دورة النيتروجين هي دورة بيوجيوكيميائية يتم من خلالها تحويل النيتروجين إلى أشكال كيميائية مختلفة حيث يدور بين الغلاف الجوي والأنظمة البيئية الأرضية والبحرية. يمكن إجراء تحويل النيتروجين من خلال عمليات بيولوجية أو فيزيائية.
تشمل العمليات المهمة في دورة النيتروجين النترجة ونزع النتروجين والتثبيت والتحليل. غالبية الغلاف الجوي للأرض عبارة عن نيتروجين. يمثل 78 ٪ مما يجعله المصدر الرئيسي للنيتروجين. ومع ذلك ، فإن توافر النيتروجين في الغلاف الجوي محدود للاستخدام البيولوجي. هذا يؤدي إلى ندرة النيتروجين القابل للاستخدام في العديد من أنواع النظم البيئية.
تعتبر دورة النيتروجين ذات أهمية كبيرة لعلماء البيئة لأن توفر النيتروجين قد يؤثر على معدل عمليات النظام البيئي الهامة مثل التحلل والإنتاج الأولي. أدت الأنشطة البشرية مثل احتراق الوقود الأحفوري واستخدام الأسمدة النيتروجينية الاصطناعية وإطلاق النيتروجين في مياه الصرف إلى تغيير دورة النيتروجين العالمية بشكل كبير. يمكن أن يؤثر التغيير البشري لدورة النيتروجين العالمية سلبًا على نظام البيئة الطبيعية وكذلك على صحة الإنسان.
عمليات دورة النيتروجين
يتوفر النيتروجين في البيئة بأشكال كيميائية مختلفة مثل النيتروجين العضوي والنتريت (NO - 2 ) والأمونيوم (NH 4 + ) وأكسيد النيتروز (N 2 O) والنترات (NO 3 ) وغاز النيتروجين غير العضوي (N 2 ) أو أكسيد النيتريك (NO).
يمكن أن يكون النيتروجين العضوي في شكل دبال ، أو كائن حي ، أو نواتج وسيطة لتحلل المواد العضوية. عمليات دورة النيتروجين هي تحويل النيتروجين من شكل إلى آخر. يتم تنفيذ العديد من هذه العمليات بواسطة الميكروبات ، في جهودها لتجميع النيتروجين أو حصاد الطاقة. على سبيل المثال ، يتم تكسير النفايات النيتروجينية في بول الحيوانات عن طريق البكتيريا الآزوتية في التربة لتستخدمها النباتات.
تثبيت النيتروجين
يُعرف تحويل غاز النيتروجين إلى نيتريت ونترات عبر العمليات الصناعية والبيولوجية والجوية باسم تثبيت النيتروجين. يجب أن يكون نيتروجين الغلاف الجوي (ثابتًا) أو معالجته في أشكال قابلة للاستخدام حتى يتم تناوله بواسطة النباتات. يمكن أن يتم التثبيت عن طريق الصواعق ولكن معظمها يتم بواسطة بكتيريا تعيش بحرية أو تكافلية تسمى ديازوتروف. يحدث معظم التثبيت البيولوجي للنيتروجين عن طريق نشاط Mo-nitrogenase الموجود في مجموعة متنوعة من البكتيريا وفي بعض العتائق. مثال على البكتيريا التي تعيش بحرية هو Azotobacter. عادة ما تعيش البكتيريا التكافلية المثبتة للنيتروجين مثل Rhizobium في العقيدات الجذرية للبقوليات مثل البازلاء والبرسيم. ثم يشكلون علاقة متبادلة مع المصنع ، وينتجون الأمونيا مقابل الكربوهيدرات.
الاندماج
قد تمتص النباتات الأمونيوم أو النترات من التربة من خلال شعر الجذور. في الحالات التي يتم فيها امتصاص النترات ، يتم أولاً اختزاله إلى أيونات النتريت ثم أيونات الأمونيوم لإدماجها في الكلوروفيل والأحماض الأمينية والأحماض النووية.
التحلية
عندما يموت حيوان أو نبات أو يفرز حيوان فضلات ، يكون الشكل الأولي للنيتروجين عضويًا. تقوم الفطريات أو البكتيريا بتحويل النيتروجين العضوي الموجود في البقايا إلى أمونيوم (NH 4 + ) ، وهي عملية تعرف باسم التمعدن أو التمعدن. بعض الإنزيمات المعنية تشمل Gln synthetase و Glu dehydrogenase.
النترتة
يتم تحويل الأمونيوم إلى نترات عن طريق البكتيريا التي تعيش في التربة والبكتيريا الآزوتية الأخرى. تؤدي البكتيريا مثل أنواع النيتروسوموناس المرحلة الأولية من النترجة ، وهي أكسدة الأمونيوم. هذا يحول الأمونيا إلى نيتريت. تقوم الأنواع البكتيرية الأخرى مثل Nitrobacter بأكسدة النتريت (NO 2 ) إلى نترات (NO - 3 ).
نزع
يشير نزع النتروجين إلى اختزال النترات إلى غاز النيتروجين. هذا يكمل دورة النيتروجين. يتم إجراء هذه العملية بواسطة أنواع بكتيرية مثل Paracoccus و Pseudomonas في ظل ظروف لاهوائية.
عمليات أخرى
على الرغم من أن تثبيت النيتروجين هو المصدر الأساسي للنيتروجين المتوفر في النباتات في معظم النظم البيئية ، في المناطق التي تحتوي على أساس صخري غني بالنيتروجين ، فإن تكسير هذه الصخور يعمل أيضًا كمصدر للنيتروجين.
