नाइट्रोजन चक्र विशेषताओं, जलाशयों, चरणों, महत्व



नाइट्रोजन चक्र यह वायुमंडल और जीवमंडल के बीच नाइट्रोजन के आवागमन की प्रक्रिया है। यह सबसे अधिक प्रासंगिक जैव-रासायनिक चक्रों में से एक है। नाइट्रोजन (एन) एक महत्वपूर्ण महत्व है, क्योंकि इसके विकास के लिए सभी जीवों की आवश्यकता होती है। यह न्यूक्लिक एसिड (डीएनए और आरएनए) और प्रोटीन की रासायनिक संरचना का हिस्सा है.

ग्रह पर नाइट्रोजन की सबसे बड़ी मात्रा वायुमंडल में है। वायुमंडलीय नाइट्रोजन (N)2) का उपयोग ज्यादातर जीवित प्राणियों द्वारा सीधे नहीं किया जा सकता है। बैक्टीरिया इसे ठीक करने में सक्षम हैं और इसे मिट्टी या पानी में उन तरीकों से शामिल करते हैं जिनका उपयोग अन्य जीवों द्वारा किया जा सकता है.

इसके बाद, नाइट्रोजन को ऑटोट्रॉफिक जीवों द्वारा आत्मसात किया जाता है। अधिकांश हेटरोट्रॉफ़िक जीव इसे खिलाकर प्राप्त करते हैं। फिर वे मूत्र (स्तनधारियों) या मलमूत्र (पक्षियों) के रूप में अधिकता को छोड़ते हैं.

प्रक्रिया के एक अन्य चरण में बैक्टीरिया होते हैं जो अमोनिया के नाइट्राइट और नाइट्रेट्स में परिवर्तित होते हैं जो मिट्टी में शामिल होते हैं। और चक्र के अंत में, सूक्ष्मजीवों का एक अन्य समूह श्वसन में नाइट्रोजन यौगिकों में उपलब्ध ऑक्सीजन का उपयोग करता है। इस प्रक्रिया में वे नाइट्रोजन को वापस वायुमंडल में छोड़ देते हैं.

वर्तमान में, कृषि में नाइट्रोजन की सबसे बड़ी मात्रा का उपयोग मनुष्यों द्वारा किया जाता है। इससे इस तत्व की अधिकता मिट्टी और जल स्रोतों में हो गई है, जिससे इस जैव रासायनिक चक्र में असंतुलन पैदा हो गया है.

सूची

  • 1 सामान्य विशेषताएं
    • 1.1 उत्पत्ति
    • 1.2 रासायनिक रूप 
    • १.३ इतिहास
    • जीवों के लिए 1.4 आवश्यकताएँ
  • 2 घटक
    • 2.1 -Reservorios
    • 2.2 -माइक्रोऑर्गेनिज्म में भाग लेना
  • 3 चरणों
    • 3.1 निर्धारण
    • ३.२ अस्मिता
    • ३.३ संशोधन
    • ३.४ नाइट्रिफिकेशन
    • 3.5 निस्तारण
  • 4 महत्व
  • 5 नाइट्रोजन चक्र का परिवर्तन
  • 6 संदर्भ

सामान्य विशेषताएं

स्रोत

यह माना जाता है कि न्यूक्लियोसिंथेसिस (नए परमाणु नाभिक का निर्माण) द्वारा नाइट्रोजन का जन्म हुआ। बड़े हीलियम द्रव्यमान वाले तारे नाइट्रोजन के निर्माण के लिए आवश्यक दबाव और तापमान तक पहुँच गए.

जब पृथ्वी की उत्पत्ति हुई, तो नाइट्रोजन ठोस अवस्था में थी। फिर, ज्वालामुखी गतिविधि के साथ यह तत्व गैसीय अवस्था में चला गया और इसे ग्रह के वायुमंडल में शामिल किया गया.

