να αναζωογονήσει κήπους και
καλλιέργειες.
Πρακτικές λίπανσης με αζωτούχα λιπάσματα
Όπως προείπαμε το άζωτο αποτελεί το στοιχείο κλειδί για τον έλεγχο της βλάστησης
και της καρποφορίας. Ωστόσο το στοιχείο αυτό πρέπει να τύχει της μεγαλύτερης
δυνατής προσοχής και λόγω των πολλών του αρνητικών επιπτώσεων αλλά και των
περιβαλλοντικών προβλημάτων τα οποία προκαλεί.
Κατά τη χρήση αζωτούχων λιπασμάτων , η ποσότητα, η εποχή, ο τρόπος χορήγησης
και ο τύπος του λιπάσματος πρέπει να τύχουν ιδιαίτερης προσοχής.
Ποσότητα: Οι χρησιμοποιούμενες ποσότητες αζώτου στη χώρα μας είναι
υπερβολικές αν και παρατηρείται μείωση τα τελευταία χρόνια. Η ποσότητα του
αζώτου καθορίζεται από το είδος της καλλιέργειας και από το επίπεδο γονιμότητας
του εδάφους. Ενδεικτικά αναφέρουμε ότι τα εσπεριδοειδή χρειάζονται 0,4 – 1 Kg
ανά δέντρο ενώ η πιπεριά 20 – 30 kg ανά στρέμμα.
Εποχή χορήγησης: Γενικά δεν ενδείκνυται η προσθήκη αζωτούχων λιπασμάτων πολύ
πριν τη βλαστική ανάπτυξη των φυτών, αλλά αντίθετα θα πρέπει να εφαρμόζονται
την πλέον κρίσιμη περίοδο που είναι αυτή της έντονης βλάστησης, έτσι ώστε το
άζωτο (νιτρικής και αμμωνιακής) μορφής να διαλυθεί και να φτάσει γρήγορα στο
ενεργό μέρος του ριζικού συστήματος. Η εφαρμογή της λίπανσης πρέπει να γίνεται
56
με γνώμονα ότι το άζωτο οφείλει να βρίσκεται στα διάφορα όργανα του φυτού την
εποχή που αυτό είναι απαραίτητο. Για παράδειγμα στα δέντρα οι μεγαλύτερες
ανάγκες είναι κατά την περίοδο της άνθησης και στην αρχή της βλάστησης. Όμως
στην περίοδο συγκομιδής των καρπών δεν πρέπει να υπάρχει αυξημένη
συγκέντρωση αζώτου γιατί υποβαθμίζεται η ποιότητα των καρπών και δυσκολεύει η
συντήρησή τους.
Τρόπος εφαρμογής: Το άζωτο χορηγείται κυρίως από το έδαφος εκτός από τους
διαφυλλικούς ψεκασμούς του φθινοπώρου. Στο έδαφος το Ν δίνεται είτε υπό
στερεά μορφή είτε με υδρολίπανση. Με την υδρολίπανση έχουμε καλλίτερα
αποτελέσματα και οικονομία σε λίπασμα. Στα δέντρα καλό θα είναι το λίπασμα να
εφαρμόζεται στη ζώνη των ριζών και όχι κοντά στον κορμό. Σε γραμμικές φυτεύσεις
η προθήκη να γίνεται επί των γραμμών.
Η εφαρμογή από το Τμήμα Γεωργίας του Σχεδίου Δράσης για τις ευαίσθητες από τη
νιτρορύπανση ζώνες αποτελεί μεγάλης σημασίας δραστηριότητα και αποσκοπεί
κατά κύριο λόγο στον περιορισμό της νιτρορύπανσης η οποία οφείλεται στις
διάφορες γεωργοκτηνοτροφικές δραστηριότητες.
Τα νιτρικά στα λιπάσματα, τις κοπριές, τις κομπόστες και τις διάφορες άλλες
οργανικές ουσίες, χαρακτηρίζονται από το ότι είναι ευκολοκίνητα μέσα στο έδαφος
και είναι δυνατό να καταλήγουν στα υπόγεια νερά, καθιστώντας τα
