دورة النيتروجين هي عملية بيوجيوكيميائية يتم من خلالها تحويل النيتروجين إلى أشكال عديدة ، ويمر على التوالي من الغلاف الجوي إلى التربة إلى الكائن الحي ويعود إلى الغلاف الجوي.

يوجد غاز النيتروجين في كل من الأشكال العضوية وغير العضوية. يوجد النيتروجين العضوي في الكائنات الحية ، ويتم تمريرها عبر السلسلة الغذائية عن طريق استهلاك الكائنات الحية الأخرى.

توجد أشكال غير عضوية من النيتروجين بكثرة في الغلاف الجوي. يتم توفير هذا النيتروجين للنباتات بواسطة بكتيريا تكافلية يمكنها تحويل النيتروجين الخامل إلى شكل قابل للاستخدام – مثل النيتريت و النترات.

يخضع النيتروجين لأنواع مختلفة من التحول للحفاظ على التوازن في النظام البيئي. علاوة على ذلك ، تمتد هذه العملية إلى المناطق الأحيائية المختلفة ، حيث تعد دورة النيتروجين البحرية واحدة من أكثر الدورات البيوجيوكيميائية تعقيدًا.

تتكون دورة النيتروجين من عدة مراحل ينتقل فيها النيتروجين بين العناصر الحية والعناصر غير الحية في البيئة. وفيما يلي سنستعرض المراحل الرئيسية لدورة النيتروجين:

المرحلة الأولى: تثبيت النيتروجين الجوي :

إنها الخطوة الأولى في دورة النيتروجين. هنا ، يتم تحويل النيتروجين الجوي (N ₂) المتوفر بشكل أساسي في صورة خاملة إلى الشكل القابل للاستخدام – الأمونيا (NH ₃).

حيث يكون النيتروجين الجوي (N2) المتاح في الغلاف الجوي غير قابل للامتصاص والاستفادة مباشرة من قبل الكائنات الحية. يتم تثبيت النيتروجين الجوي عن طريق عملية تسمى التثبيت البيولوجي للنيتروجين، والتي تتم بواسطة بعض البكتيريا .

أثناء عملية تثبيت النيتروجين ، يترسب الشكل الخامل من غاز النيتروجين في التربة من الغلاف الجوي والمياه السطحية ، بشكل رئيسي من خلال هطول الأمطار ، و تكتمل عملية تثبيت النيتروجين بأكملها بواسطة بكتيريا تكافلية ، تُعرف باسم Diazotrophs.

تلعب أيضًا Azotobacterو Rhizobium دورًا رئيسيًا في هذه العملية.  هذه البكتيريا لديها القدرة على الجمع بين النيتروجين الغازي والهيدروجين لتكوين الأمونيا.

يمكن أن يحدث تثبيت النيتروجين إما عن طريق التثبيت في الغلاف الجوي – والذي يتضمن البرق ، أو التثبيت الصناعي عن طريق تصنيع الأمونيا تحت ظروف ضغط ودرجة حرارة عالية.

يمكن أيضًا إصلاح ذلك من خلال العمليات التي من صنع الإنسان ، وخاصة العمليات الصناعية التي تنتج الأمونيا والأسمدة الغنية بالنيتروجين.

المرحلة الثانية: النترجة :

المرحلة الثالثة: الاستيعاب:

بمجرد تثبيت النيتروجين في التربة ، يمكن للنباتات امتصاص النيتروجين من خلال جذورها. تُعرف عملية الامتصاص هذه باسم الاستيعاب .

ملحوظة: يتم امتصاص الأمونيوم من قبل النباتات والكائنات الحية الأخرى(هذه الحيوانات تتغذى على النباتات أو حيوانات أخرى تغذت على النباتات) ، ويستخدم لبناء البروتينات والحمض النووي والأمينات الأخرى.

تحتاج النباتات إلى النيتروجين لنموها وتطورها، وعندما يتناقص محتوى النيتروجين في التربة، فإن ذلك يؤثر سلبًا على نمو النباتات وصحتها.

المرحلة الرابعة: توليد الامونيوم :

هذه عملية أخرى يمكن من خلالها إنتاج الأمونيا. حيث يتم تكسير البقايا العضوية للنباتات والحيوانات في التربة بواسطة بعض البكتيريا لإطلاق الأمونيا في التربة. تستخدم هذه الكائنات الحية الدقيقة هذه المواد الميتة والمخلفات كغذاء وتطلق الأمونيا في التربة.

الشكل الأول من النيتروجين الناتج  هو الأمونيا ، NH ₃. ثم يتفاعل NH3 في التربة مع الماء لتكوين الأمونيوم. يتم الاحتفاظ بهذا الأمونيوم في التربة وهو متاح للاستخدام من قبل النباتات التي لا تحصل على النيتروجين من خلال علاقة تثبيت النيتروجين التكافلية .

المرحلة الخامسة: تحرير النيتروجين:

هو عكس النترجة الذي يحدث في الطبقات العميقة من التربة حيث تحول البكتيريا النترات NO3- إلى N2 ومركبات غازية أخرى مثل NO2 .

يحدث هذا لأنه في الطبقات العميقة من التربة ، لا يتوفر الأكسجين وتستخدم بكتيريا التربة مركبات النيتروجين هذه بدلاً من الأكسجين.

وبالتالى يعود النيتروجين إلى الهواء حيث يتم تحويل النترات المتاحة في التربة إلى نيتروجين في الغلاف الجوي (N ₂ )  مرة أخرى بواسطة البكتيريا من خلال العملية التي نسميها تحرير النتروجين، وهذا يكمل الدورة بالعودة إلى المرحلة الأولى.

ما هي أهمية دورة النيتروجين؟

1- تساعد دورة النيتروجين على جلب النيتروجين الخامل من الهواء إلى العملية الكيميائية الحيوية في النباتات ثم الحيوانات.

2- تحتاج النباتات إلى النيتروجين لتصنيع الكلوروفيل ، وبالتالي فإن دورة النيتروجين ضرورية للغاية بالنسبة لهم.
3- أثناء عملية التحلل ، تساعد البكتيريا في تحلل المواد الحيوانية والنباتية المتحللة. هذا يساعد في تنظيف البيئة بشكل طبيعي.
4-بسبب دورة النيتروجين ، يتم إطلاق النترات و النتريت في التربة مما يساعد في إثراء التربة بالمغذيات اللازمة للزراعة.
5- نظرًا لأن النباتات تستخدم النيتروجين في عملياتها الكيميائية الحيوية ، تحصل الحيوانات على مركبات النيتروجين والنيتروجين من النباتات. النيتروجين ضروري لأنه جزء لا يتجزأ من تكوين الخلية.

و بالتالي بسبب دورة النيتروجين ، تستطيع الحيوانات أيضًا الاستفادة من النيتروجين الموجود في الهواء.