Chu trình nitơ là một chu trình sinh địa hóa mà qua đó nitơ được chuyển đổi thành các dạng hóa học khác nhau khi nó lưu thông giữa các hệ sinh thái khí quyển, trên cạn và dưới biển. Chuyển đổi nitơ có thể được tiến hành thông qua các quá trình sinh học hoặc vật lý.
Các quá trình quan trọng trong chu trình nitơ bao gồm nitrat hóa, khử nitrat, cố định và amon hóa. Phần lớn bầu khí quyển của trái đất là nitơ. Nó chiếm 78% làm cho nó trở thành nguồn nitơ hàng đầu. Tuy nhiên, nitơ trong khí quyển có sẵn hạn chế cho sử dụng sinh học. Điều này dẫn đến sự khan hiếm nitơ có thể sử dụng được trong nhiều loại hệ sinh thái.
Chu trình nitơ rất được các nhà sinh thái học quan tâm vì sự sẵn có của nitơ có thể ảnh hưởng đến tốc độ của các quá trình hệ sinh thái quan trọng như phân hủy và sản xuất sơ cấp. Các hoạt động của con người như đốt nhiên liệu hóa thạch, sử dụng phân bón nitơ nhân tạo và thải nitơ vào nước thải đã làm thay đổi đáng kể chu trình nitơ toàn cầu. Sự thay đổi của con người đối với chu trình nitơ toàn cầu có thể ảnh hưởng tiêu cực đến hệ thống môi trường tự nhiên và cả sức khỏe con người.
QUÁ TRÌNH CHU TRÌNH NITƠ
Nitơ có sẵn trong môi trường ở các dạng hóa học khác nhau như nitơ hữu cơ, nitrit (NO - 2 ), amoni (NH 4 + ), nitơ oxit (N 2 O), nitrat (NO 3 ), khí nitơ vô cơ (N 2 ) hoặc oxit nitric (NO).
Nitơ hữu cơ có thể ở dạng mùn, dạng sinh vật sống hoặc các sản phẩm trung gian của quá trình phân hủy chất hữu cơ. Các quá trình chu trình nitơ là chuyển đổi nitơ từ dạng này sang dạng khác. Nhiều quá trình trong số này được thực hiện bởi vi khuẩn, trong nỗ lực tích lũy nitơ hoặc thu hoạch năng lượng. Ví dụ, chất thải nitơ trong nước tiểu của động vật được vi khuẩn nitrat hóa trong đất phân hủy để cây sử dụng.
CỐ ĐỊNH ĐẠM
Việc chuyển đổi khí nitơ thành nitrit và nitrat thông qua các quá trình công nghiệp, sinh học và khí quyển được gọi là quá trình cố định nitơ. Nitơ trong khí quyển phải được (cố định) hoặc xử lý thành các dạng có thể sử dụng được để thực vật hấp thụ. Việc cố định có thể được thực hiện bằng sét đánh nhưng hầu hết được thực hiện bởi vi khuẩn sống tự do hoặc cộng sinh có tên là diazotrophs. Hầu hết quá trình cố định đạm sinh học diễn ra nhờ hoạt động của Mo-nitrogenase được tìm thấy ở nhiều loại vi khuẩn và ở một số Archaea. Một ví dụ về vi khuẩn sống tự do là Azotobacter. Vi khuẩn cố định đạm cộng sinh như Rhizobium thường sống trong các nốt sần ở rễ cây họ đậu như đậu Hà Lan và cỏ linh lăng. Sau đó, chúng hình thành mối quan hệ tương hỗ với thực vật, tạo ra amoniac để đổi lấy carbohydrate.
ĐỒNG HÓA
Thực vật có thể hấp thụ amoni hoặc nitrat từ đất thông qua lông rễ của chúng. Trong trường hợp nitrat được hấp thụ, đầu tiên nó bị khử thành ion nitrit và sau đó là ion amoni để kết hợp với chất diệp lục, axit amin và axit nucleic.
ĐẠM HÓA
Khi động vật hoặc thực vật chết hoặc động vật bài tiết chất thải, dạng nitơ ban đầu là hữu cơ. Nấm hoặc vi khuẩn chuyển đổi nitơ hữu cơ trong phần còn lại thành amoni (NH 4 + ), một quá trình được gọi là khoáng hóa hoặc amoni hóa. Một số enzym tham gia bao gồm Gln synthetase và Glu dehydrogenase.
NITƠ HÓA
Việc chuyển đổi amoni thành nitrat được thực hiện bởi vi khuẩn sống trong đất và các vi khuẩn nitrat hóa khác. Các vi khuẩn như loài Nitrosomonas thực hiện giai đoạn đầu tiên của quá trình nitrat hóa, quá trình oxy hóa amoni. Điều này chuyển đổi amoniac thành nitrit. Các loài vi khuẩn khác như Nitrobacter thực hiện quá trình oxy hóa nitrit (NO 2 ) thành nitrat (NO - 3 ).
KHỬ KHUẨN
Khử nitrat đề cập đến việc khử nitrat trở lại thành khí nitơ. Điều này hoàn thành chu trình nitơ. Quá trình này được thực hiện bởi các loài vi khuẩn như Paracoccus và Pseudomonas trong điều kiện kỵ khí.
QUY TRÌNH KHÁC
Mặc dù quá trình cố định đạm là nguồn cung cấp nitơ thực vật chính trong hầu hết các hệ sinh thái, nhưng ở những khu vực có nền đá giàu nitơ, sự phân hủy của loại đá này cũng đóng vai trò là nguồn nitơ.