ακατάλληλα για ύδρευση. Η προστασία των νερών από τη ρύπανση αποτελεί
υποχρέωση που πηγάζει από τoν περί ελέγχου της ρύπανσης των νερών Νόμο
(106(Ι)/2002).
Για το σκοπό αυτό έχουν καθοριστεί οι ευαίσθητες από τη νιτρορύπανση ζώνες,
εντός των οποίων τα υπόγεια νερά έχουν ρυπανθεί ή ενδέχεται να υποστούν
ρύπανση. Γι’ αυτό όσοι αξιοποιούν γεωργική γη η οποία βρίσκεται εντός περιοχής
που χαρακτηρίζεται ως ευαίσθητη από τη νιτρορύπανση, είναι υποχρεωμένοι να
συμμορφώνονται με τις πιο κάτω πρόνοιες του Σχεδίου Δράσης:
Χρήση λιπασμάτων
• Για να καθοριστεί η ποσότητα, ο τύπος και ο χρόνος λίπανσης κάθε φυτείας
πρέπει να λαμβάνονται υπόψη διάφοροι παράγοντες, όπως: το είδος της
57
φυτείας, το στάδιο ανάπτυξης, το έδαφος, τα διαθέσιμα θρεπτικά στοιχεία
εντός του εδάφους, οι κλιματολογικές συνθήκες, η ποιότητα νερού και η
μέθοδος άρδευσης/λίπανσης. Επίσης θα πρέπει να συνυπολογίζεται οποιαδήποτε
προσθήκη αζώτου πέραν των λιπασμάτων.
• Με βάση τις πιο πάνω παραμέτρους, θα πρέπει να καταρτίζονται
προγράμματα λίπανσης.
• Λιπάνσεις γίνονται όταν η φυτεία χρειάζεται τα λιπάσματα και μπορεί να τα
αξιοποιήσει.
• Η χρήση αζωτούχων λιπασμάτων απαγορεύεται:
A. Όταν τα εδάφη είναι κεκορεσμένα με νερό, πλημμυρισμένα, παγωμένα ή
χιονισμένα.
Β. Όταν σημειώνονται έντονες βροχοπτώσεις, ιδιαίτερα σε επικλινή εδάφη.
Γ. Σε απόσταση μικρότερη των 10 μέτρων από ρυάκια, των 50 μέτρων από
λίμνες και ποταμούς και των 300 μέτρων από πηγές ή γεωτρήσεις
υδατοπρομήθειας.
• Οι επιφανειακές λιπάνσεις, θα πρέπει να γίνονται σε πολλές εφαρμογές
με μικρές ποσότητες όταν οι καιρικές συνθήκες το επιτρέπουν και να
χρησιμοποιούνται μορφές αζώτου άμεσης αφομοίωσης. Κατά τις βασικές
λιπάνσεις, χρησιμοποιούνται μορφές αζώτου δυσκολοκίνητες στο έδαφος ή
λιπάσματα βραδείας αποδέσμευσης.
Κεφάλαιο 9ο – Ερωτηματολόγιο
ΕΡΕΥΝΑ ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ ΤΗΝ ΟΡΘΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΧΡΗΣΗ ΛΙΠΑΣΜΑΤΩΝ ΣΤΗ
ΣΥΜΒΑΤΙΚΗ ΓΕΩΡΓΙΑ
Ερωτηθέντες: 25 μαθητές
1. Χρησιμοποιείτε λιπάσματα στις καλλιέργειές σας;
Πάντα 20 (80%)
58
Μερικές φορές 4 (16%)
Καθόλου 1( 4%)
2. Είναι απαραίτητα και χρήσιμα στις καλλιέργειες;
Ναι 24 (96%)
Όχι 1(4%)
3. Παίρνετε τις κατάλληλες προφυλάξεις όταν χρησιμοποιείτε τα λιπάσματα;
(γάντια, μάσκα, παλιά ρούχα μπότες κλπ….)
Πάντα: 22(88%)
Μερικές φορές: 3(12%)
Καθόλου: 0
4. Παίρνετε τις κατάλληλες προφυλάξεις όταν αποθηκεύετε τα λιπάσματα
(ασφαλές μέρος, μακριά από παιδιά….)
Πάντα:10(40%)
Μερικές φορές:10(40%)
Καθόλου:5(20%)
5. Συμβουλεύστε και εμπιστεύεστε τους γεωπόνους στη χρησιμοποίησή τους;
