Di antara kitaran biogeokimia, nitrogen adalah yang paling banyak dikaji. Periksa ringkasan dan ketahui kepentingannya
Nitrogen adalah unsur kimia penting untuk kewujudan kehidupan di Bumi, kerana merupakan komponen semua asid amino dalam badan kita, selain basa nitrogen (yang membentuk molekul DNA dan RNA). Kira-kira 78% udara yang kita hirup terdiri daripada nitrogen dari atmosfer (N 2), yang merupakan takungan terbesarnya. Salah satu sebabnya ialah N2 adalah bentuk nitrogen lengai, iaitu gas yang, dalam situasi biasa, tidak reaktif. Oleh itu, ia telah terkumpul di atmosfer sejak pembentukan planet ini. Walaupun begitu, hanya sedikit makhluk hidup yang mampu menyerapnya dalam bentuk molekulnya (N 2). Ternyata nitrogen, seperti besi dan sulfur, berpartisipasi dalam kitaran semula jadi di mana struktur kimianya mengalami transformasi di setiap tahap,berfungsi sebagai asas untuk tindak balas lain dan dengan demikian menjadi tersedia bagi organisma lain - inilah pentingnya kitaran nitrogen (atau "kitaran nitrogen").
Agar N 2 atmosfera mencapai tanah, memasuki ekosistem, ia mesti melalui proses yang disebut fiksasi, yang dilakukan oleh sekumpulan kecil bakteria nitrifikasi, yang menghilangkan nitrogen dalam bentuk N 2 dan memasukkannya ke dalam molekul organik mereka. Apabila fiksasi dilakukan oleh organisma hidup, seperti bakteria, ia disebut fiksasi biologi, atau biofiksasi. Pada masa ini, mungkin juga menggunakan baja komersial untuk fiksasi nitrogen, yang mencirikan fiksasi industri, kaedah yang banyak digunakan dalam pertanian. Di samping itu, terdapat juga fiksasi fizikal, yang dilakukan oleh kilat dan percikan elektrik, di mana nitrogen dioksidakan dan dibawa ke tanah melalui hujan, tetapi kaedah seperti ini mempunyai kapasiti pengurangan nitrogen yang berkurang,yang tidak mencukupi untuk organisma dan kehidupan di Bumi untuk mengekalkan diri mereka sendiri.
Apabila bakteria membetulkan N 2, mereka melepaskan amonia (NH 3). Amonia, ketika bersentuhan dengan molekul air tanah, membentuk amonium hidroksida yang, ketika diionisasi, menghasilkan amonium (NH 4), dalam proses yang merupakan sebahagian daripada kitar nitrogen dan disebut ammonifikasi. Di alam, ada keseimbangan antara amonia dan amonium, yang diatur oleh pH. Di lingkungan di mana pH lebih banyak asam, pembentukan NH4 mendominasi, dan di lingkungan yang lebih asas, proses yang paling umum adalah pembentukan NH 3. Amonium ini cenderung diserap dan digunakan terutamanya oleh tumbuhan yang mempunyai bakteria yang berkaitan dengan akarnya (bacteriorrizas). Apabila dihasilkan oleh bakteria hidup bebas, amonium ini cenderung tersedia di dalam tanah untuk digunakan oleh bakteria lain (nitrobacteria).
Nitrobacteria adalah chemosynthesizers, iaitu, mereka adalah makhluk autotrofik (yang menghasilkan makanan mereka sendiri), yang mengeluarkan tenaga yang diperlukan untuk kelangsungan hidup mereka dari reaksi kimia. Untuk mendapatkan tenaga ini, mereka cenderung mengoksidakan ammonium, mengubahnya menjadi nitrit (NO 2 -), dan kemudian pada nitrat (NO 3 -). Proses kitaran nitrogen ini disebut nitrifikasi.
Nitrat tetap bebas di dalam tanah, dan tidak cenderung terkumpul di lingkungan yang utuh secara semula jadi, sehingga dapat menempuh tiga jalur yang berbeda: diserap oleh tanaman, dinitrifikasi, atau sampai ke perairan. Kedua-dua denitrifikasi dan aliran nitrat ke badan air mempunyai kesan negatif terhadap alam sekitar.
Kesan terhadap alam sekitar
Denitrifikasi (atau denitrifikasi) adalah proses yang dilakukan oleh bakteria yang disebut denitrifiers, yang mengubah nitrat menjadi N 2 lagi, melakukan pengembalian nitrogen ke atmosfera. Selain N 2, gas lain yang dapat dihasilkan adalah nitrik oksida (NO), yang bergabung dengan oksigen atmosfera, memihak kepada pembentukan hujan asid, dan nitrat oksida (N 2 O), yang merupakan gas penyebab penting kesan rumah hijau, yang memburukkan lagi pemanasan global.
