چهار مرحله در چرخه نیتروژن: نکات مهم در چرخه غذایی

چهار مرحله در چرخه نیتروژن: نکات مهم در چرخه غذایی

به‌عنوان بخشی از چرخه نیتروژن، این ماده به شکل‌های مختلف تبدیل می‌شود. برای مثال:

• در مرحله تثبیت نیتروژن، N₂ موجود در هوا به نیترات تبدیل می‌شود.
• در حالت معکوس، در فرایند نیترو‌ژن‌زدایی، نیترات به شکل گاز N₂ باز می‌گردد.
• در نهایت، در فرایند نیتروژن‌دارکردن نیز، آمونیاک به نیترات تبدیل می‌شود.

در حالت کلی، این فرایندها برای چرخه غذایی ضروری هستند. اما چرخه نیتروژن دقیقاً شامل چیست؟ بگذارید چهار مرحله‌ای که در چرخه نیتروژن وجود دارند را بررسی کنیم:

تثبیت نیتروژن، تجزیه، نیتروژن‌دارکردن و نیتروژن‌زدایی.

۱- تثبیت نیتروژن

نیتروژن، به‌عنوان یکی از اجزای تشکیل‌دهنده اتمسفر، ۷۸٪ از آن را به‌خود اختصاص می‌دهد. گیاهان و حیوانات برای ساخت پروتئین به نیتروژن نیاز دارند، اما قادر به جذب آن از هوا نیستند. به‌دلیل آنکه نیتروژن به‌عنوان یک گاز، غیرفعال است، باید به‌شکل مولکول دیگری درآید. نوعی باکتری در خاک وجود دارد که نیتروژن را از هوا جذب می‌کند و آن را به نیترات تبدیل می‌نماید، بنابراین از این طریق نیتروژن وارد چرخه غذایی می‌شود.

برای مثال، ریشه گیاهانی مانند شبدر، نخود و لوبیا، N₂ را از هوا جذب می‌کنند و آن را به نیترات تبدیل می‌نمایند. به‌علاوه، رعدوبرق نیز می‌تواند N₂ را به NO₂ تبدیل کند که این ماده نیز برای تولید نیترات وارد خاک می‌شود. همچنین، با اضافه‌کردن کودهای مصنوعی به اراضی کشاورزی، نیترات وارد خاک می‌گردد.

در حالت کلی، تثبیت نیتروژن، نیتروژن غیرفعال را از هوا جذب می‌کند و آن را به شکل قابل‌استفاده درمی‌آورد. نیتروژن ماده‌ای ضروری در ساخت اسیدهای آمینه است و اسیدهای آمینه نیز اجزای تشکیل‌دهنده DNA و RNA هستند. همچنین از نیتروژن برای ساخت اسیدهای آمینه به‌منظور رشد استفاده می‌شود.

۲- تجزیه و تولید آمونیاک

پس از تثبیت نیتروژن، ریشه گیاهان نیترات را جذب می کند. در گیاه، نیترات به‌شکل پروتئین و اسیدهای نوکلئیک درمی‌آید. حیوانات نیز با خوردن گیاهان، این مواد را تجزیه می‌کنند. وقتی حیوانات به‌تولید فضولات می‌پردازند یا زمانی که می‌میرند، این بقایا تجزیه می‌شود و باکتری‌ها از این مواد آلی استفاده می‌کنند. در نتیجه، نیتروژن موجود در این ترکیبات به آمونیوم تبدیل می‌شود (NH₄+). در یک محیط،‌ تبدیل مداوم مواد آلی به غیرآلی و برعکس، یکی از فرایندهای مهم در چرخه نیتروژن است.

۳- نیتروژن‌دارکردن

با این حال، استفاده از آمونیوم برای گیاهان دشوار است. بنابراین،‌ در طی فرایند «نیتروژن‌دارکردن»، آمونیوم دوباره توسط باکتری‌ها تجزیه می‌شود. در این مرحله، آمونیوم به نیترات در خاک تبدیل می‌شود و دوباره،‌ گیاهان نیترات را از خاک جذب می‌کنند و مراحل بعدی در چرخه غذایی ادامه می‌یابد. اگر نیتروژن خاک مصرف شود، گیاه از رشد باز می‌ماند. از آنجا که باکتری‌ها، بقایای گیاهان را به نیترات تبدیل می‌کنند، گیاهان قادر به جذب آن به‌عنوان غذا خواهند بود.

۴- نیتروژن‌زدایی توسط باکتری

نیتروژن باید دوباره به اتمسفر بازگردد، بنابراین با استفاده از نوع دیگری از باکتری، فرایند دیگری به‌ این منظور صورت می‌گیرد. در طی فرایند نیتروژن‌زدایی، نیترات دوباره به گاز نیتروژن تبدیل می‌شود. نیترات خاک را ترک می‌کند و به‌شکل نیتروژن به اتمسفر بازمی‌گردد. در حالت کلی، در طی فرایند نیترو‌ژن‌زدایی، نیترات (NO₃) خاک به نیتروژن (N₂) هوا تبدیل می‌شود.

نکات مهمی در رابطه با چرخه نیتروژن

تمامی چرخه‌ای که در آن نیتروژن به شکل‌های مختلف تبدیل می‌شود، ادامه دارد. وجود باکتری‌ها در هر یک از این مراحل، به‌اندازه خود فرایند، اهمیت دارد.

• در نیتروژن‌دارکردن، باکتری‌ها آمونیاک را به نیترات تبدیل می‌کنند.
• در نیتروژن‌زدایی، نیترات را به N₂ تبدیل می‌کنند.
• و در تثبیت نیتروژن، N₂ را به نیترات تبدیل می‌نمایند.

به‌کمک این سه فرایند اصلی، چرخه نیتروژن ادامه می‌یابد. نیتروژن نه‌تنها ماده‌ای مهم در ریشه گیاهان محسوب می‌شود، بلکه در چرخه غذایی نیز بسیار اهمیت دارد.