नाइट्रोजन एन के रूप में था2. संभवतः जीवित प्राणियों द्वारा प्रयुक्त रासायनिक रूप (अमोनिया एनएच)3) समुद्र और ज्वालामुखियों के बीच नाइट्रोजन चक्रों द्वारा दिखाई दिया। इस तरह एन.एच.3 वायुमंडल में शामिल किया जाएगा और अन्य तत्वों के साथ कार्बनिक अणुओं को जन्म दिया.

रासायनिक रूप

नाइट्रोजन विभिन्न रासायनिक रूपों में होता है, इस तत्व के विभिन्न ऑक्सीकरण राज्यों (इलेक्ट्रॉनों की हानि) को संदर्भित किया जाता है। ये विभिन्न रूप उनकी विशेषताओं और उनके व्यवहार दोनों में भिन्न होते हैं। नाइट्रोजन गैस (एन2) जंग नहीं है.

ऑक्सीकृत रूपों को कार्बनिक और अकार्बनिक के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। कार्बनिक रूप मुख्य रूप से अमीनो एसिड और प्रोटीन में मौजूद होते हैं। अकार्बनिक राज्य अमोनिया (NH) हैं3), अमोनियम आयन (NH)4), नाइट्राइट्स (सं।)2) और नाइट्रेट्स (सं।)3), दूसरों के बीच में.

इतिहास

नाइट्रोजन की खोज 1770 में तीन वैज्ञानिकों ने स्वतंत्र रूप से की थी (स्कील, रदरफोर्ड और लावोसियर)। 1790 में फ्रेंचमैन चैपल ने गैस को नाइट्रोजन नाम दिया.

उन्नीसवीं शताब्दी के उत्तरार्ध में, यह जीवित जीवों के ऊतकों और पौधों की वृद्धि का एक अनिवार्य घटक पाया गया था। इसी तरह, कार्बनिक और अकार्बनिक रूपों के बीच एक निरंतर प्रवाह के अस्तित्व का सबूत था.

शुरुआत में यह माना जाता था कि नाइट्रोजन के स्रोत बिजली और वायुमंडलीय बयान थे। 1838 में, Boussingault ने फलियों में इस तत्व के जैविक निर्धारण का निर्धारण किया। फिर, 1888 में, यह पता चला कि फलियां की जड़ों से जुड़े सूक्ष्मजीव एन को ठीक करने के लिए जिम्मेदार थे2.

एक अन्य महत्वपूर्ण खोज बैक्टीरिया का अस्तित्व था जो नाइट्राइट्स में अमोनिया को ऑक्सीकरण करने में सक्षम थे। साथ ही अन्य समूहों ने नाइट्राइट को नाइट्रेट्स में बदल दिया.

1885 की शुरुआत में, गॉन ने निर्धारित किया कि सूक्ष्मजीवों के एक अन्य समूह में नाइट्रेट्स को एन में बदलने की क्षमता थी2. इस तरह से, कि ग्रह पर नाइट्रोजन चक्र को समझा जा सकता है.

जीवों की आवश्यकता

सभी जीवित प्राणियों को अपनी महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं के लिए नाइट्रोजन की आवश्यकता होती है, लेकिन सभी एक ही तरीके से इसका उपयोग नहीं करते हैं। कुछ बैक्टीरिया सीधे वायुमंडलीय नाइट्रोजन का उपयोग करने में सक्षम हैं। अन्य ऑक्सीजन के स्रोत के रूप में नाइट्रोजन यौगिकों का उपयोग करते हैं.

ऑटोट्रॉफ़िक जीवों को नाइट्रेट के रूप में आपूर्ति की आवश्यकता होती है। उनके हिस्से के लिए, कई हेटरोट्रॉफ़ केवल अमीनो समूहों के रूप में इसका उपयोग कर सकते हैं जो वे अपने भोजन से प्राप्त करते हैं.

घटकों

-जलाशयों

नाइट्रोजन का सबसे बड़ा प्राकृतिक स्रोत वातावरण है, जहां इस तत्व का 78% गैसीय रूप (एन) में पाया जाता है2), नाइट्रस ऑक्साइड और नाइट्रोजन मोनोऑक्साइड के कुछ निशान के साथ.

