الكيمياء الحيويهالكمياء البيئيةالكيمياءالكيمياء العضويهالكيمياء غير العضويه

دورة النيتروجين: سر حياة الطبيعة وتوازن الكوكب

دورة النيتروجين هي عملية حيوية حاسمة في النظام البيئي، تساهم في دورة المغذيات والحفاظ على توازن النيتروجين في البيئة الطبيعية.

دورة النيتروجين: سر حياة الطبيعة وتوازن الكوكب

 النيتروجين هو العنصر الأكثر وفرة في الغلاف الجوي للأرض: حوالي 78٪ من الغلاف الجوي عبارة عن نيتروجين! النيتروجين مهم لجميع الكائنات الحية ، بما في ذلك الإنسان.

دورة النيتروجين هي عملية حيوية حاسمة في النظام البيئي، تساهم في دورة المغذيات والحفاظ على توازن النيتروجين في البيئة الطبيعية.

يعتبر النيتروجين أحد العناصر الرئيسية للحياة، حيث يلعب دورًا حاسمًا في تكوين البروتينات والأحماض النووية والأمينات. وتتأثر هذه الدورة بتداخل العوامل البيولوجية والكيميائية والفيزيائية في البيئة.

ما هي دورة النيتروجين؟

 هي عبارة عن دوران النيتروجين بين الجو والتربة والماء ونباتات الأرض وحيواناتها.

و بالتالي “دورة النيتروجين هي عملية بيوجيوكيميائية تحول النيتروجين الخامل الموجود في الغلاف الجوي إلى شكل أكثر قابلية للاستخدام للكائنات الحية.”

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.

 مراحل دورة النيتروجين

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.

يبدأ النيتروجين الجوي بتثبيته من قبل البكتيريا النيتروجينية المختصة في جذور البقوليات وبعض النباتات. يتم تحويل النيتروجين الجوي إلى أمونيا ومن ثم إلى أمونيوم الذي يكون متاحًا للاستخدام من قبل النباتات الأخرى. تساهم البقوليات في تحسين التربة وزيادة محتوى النيتروجين فيها عن طريق التثبيت البيولوجي للنيتروجين. هذه العملية تقلل من الحاجة إلى الأسمدة النيتروجينية الاصطناعية وتحافظ على التوازن البيئي

تساهم البقوليات في تحسين التربة وزيادة محتوى النيتروجين فيها عن طريق التثبيت البيولوجي للنيتروجين.
تساهم البقوليات في تحسين التربة وزيادة محتوى النيتروجين فيها عن طريق التثبيت البيولوجي للنيتروجين.

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.

يمكن أن يحدث تثبيت النيتروجين إما عن طريق التثبيت في الغلاف الجوي - والذي يتضمن البرق
يمكن أن يحدث تثبيت النيتروجين إما عن طريق التثبيت في الغلاف الجوي – والذي يتضمن البرق

المرحلة الثانية: النترجة :

تحدث أيضًا في التربة. أثناء النترجة ، يتم تحويل الأمونيا في التربة ، التي يتم إنتاجها  إلى مركبات تسمى

النتريت ، NO  ، و النترات ، NO . يمكن استخدام النترات من قبل النباتات والحيوانات التي تأكل النباتات.

يمكن لبعض البكتيريا الموجودة في التربة تحويل الأمونيا إلى نيتريت. على الرغم من أن النتريت لا تستخدمه النباتات والحيوانات بشكل مباشر ، إلا أن البكتيريا الأخرى يمكنها تحويل النتريت إلى نترات – وهو شكل يمكن استخدامه من قبل النباتات والحيوانات. تكتسب هذه البكتيريا الطاقة من خلال هذه التحويلات.

يوفر هذا التفاعل الطاقة للبكتيريا المنخرطة في هذه العملية. تسمى البكتيريا التي نتحدث عنها nitrosomonas و  Nitrobacter.

تعتبر عملية النترجة مهمة للنباتات ، حيث إنها تنتج مخزونًا إضافيًا من النيتروجين المتاح الذي يمكن أن تمتصه النباتات من خلال أنظمة الجذر الخاصة بها.

تعريف النترجة  Nitrification: هي عملية أكسدة الأمونيا NH3وتحويلها إلى نترات (NO3) عن طريق نوع من البكتيريا. وهذا التفاعل يتم على مرحلتين: في العملية الأولى يتأكسد الأمونيا إلى نتريت، ثم يتأكسد النتريت الناتج إلى نترات. وكلا العمليتان تمد البكتيريا القائمة بتلك العمليتين بالطاقة للنمو والقيام بوظائفها الحيوية الأخرى.

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.

الأسمدة النيتروجينيةوهي التي تحتوي على النيتروجين في صورة امونيا أو نترات أو أميدية أو مجموع هذه الصور معاً
الأسمدة النيتروجينية
وهي التي تحتوي على النيتروجين في صورة امونيا أو نترات أو أميدية أو مجموع هذه الصور معاً

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 .

ملحوظة: بعد استخدام النيتروجين في الكائنات الحية، يتم إعادة إطلاقه في البيئة عن طريق العمليات البيولوجية الأخرى. عندما يموت الكائن الحي أو يتم هضمه من قبل الكائنات المستهلكة، يتم إفراز النيتروجين في شكل أمونيوم. يتحول الأمونيوم فيما بعد إلى نترات (NO3-) عن طريق العمليات الأيضية المختلفة.

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.

إن فهم دورة النيتروجين وأهميتها يساعدنا على الحفاظ على صحة البيئة واستدامة الحياة على كوكب الأرض. يجب علينا السعي لتحسين إدارة استخدام النيتروجين في الزراعة والتقليل من التلوث النيتروجيني وتعزيز التوعية بأهمية المحافظة على توازن النيتروجين في البيئة.

في النهاية، تعتبر دورة النيتروجين عملية معقدة وحيوية تساهم في دعم حياة الكائنات والحفاظ على البيئة الصحية. إن التعاون بين البشر والطبيعة للحفاظ على توازن النيتروجين يمكن أن يضمن لنا مستقبلًا أكثر استدامة وازدهارًا لجميع أشكال الحياة على كوكبنا.

 

المراجع :

1- موقع www.byjus.com أطلعت عليه بتاريخ 14/7/2023.

2- موقع www.kids.frontiersin.org أطلعت عليه بتاريخ 14/7/2023.

3- موقع www.toppr.com أطلعت عليه بتاريخ 21/7/2023.

4- موقع www.britannica.com أطلعت عليه بتاريخ 21/7/2023

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

مقالات ذات صلة

زر الذهاب إلى الأعلى