Blant de biogeokjemiske syklusene er nitrogen mest studert. Sjekk et sammendrag og vet dets betydning
Nitrogen er et essensielt kjemisk element for eksistensen av liv på jorden, siden det er en komponent av alle aminosyrene i kroppen vår, i tillegg til de nitrogenholdige basene (som utgjør DNA- og RNA-molekylene). Omtrent 78% av luften vi puster inn består av nitrogen fra atmosfæren (N 2), som er dens største reservoar. En grunn til dette er at N2 er den inerte formen for nitrogen, det vil si at det er en gass som i vanlige situasjoner ikke er reaktiv. Dermed har den akkumulert seg i atmosfæren siden dannelsen av planeten. Til tross for dette har få levende vesener kapasitet til å absorbere den i sin molekylære form (N 2). Det viser seg at nitrogen, som jern og svovel, deltar i en naturlig syklus der kjemisk struktur gjennomgår transformasjoner i hvert av trinnene,tjene som grunnlag for andre reaksjoner og dermed bli tilgjengelig for andre organismer - dette er den store betydningen av nitrogensyklusen (eller "nitrogensyklusen").
For at atmosfærisk N 2 skal nå jorda, inn i økosystemet, må den gjennom en prosess som kalles fiksering, som utføres av små grupper av nitrifiserende bakterier, som fjerner nitrogen i form av N 2 og inkorporerer det i sine organiske molekyler. Når fiksering utføres av levende organismer, for eksempel bakterier, kalles det biologisk fiksering eller biofiksering. For tiden kan kommersiell gjødsel også brukes til nitrogenfiksering, som karakteriserer industriell fiksering, en metode som er mye brukt i landbruket. I tillegg til disse er det også fysisk fiksering, som utføres av lyn og elektriske gnister, gjennom hvilke nitrogen oksyderes og føres til jorden gjennom regn, men en slik metode har redusert kapasitet for nitrogenfiksering,som ikke er nok til at organismer og liv på jorden opprettholder seg selv.
Når bakterier fikser N 2, frigjør de ammoniakk (NH 3). Ammoniakk, når det er i kontakt med jordvannsmolekyler, danner ammoniumhydroksid som, når det er ionisert, produserer ammonium (NH 4), i en prosess som er en del av nitrogensyklusen og kalles ammonifisering. I naturen er det en balanse mellom ammoniakk og ammonium, som reguleres av pH. I miljøer hvor pH er surere, dannes NH4 og i mer basiske miljøer er den vanligste prosessen dannelsen av NH 3. Dette ammoniumet har en tendens til å bli absorbert og brukes hovedsakelig av planter som har bakterier assosiert med røttene (bakteriorrizas). Når det produseres av frittlevende bakterier, har dette ammonium en tendens til å være tilgjengelig i jorden for å bli brukt av andre bakterier (nitrobakterier).
Nitrobakterier er kjemosyntetiserende midler, det vil si at de er autotrofiske vesener (som produserer sin egen mat), som fjerner energien som er nødvendig for å overleve fra kjemiske reaksjoner. For å oppnå denne energien har de en tendens til å oksidere ammonium, transformere det til nitritt (NO 2 -), og senere på nitrat (NO 3 -). Denne prosessen med nitrogensyklusen kalles nitrifisering.
Nitrat forblir fritt i jorden, og har ingen tendens til å akkumuleres i naturlig intakte miljøer, noe som gjør det i stand til å ta tre forskjellige veier: å bli absorbert av planter, å bli denitrifisert, eller å nå vannmasser. Både denitrifisering og flyt av nitrat i vannforekomster har negative konsekvenser for miljøet.
Påvirkning på miljøet
Denitrifikasjon (eller denitrifikasjon) er en prosess utført av bakterier som kalles denitrifieringsmidler, som omdanner nitratet til N2 igjen, og utfører retur av nitrogen til atmosfæren. I tillegg til N 2, er andre gasser som kan produseres nitrogenoksid (NO), som kombineres med atmosfærisk oksygen, som favoriserer dannelsen av surt regn, og lystgass (N 2 O), som er en viktig årsaksgass drivhuseffekten, som forverrer den globale oppvarmingen.