तलछटी चट्टानों में लगभग 21% होते हैं जो बहुत धीरे-धीरे जारी होते हैं। शेष 1% कार्बनिक पदार्थ और महासागरों में कार्बनिक नाइट्रोजन, नाइट्रेट्स और अमोनिया के रूप में निहित है.

-भाग लेने वाले सूक्ष्मजीव

तीन प्रकार के सूक्ष्मजीव हैं जो नाइट्रोजन चक्र में भाग लेते हैं। ये फिक्सर, नाइट्रिफियर्स और डेनिफ्रिटियर्स हैं.

एन-फिक्सिंग बैक्टीरिया2

वे नाइट्रोजन के एंजाइमों के एक परिसर के लिए कोड करते हैं जो निर्धारण प्रक्रिया में शामिल होते हैं। इनमें से अधिकांश सूक्ष्मजीव पौधों के प्रकंद को उपनिवेशित करते हैं और उनके ऊतकों के भीतर विकसित होते हैं.

फिक्सिंग बैक्टीरिया का सबसे आम प्रकार है राइजोबियम, जो फलियों की जड़ों से जुड़ा हुआ है। वहाँ अन्य शैलियों की तरह हैं Frankia, नोस्टॉक और Pasasponia जो पौधों के अन्य समूहों की जड़ों के साथ सहजीवन करते हैं.

मुक्त रूप में साइनोबैक्टीरिया, जलीय वातावरण में वायुमंडलीय नाइट्रोजन को ठीक कर सकता है

बैक्टीरिया को नाइट्रेट करना

तीन प्रकार के सूक्ष्मजीव हैं जो नाइट्रिफिकेशन प्रक्रिया में शामिल हैं। ये जीवाणु अमोनिया या मिट्टी में मौजूद अमोनियम आयन को ऑक्सीकरण करने में सक्षम हैं। वे केमोलिथोट्रोफिक जीव हैं (ऊर्जा स्रोत के रूप में अकार्बनिक पदार्थों को ऑक्सीकरण करने में सक्षम).

अलग-अलग जेनेरा के बैक्टीरिया प्रक्रिया में क्रमिक रूप से हस्तक्षेप करते हैं. नाइट्रोसोमा और नाइट्रोकिस्टिस नाइट्राइट्स को NH3 और NH4 ऑक्सीकरण करें। तो Nitrobacter और Nitrosococcus इस यौगिक को नाइट्रेट्स में ऑक्सीकरण करें.

2015 में इस प्रक्रिया में शामिल बैक्टीरिया के एक और समूह की खोज की गई थी। वे सीधे अमोनिया को नाइट्रेट्स में ऑक्सीकरण करने में सक्षम हैं और जीनस में स्थित हैं Nitrospira. कुछ कवक अमोनिया को नाइट्रिफाई करने में भी सक्षम हैं.

बैक्टीरिया को नकारने वाला

यह बताया गया है कि बैक्टीरिया के 50 से अधिक विभिन्न एनए नाइट्रेट्स को एन तक कम कर सकते हैं2. यह अवायवीय स्थितियों (ऑक्सीजन की अनुपस्थिति) के तहत होता है.

सबसे आम denitrifying genera हैं Alcaligenes, Paracoccus, स्यूडोमोनास, राइजोबियम, Thiobacillus और Thiosphaera. इन समूहों में से अधिकांश हेटरोट्रॉफ़िक हैं.

2006 में एक जीवाणु की खोज की गई थी (मिथाइलोमीराबिलिस ऑक्सफेरा) जो एरोबिक है। यह मीथेनोट्रोफिक (कार्बन और मीथेन ऊर्जा प्राप्त करता है) है और यह डिनाइट्रीफिकेशन प्रक्रिया से ऑक्सीजन प्राप्त करने में सक्षम है.