Jalan ketiga, di mana nitrat mencapai badan air, menyebabkan masalah persekitaran yang disebut eutrofikasi. Proses ini dicirikan oleh peningkatan kepekatan nutrien (terutamanya sebatian nitrogen dan fosfor) di perairan tasik atau empangan. Lebihan nutrien ini mendorong penggandaan alga yang dipercepat, yang akhirnya menghalangi perjalanan cahaya, tidak mengimbangi persekitaran air. Cara lain untuk menyediakan lebihan nutrien di persekitaran akuatik adalah dengan membuang kumbahan ke dalamnya tanpa rawatan yang tepat.
Isu lain yang perlu dipertimbangkan adalah hakikat bahawa nitrogen juga berbahaya bagi tanaman apabila terdapat dalam jumlah yang melebihi kemampuan asimilasinya. Oleh itu, kelebihan nitrogen yang tetap di dalam tanah dapat mengehadkan pertumbuhan tanaman, membahayakan tanaman. Oleh itu, nisbah karbon / nitrogen juga mesti dipertimbangkan dalam proses pengkomposan, supaya metabolisme koloni mikroorganisma yang terlibat dalam proses penguraian sentiasa aktif.
Penyerapan nitrogen oleh manusia
Manusia dan haiwan lain mendapat akses kepada nitrat dari pengambilan tumbuhan yang telah menyerap zat tersebut atau, menurut rantai makanan, dari pengambilan haiwan lain yang memakan tumbuhan ini. Nitrat ini kembali ke kitaran setelah kematian beberapa organisma (bahan organik) atau melalui perkumuhan (urea atau asid urik, pada kebanyakan haiwan darat dan amonia, dalam kotoran ikan) yang mengandungi sebatian nitrogen. Oleh itu, bakteria pengurai akan bertindak pada bahan organik yang melepaskan ammonia. Amonia juga dapat diubah menjadi nitrit dan nitrat oleh nitrobakteria yang sama yang mengubah ammonium, berintegrasi dengan kitaran.
Alternatif untuk baja
Seperti yang telah kita lihat, fiksasi nitrogen di dalam tanah dapat menghasilkan kesan positif, tetapi prosesnya terjadi secara berlebihan, dapat menghasilkan akibat negatif bagi lingkungan. Gangguan kemanusiaan dalam kitaran nitrogen berlaku melalui fiksasi industri (melalui penggunaan baja), yang meningkatkan kepekatan nitrogen menjadi tetap, menyebabkan masalah seperti yang disebutkan di atas.
Alternatif untuk penggunaan baja adalah penggiliran tanaman, kultur bergantian tanaman penetapan nitrogen dan tanaman tidak terpaku. Tumbuhan penetapan nitrogen adalah tanaman yang mempunyai bakteria dan organisma penetapan lain yang berkaitan dengan akarnya, seperti yang terjadi pada tanaman legum (seperti kacang dan kacang soya). Putarannya akan lebih baik menentukan nitrogen dalam jumlah yang lebih selamat daripada penggunaan baja, menyediakan nutrien yang sesuai dengan kapasiti asimilasi tanaman, memihak kepada perkembangannya dan mengurangkan kadar nutrien yang sampai ke badan air. Proses serupa yang disebut "pupuk hijau" juga dapat digunakan untuk mengganti baja.
Proses ini terdiri daripada penanaman tanaman pengikat nitrogen dan menyikatnya sebelum mereka menghasilkan biji, membiarkannya di tempat sebagai mulsa, sehingga kultur spesies lain kemudian dapat dibuat. Di bawah ini kita dapat melihat gambar yang membawa kita ringkasan dari apa yang dilihat sepanjang artikel:
ANAMMOX
Akronim dalam bahasa Inggeris (bermaksud pengoksidaan anaerobik terhadap amonia) menamakan proses biologi yang inovatif untuk menghilangkan ammonia dari air dan gas.
Ini terdiri daripada jalan pintas, kerana amonia tidak perlu dinitrifkan menjadi nitrit dan nitrat agar dapat dinitrifikasi kembali ke bentuk N 2. Dengan proses ANAMMOX, amonia akan langsung ditukar menjadi gas nitrogen (N 2). Stesen berskala besar pertama dipasang pada tahun 2002 di Belanda, dan pada tahun 2012, sudah ada 11 kemudahan yang beroperasi.
Berkesan dan berkesinambungan, proses ANAMMOX dapat digunakan untuk menghilangkan ammonia dari efluen dalam kepekatan yang melebihi 100 mg / l. Di dalam reaktor, bakteria nitrifikasi dan ANAMMOX wujud bersama, di mana bekas mengubah kira-kira separuh daripada amonia menjadi nitrida (sebatian kimia yang mempunyai nitrogen dalam komposisi mereka), dan bakteria ANAMMOX bertindak dengan mengubah nitrida dan ammonia menjadi gas nitrogen.
Pengoksidaan anaerobik terhadap amonia terbukti menjanjikan, dan sudah dapat ditemukan dalam proses perindustrian seperti rawatan air sisa, sisa pepejal organik, dalam industri makanan, baja, antara lain.
