Među biogeokemijskim ciklusima azot je najšire proučavan. Provjerite sažetak i znajte njegovu važnost
Dušik je bitan kemijski element za postojanje života na Zemlji, jer je osim dušičnih baza (koje čine molekule DNA i RNA) sastojak svih aminokiselina u našem tijelu. Otprilike 78% zraka koji udišemo sastoji se od dušika iz atmosfere (N 2), koji je njegov najveći rezervoar. Jedan od razloga tome je što je N2 inertni oblik dušika, odnosno plin koji u uobičajenim situacijama nije reaktivan. Dakle, akumulira se u atmosferi od nastanka planeta. Unatoč tome, malo je živih bića sposobno apsorbirati ga u molekularnom obliku (N 2). Ispada da dušik, poput željeza i sumpora, sudjeluje u prirodnom ciklusu tijekom kojeg se njegova kemijska struktura pretvara u svakoj fazi,služeći kao osnova za druge reakcije i postajući tako dostupni drugim organizmima - to je velika važnost dušikovog ciklusa (ili "dušikovog ciklusa").
Da bi atmosferski N 2 dospio u tlo, ulazeći u ekosustav, mora proći postupak koji se naziva fiksacija, a koji ga provode male skupine nitrificirajućih bakterija, koje uklanjaju dušik u obliku N 2 i ugrađuju ga u svoje organske molekule. Kada fiksaciju vrše živi organizmi, poput bakterija, to se naziva biološka fiksacija ili biofiksacija. Trenutno se komercijalna gnojiva mogu koristiti i za fiksiranje dušika, što karakterizira industrijsku fiksaciju, metodu koja se široko koristi u poljoprivredi. Uz njih postoji i fizičko učvršćivanje koje se provodi munjama i električnim iskrama, kroz koje se dušik oksidira i prenosi u tlo kroz kiše, ali takva metoda ima smanjeni kapacitet za fiksiranje dušika,što nije dovoljno da se organizmi i život na Zemlji održavaju.
Kad bakterije fiksiraju N2, oslobađaju amonijak (NH 3). U kontaktu s molekulama vode u tlu amonijak tvori amonijev hidroksid koji, kad se ionizira, stvara amonij (NH 4), u procesu koji je dio dušikovog ciklusa i naziva se amonifikacija. U prirodi postoji ravnoteža između amonijaka i amonijaka, koja se regulira pH. U sredinama u kojima je pH više kiseo, prevladava stvaranje NH 4, a u temeljnijim okruženjima najčešći je proces stvaranja NH 3. Ovaj se amonij uglavnom apsorbira i koristi uglavnom od biljaka koje imaju bakterije povezane sa svojim korijenima (bacteriorrizas). Kad ga proizvode slobodno žive bakterije, ovaj amonijev obično je dostupan u tlu za upotrebu od drugih bakterija (nitrobakterija).
Nitrobakterije su kemosintetizatori, odnosno autotrofna su bića (koja sama proizvode hranu), koja iz kemijskih reakcija uklanjaju energiju potrebnu za njihov opstanak. Da bi dobili tu energiju, oni nastoje oksidirati amonij, pretvarajući ga u nitrit (NO 2 -), a kasnije u nitrat (NO 3 -). Ovaj proces ciklusa dušika naziva se nitrifikacija.
Nitrat ostaje slobodan u tlu i nema tendenciju da se akumulira u prirodno netaknutim okolišima, što ga čini sposobnim za tri različita puta: biljke ih apsorbiraju, denitrificiraju ili dolaze do vodenih tijela. I denitrifikacija i protok nitrata u vodena tijela imaju negativne posljedice na okoliš.
Utjecaji na okoliš
Denitrifikacija (ili denitrifikacija) je postupak koji izvode bakterije nazvane denitrifikatori, koji opet transformiraju nitrat u N2, vršeći povrat dušika u atmosferu. Uz N2, drugi plinovi koji se mogu proizvesti su dušikov oksid (NO), koji se kombinira s atmosferskim kisikom, što pogoduje stvaranju kiselih kiša, i dušikov oksid (N 2 O), koji je važan uzročnik plina efekt staklenika, koji pogoršava globalno zagrijavanje.