चरणों

नाइट्रोजन चक्र पूरे ग्रह में अपनी गतिशीलता में कई चरणों से गुजरता है। ये चरण हैं:

फिक्सिंग

यह प्रतिक्रियाशील माने जाने वाले रूपों में वायुमंडलीय नाइट्रोजन का रूपांतरण है (जिसका उपयोग जीवित प्राणियों द्वारा किया जा सकता है)। तीनों बंधों के टूटने में N अणु होता है2 इसके लिए बड़ी मात्रा में ऊर्जा की आवश्यकता होती है और यह दो तरह से हो सकती है: एबोटिक या बायोटिक.

अजैविक निर्धारण

वातावरण में उच्च ऊर्जा निर्धारण द्वारा नाइट्रेट्स प्राप्त किए जाते हैं। यह बिजली और ब्रह्मांडीय विकिरण की विद्युत ऊर्जा से आ रहा है.

एन2 यह नाइट्रोजन के ऑक्सीकृत रूपों जैसे कि NO (नाइट्रोजन डाइऑक्साइड) और NO की उत्पत्ति के लिए ऑक्सीजन के साथ संयुक्त है2 (नाइट्रस ऑक्साइड)। इसके बाद, इन यौगिकों को नाइट्रिक एसिड (HNO) के रूप में वर्षा द्वारा पृथ्वी की सतह पर लाया जाता है3).

उच्च ऊर्जा निर्धारण नाइट्रोजन चक्र में मौजूद नाइट्रेट्स का लगभग 10% शामिल करता है.

जैविक निर्धारण

यह मिट्टी के सूक्ष्मजीवों द्वारा किया जाता है। आमतौर पर ये बैक्टीरिया पौधों की जड़ों से जुड़े होते हैं। यह अनुमान लगाया जाता है कि नाइट्रोजन का वार्षिक जैविक निर्धारण लगभग 200 मिलियन टन प्रति वर्ष है.

वायुमंडलीय नाइट्रोजन अमोनियम में बदल जाता है। प्रतिक्रिया के पहले चरण में, एन2 NH तक कम हो गया है3 (अमोनिया)। इस तरह यह अमीनो एसिड में शामिल हो जाता है.

इस प्रक्रिया में, विभिन्न ऑक्साइड-कमी केंद्रों के साथ एक एंजाइमैटिक कॉम्प्लेक्स शामिल है। इस नाइट्रोजनेज़ कॉम्प्लेक्स में एक रिडक्टेज़ (इलेक्ट्रॉनों को प्रदान करता है) और एक नाइट्रोज़ेज़ होता है। उत्तरार्द्ध एन को कम करने के लिए इलेक्ट्रॉनों का उपयोग करता है2 से एन.एच.3. इस प्रक्रिया में बड़ी मात्रा में एटीपी की खपत होती है.

ओ के उच्च सांद्रता की उपस्थिति में नाइट्रोजनेज परिसर अपरिवर्तनीय रूप से बाधित होता है2. कट्टरपंथी पिंड में एक प्रोटीन (लेगहीमोग्लोबिन) मौजूद होता है जो ओ सामग्री को बहुत कम रखता है2. यह प्रोटीन जड़ों और बैक्टीरिया के बीच बातचीत द्वारा निर्मित होता है.

परिपाक

ऐसे पौधे जिनका एन-फिक्सिंग बैक्टीरिया के साथ कोई सहजीवी संबंध नहीं है2, वे मिट्टी से नाइट्रोजन लेते हैं। इस तत्व का अवशोषण नाइट्रेट्स के रूप में जड़ों के माध्यम से किया जाता है.

एक बार जब नाइट्रेट पौधे में प्रवेश करते हैं, तो एक हिस्सा जड़ कोशिकाओं द्वारा उपयोग किया जाता है। एक अन्य भाग जाइलम द्वारा पूरे पौधे को वितरित किया जाता है.

जब इसका उपयोग होने वाला होता है, तो साइटोप्लाज्म में नाइट्रेट को नाइट्रेट में कम कर दिया जाता है। यह प्रक्रिया एंजाइम नाइट्रेट रिडक्टेस द्वारा उत्प्रेरित होती है। नाइट्राइट्स को क्लोरोप्लास्ट और अन्य प्लास्टिड्स में ले जाया जाता है, जहां उन्हें अमोनियम आयन (एनएच) तक कम किया जाता है4).