Den tredje banen, som er der nitrat når vannforekomster, forårsaker et miljøproblem som kalles eutrofiering. Denne prosessen er preget av en økning i konsentrasjonen av næringsstoffer (hovedsakelig nitrogenforbindelser og fosfor) i vannet i en innsjø eller dam. Dette overskuddet av næringsstoffer favoriserer den akselererte multiplikasjonen av alger, som ender med å hindre lysets passasje, og balansere vannmiljøet. En annen måte å tilføre dette overskuddet av næringsstoffer i et vannmiljø er å slippe ut kloakk i det uten riktig behandling.
Et annet spørsmål som skal vurderes er det faktum at nitrogen også kan være skadelig for planter når det er tilstede i mengder som går utover deres assimileringsevne. Dermed kan et overskudd av nitrogen som er festet i jorden begrense veksten av planten og skade avlingene. Dermed må karbon / nitrogenforholdet også tas i betraktning ved komposteringsprosesser, slik at metabolismen til koloniene av mikroorganismer som er involvert i nedbrytningsprosessen alltid er aktiv.
Nitrogenabsorpsjon av mennesker
Mennesker og andre dyr har tilgang til nitrat fra å spise planter som har absorbert stoffet eller, i følge næringskjeden, fra å spise andre dyr som har matet på disse plantene. Dette nitratet går tilbake til syklusen etter at noen organismer (organisk materiale) eller ved utskillelse (urea eller urinsyre, i de fleste landdyr og ammoniakk, i fiskeutskillelser) inneholder nitrogenforbindelser. Dekomponerende bakterier vil således virke på det organiske stoffet som frigjør ammoniakk. Ammoniakk kan også transformeres til nitritter og nitrater av de samme nitrobakteriene som transformerer ammonium, og integreres med syklusen.
Et alternativ til gjødsel
Som vi har sett, kan nitrogenfiksering i jorda gi positive effekter, men prosessen skjer i overkant, det kan ha negative konsekvenser for miljøet. Menneskehetens forstyrrelse i nitrogensyklusen skjer gjennom industriell fiksering (ved bruk av gjødsel), noe som øker konsentrasjonen av nitrogen som skal fikses, og forårsaker problemer som de som er nevnt ovenfor.
Et alternativ for bruk av gjødsel vil være vekstskifte, vekslende kulturer av nitrogenfiksering og ikke-fikserende planter. Nitrogenfikserende planter er de som har bakterier og andre fikserende organismer knyttet til røttene, slik det forekommer i belgfrukter (som bønner og soyabønner). Rotasjonen vil favorisere fiksering av nitrogen i tryggere mengder enn bruk av gjødsel, og gir næringsstoffer som er kompatible med plantens assimileringsevne, favoriserer deres utvikling og reduserer hastigheten på næringsstoffer som når vannforekomsten. En lignende prosess kalt "grønn gjødsel" kan også brukes for å erstatte gjødsel.
Denne prosessen består i å dyrke nitrogenfikserende planter og børste dem før de produserer frø, og la dem være på plass som mulch, slik at senere kulturer av andre arter kan lages. Nedenfor kan vi se et bilde som gir oss et sammendrag av det som ble sett gjennom artikkelen:
ANAMMOX
Forkortelsen på engelsk (som betyr anaerob oksidasjon av ammoniakk) navngir en innovativ biologisk prosess for å fjerne ammoniakk fra vann og gasser.
Den består av en snarvei, siden ammoniakken ikke trenger å nitrifiseres til nitritt og nitrat for å bli denitrifisert tilbake til N 2-formen. Med ANAMMOX-prosessen ville ammoniakk bli omdannet direkte til nitrogengass (N 2). Den første storstasjonen ble installert i Nederland i 2002, og i 2012 var det allerede 11 anlegg i drift.
ANAMMOX-prosessen er effektiv og bærekraftig og kan brukes til å fjerne ammoniakk fra avløp i konsentrasjoner større enn 100 mg / l. I reaktorene eksisterer det nitrifiserende bakterier og ANAMMOX, hvor førstnevnte forvandler omtrent halvparten av ammoniakken til nitrider (kjemiske forbindelser som har nitrogen i sammensetningen), og ANAMMOX-bakteriene virker ved å transformere nitrider og ammoniakk til nitrogengass.
Anaerob oksidasjon av ammoniakk har vist seg å være lovende, og kan allerede finnes i industrielle prosesser som avløpsvannbehandling, organisk fast avfall, næringsmiddelindustri, gjødsel, blant andre.
