کتاب بهرام

چرخه نیتروژن (Nitrogen Cycle) یک فرآیند بیولوژیکی و شیمیایی است که نیتروژن را در محیط زیست به صورت متناوب و در قالب ترکیبات مختلف بین خاک، هوا و موجودات زنده جابه‌جا می‌کند. نیتروژن یکی از اجزای اساسی برای ساخت پروتئین‌ها و اسیدهای نوکلئیک (DNA و RNA) است، بنابراین این چرخه برای حیات روی کره زمین اهمیت بسیاری دارد. این چرخه شامل چندین مرحله است که در ادامه به توضیح آن‌ها پرداخته می‌شود:

1. جذب نیتروژن توسط گیاهان (Fixation)

• نیتروژن موجود در جو (N₂) به شکل گازی است و بیشتر موجودات زنده نمی‌توانند به طور مستقیم از آن استفاده کنند.
• نیتروژن‌زدایی بیولوژیکی (Biological Nitrogen Fixation): برخی از باکتری‌ها، مانند باکتری‌های ریزوبیوم (Rhizobium) که در ریشه گیاهان لگوم مانند نخود و لوبیا زندگی می‌کنند، قادرند نیتروژن را از جو جذب کرده و آن را به ترکیبات قابل استفاده برای گیاهان، مانند آمونیاک (NH₃)، تبدیل کنند.
• نیتروژن‌زدایی غیر بیولوژیکی: این فرآیند از طریق رعد و برق یا فعالیت‌های انسانی مانند تولید کودهای شیمیایی نیز صورت می‌گیرد.

2. نیتروژن‌زدایی (Nitrification)

• این فرآیند توسط باکتری‌های خاص انجام می‌شود که آمونیاک (NH₃) یا آمونیوم (NH₄⁺) را به نیتریت (NO₂⁻) و سپس به نترات (NO₃⁻) تبدیل می‌کنند.
• گام اول نیتروژن‌زدایی: باکتری‌های نیتریفی‌کننده آمونیاک (مثل Nitrosomonas) آمونیوم را به نیتریت تبدیل می‌کنند.
• گام دوم نیتروژن‌زدایی: سپس باکتری‌های نیتریفی‌کننده نیتریت (مثل Nitrobacter) نیتریت را به نترات تبدیل می‌کنند.

3. جذب نیتروژن توسط گیاهان

• گیاهان نیتریت‌ها و نترات‌ها را از خاک جذب کرده و از آن‌ها برای ساخت پروتئین‌ها و دیگر ترکیبات آلی استفاده می‌کنند.

4. دستگاه گوارش و تغذیه موجودات زنده

• هنگامی که گیاهان توسط حیوانات مصرف می‌شوند، نیتروژن به شکل پروتئین‌ها و دیگر ترکیبات آلی وارد بدن موجودات زنده می‌شود.
• این ترکیبات سپس در فرآیندهای متابولیکی تجزیه می‌شوند و نیتروژن دوباره به خاک باز می‌گردد.

5. نیتروژن‌زدایی (Denitrification)

• در این فرآیند، باکتری‌ها نیتروژن موجود در خاک را به شکل گاز نیتروژن (N₂) به جو باز می‌گردانند. این گاز نیتروژن دوباره به جو وارد می‌شود و به چرخه باز می‌گردد.
• باکتری‌های دنیترین‌کننده (مانند باکتری‌های جنس Pseudomonas و Bacillus) این فرآیند را در شرایط کم‌اکسیژن انجام می‌دهند.

6. ترکیب نیتروژن با ترکیبات آلی

• در نهایت، نیتروژن در خاک به شکل ترکیبات آلی در می‌آید که توسط موجودات زنده تجزیه می‌شود و دوباره به اشکال قابل استفاده برای گیاهان تبدیل می‌شود.

7. آلودگی نیتروژنی

• در دنیای مدرن، استفاده بیش از حد از کودهای شیمیایی نیتروژن‌دار و آلاینده‌ها در کشاورزی می‌تواند منجر به افزایش نیتروژن در خاک و آب‌ها شود. این افزایش نیتروژن می‌تواند مشکلاتی همچون آلودگی منابع آب، رشد بیش از حد جلبک‌ها، و تغییرات در اکوسیستم‌های آبی ایجاد کند.

جمع‌بندی

چرخه نیتروژن فرآیند پیچیده‌ای است که شامل تبدیل‌های متعدد نیتروژن از گاز نیتروژن به آمونیوم، نیتریت، نترات، و برعکس می‌باشد. این فرآیندها تحت تأثیر باکتری‌ها، گیاهان، حیوانات و عوامل غیر زیستی قرار دارند. نیتروژن در این چرخه به عنوان یک منبع حیاتی برای ساخت پروتئین‌ها و DNA عمل می‌کند و به حفظ تعادل اکولوژیکی کمک می‌کند.