Treći put, gdje nitrat dospijeva u vodena tijela, uzrokuje ekološki problem koji se naziva eutrofikacija. Ovaj proces karakterizira porast koncentracije hranjivih sastojaka (uglavnom dušikovih spojeva i fosfora) u vodama jezera ili brane. Ovaj višak hranjivih sastojaka pogoduje ubrzanom razmnožavanju algi, što na kraju ometa prolazak svjetlosti, neravnotežu vodene okoline. Drugi način da se taj višak hranjivih sastojaka osigura u vodenom okolišu je ispuštanje kanalizacije u njega bez odgovarajućeg tretmana.
Sljedeće pitanje koje treba razmotriti je činjenica da dušik također može biti štetan za biljke kada je prisutan u količinama koje nadilaze njihove sposobnosti asimilacije. Dakle, višak dušika fiksiran u tlu može ograničiti rast biljke, šteteći usjevima. Dakle, odnos ugljika i dušika također se mora uzeti u obzir u postupcima kompostiranja, tako da metabolizmi kolonija mikroorganizama koji sudjeluju u procesu razgradnje uvijek budu aktivni.
Apsorpcija dušika od strane ljudi
Ljudi i druge životinje imaju pristup nitratu iz biljaka koje jedu koje su apsorbirale tu tvar ili, prema prehrambenom lancu, ako jedu druge životinje koje su se hranile tim biljkama. Ovaj se nitrat vraća u ciklus nakon smrti nekog organizma (organske tvari) ili izlučivanjem (urea ili mokraćna kiselina, kod većine kopnenih životinja i amonijak, u izlučevinama ribe) koji sadrži dušikove spojeve. Tako će razgrađujuće bakterije djelovati na organsku tvar koja oslobađa amonijak. Amonijak se također može transformirati u nitrite i nitrate istim nitrobakterijama koje transformiraju amonij, integrirajući se s ciklusom.
Alternativa gnojivima
Kao što smo vidjeli, učvršćivanje dušika u tlu može proizvesti pozitivne učinke, ali proces se događa u višku, može generirati negativne posljedice na okoliš. Interferencija čovječanstva u ciklusu dušika događa se industrijskom fiksacijom (upotrebom gnojiva), što povećava koncentraciju dušika koji se treba fiksirati, uzrokujući probleme poput gore spomenutih.
Alternativa korištenju gnojiva bila bi plodored, izmjenične kulture dušika i biljaka koje ne pričvršćuju dušik. Biljke koje vežu dušik su one koje imaju bakterije i druge organizme koji učvršćuju povezane s njihovim korijenima, kao što se događa u mahunarkama (poput graha i soje). Rotacija bi favorizirala fiksiranje dušika u sigurnijim količinama od upotrebe gnojiva, pružajući hranjive sastojke kompatibilne s asimilacijskim kapacitetom biljaka, favorizirajući njihov razvoj i smanjujući stope hranjivih tvari koje dopiru do vodenih tijela. Sličan postupak nazvan "zeleno gnojivo" također se može primijeniti za zamjenu gnojiva.
Ovaj se postupak sastoji od kultiviranja biljaka za fiksiranje dušika i četkanja prije nego što proizvedu sjeme, ostavljajući ih na mjestu malča, tako da se mogu stvarati kasnije kulture drugih vrsta. Ispod možemo vidjeti sliku koja nam donosi sažetak viđenog kroz članak:
ANAMMOKS
Skraćenica na engleskom jeziku (što znači anaerobna oksidacija amonijaka) imenuje inovativni biološki postupak uklanjanja amonijaka iz vode i plinova.
Sastoji se od prečaca, jer amonijak ne bi trebao biti nitrificiran u nitrit, a nitrat vraćen u oblik N2. Procesom ANAMMOX amonijak bi se izravno pretvorio u plin dušika (N 2). Prva velika stanica instalirana je 2002. godine u Nizozemskoj, a 2012. godine već je radilo 11 postrojenja.
Učinkovit i održiv, postupak ANAMMOX može se koristiti za uklanjanje amonijaka iz otpadnih voda u koncentracijama većim od 100 mg / l. Unutar reaktora koegzistiraju nitrificirajuće bakterije i ANAMMOX, gdje prvi transformiraju oko polovice amonijaka u nitride (kemijske spojeve koji imaju dušik u svom sastavu), a ANAMMOX bakterije djeluju pretvarajući nitride i amonijak u plinoviti dušik.
Pokazalo se da anaerobna oksidacija amonijaka obećava i već se može naći u industrijskim procesima poput pročišćavanja otpadnih voda, organskog krutog otpada, prehrambene industrije, gnojiva, između ostalog.