Ναι: 25(100%)
Όχι: 0
6.
Τι είδους λιπάσματα χρησιμοποιείται περισσότερο;
Κοκκώδη: 1(4%)
Οργανικά: 7(28%)
Διαλυτά στο νερό: 2(8%)
Συνθετικά: 15(60%)
7. Η συχνή και αλόγιστη χρήση λιπασμάτων έχει σοβαρές συνέπειες στην
υγεία και το περιβάλλον;
Ναι: 5(20%)
Όχι: 20(80%)
59
ΕΝΟΤΗΤΑ 4η – Η ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ
Αγγελίδης Σ. Αλεβάντης Π. κ.α./Εγκυκλοπαίδεια "Πάπυρος Μπριτάννικα
Λαρούς " / έκδοση Αθήνα 1997/ τόμος 3ος / σελίδες 218-228
Αδαμαντίδου ΣΜ., Γεωργάτου Μ., Γιαπιτζάκης Χ., κ.α.(2008) Βιολογία Γενικής
Παιδείας Γ΄ Ενιαίου Λυκείου, Ο.Ε.Δ.Β.
Αθανασίου Κ. , Αθανασόπουλος Α., Βούλγαρη Φ., κ.α.
Agro help-Αζωτοδεσμευτικά βακτήρια σε συμβατική και βιολογική γεωργία
Βάρβογλη Α., (1991) Χημεία Οργανικών Ενώσεων Παρατηρητής, Θεσσαλονίκη.
Γαληνός Α., (1980) Ανόργανος Χημεία (Στοιχεία – Ενώσεις) Έκδοση Α΄ Αθήνα
Γρανίτσας Α., (1984) Γενική Βιολογία (τόμος ΙΙ) Θεσσαλονίκη.
Εγκυκλοπαίδεια “ΔΟΜΗ”, έκδοση 1997, Τόμος 10, σελίδες 311-312
Gammon E.,Γενική και οργανική χημεία, εκδόσεις Τραυλός(2006)
Καραγκιοζίδη Σ. Π., (1991) «Ονοματολογία Οργανικών Ενώσεων στα Ελληνικά
& Αγγλικά» Β΄ Έκδοση Θεσσαλονίκη
Καραμπουρνιώτης Κ. – Διατριβή - Πολυτεχνείο Κρήτης – Τμήμα Μηχανικών
Περιβάλλοντος
Λυκάκης Σ., (1984) Οικολογία. Πάτρα.
Ματσαγγούρας Η. (2003) «Ομαδοσυνεργατική Διδασκαλία και Μάθηση» Για
το καθημερινό σχολείο και γα τα περιβαλλοντικά, τα πολιτιστικά και για τα
ευρωπαϊκής συνεργασίας προγράμματα. Αθήνα, Εκδόσεις Γρηγόρη.
Mc Murry J., Οργανική χημεία, Τόμος ΙΙ, Πανεπιστημιακές εκδόσεις Κρήτης
Νικολαΐδης Δ.,(1983) «Ειδικά Μαθήματα Οργανικής Χημείας», ΑΠΘ,
Θεσσαλονίκη
Νικολάου Ε. Α., (1985) «Γενική Οργανική Χημεία», Εκδόσεις Ζήτη,
Θεσσαλονίκη
Νικολάου Ε. Α., Βάρβογλης Α. και Χατζημηχαλάκης Φ. (1986) «Εργαστηριακός
Οδηγός», Εκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη
Πετάση Ν.Α., (1982) Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας.
SCHAUM'S OUTLINE SERIES, «ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ», Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999
www.anthanassa.gr
www.wikipedia.org
www.compostshop.gr/information
60
www.enidrio.gr- Ο κύκλος του αζώτου
61

Καταλογος PDF

Dr. D.G. Kotsifaki

business stories - Tucer

Βιολογία Γενικής Παιδείας

Πρώτο - Ινστιτούτο έρευνας και θεραπείας της συμπεριφοράς

Η πορεία του έργου LIFE Pinus για τον Πάρνωνα Νέος νόμος

σποροι κτηνοτροφικων φυτων

Προσομοίωση και Βελτιστοποίηση Λειτουργίας της Εγκατάστασης

Καλλιέργειες

σημειωσεις χημεια ι

Συστή ατα Schüco PVC-U