बड़ी मात्रा में अमोनियम आयन पौधे के लिए विषाक्त है। तो यह जल्दी से कार्बोनेट कंकाल में एमिनो एसिड और अन्य अणुओं के रूप में शामिल हो जाता है.

उपभोक्ताओं के मामले में, नाइट्रोजन पौधों या अन्य जानवरों से सीधे खिलाकर प्राप्त की जाती है.

amonificación

इस प्रक्रिया में, मिट्टी में मौजूद नाइट्रोजन यौगिकों को सरल रासायनिक रूपों में बदल दिया जाता है। नाइट्रोजन मृत कार्बनिक पदार्थों में निहित है और यूरिया (स्तनधारियों से मूत्र) या यूरिक एसिड (पक्षियों से मलत्याग) जैसे कचरे.

इन पदार्थों में निहित नाइट्रोजन जटिल कार्बनिक यौगिकों के रूप में है। सूक्ष्मजीव अपने प्रोटीन का उत्पादन करने के लिए इन पदार्थों में निहित अमीनो एसिड का उपयोग करते हैं। इस प्रक्रिया में वे अमोनिया या अमोनियम आयन के रूप में अतिरिक्त नाइट्रोजन छोड़ते हैं.

चक्र के निम्नलिखित चरणों में कार्य करने के लिए ये यौगिक अन्य सूक्ष्मजीवों के लिए मिट्टी में उपलब्ध हैं.

नाइट्रीकरण

इस चरण के दौरान मिट्टी के जीवाणु अमोनिया और अमोनियम आयन का ऑक्सीकरण करते हैं। इस प्रक्रिया में, ऊर्जा जारी की जाती है जो बैक्टीरिया द्वारा उनके चयापचय में उपयोग की जाती है.

पहले भाग में, जीनस के नाइट्रोसिफ़िंग बैक्टीरिया Nitrosomas अमोनिया और अमोनियम आयन को नाइट्राइट में ऑक्सीकरण करें। इन सूक्ष्मजीवों की झिल्ली में एंजाइम अमोनिया mooxigenasa है। यह NH का ऑक्सीकरण करता है3 हाइड्रॉक्सिलमाइन, जो तब जीवाणु की परिधि में नाइट्राइट के लिए ऑक्सीकरण होता है.

इसके बाद, नाइट्रेटिंग बैक्टीरिया एंजाइम नाइट्राइट ऑक्सीडेरक्टेस का उपयोग करके नाइट्राइट को नाइट्रेट्स में ऑक्सीकरण करते हैं। नाइट्रेट मिट्टी में उपलब्ध होते हैं, जहां उन्हें पौधों द्वारा अवशोषित किया जा सकता है.

अनाइट्रीकरण

इस चरण में, नाइट्रोजन (नाइट्राइट और नाइट्रेट्स) के ऑक्सीकृत रूपों को वापस एन में परिवर्तित किया जाता है2 और कुछ हद तक नाइट्रस ऑक्साइड.

यह प्रक्रिया एनारोबिक बैक्टीरिया द्वारा की जाती है, जो श्वसन के दौरान इलेक्ट्रॉन यौगिकों के रूप में नाइट्रोजन यौगिकों का उपयोग करते हैं। विकृतीकरण की दर कई कारकों पर निर्भर करती है, जैसे उपलब्ध नाइट्रेट और मिट्टी संतृप्ति और तापमान.

जब मिट्टी को पानी से संतृप्त किया जाता है, तो ओ2 यह आसानी से उपलब्ध नहीं है और बैक्टीरिया NO का उपयोग करते हैं3 एक इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता के रूप में। जब तापमान बहुत कम होता है, तो सूक्ष्मजीव प्रक्रिया को अंजाम नहीं दे सकते हैं.

यह चरण एकमात्र तरीका है जिसमें नाइट्रोजन को एक पारिस्थितिकी तंत्र से हटा दिया जाता है। इस तरह, एन2 यह वातावरण में निश्चित रिटर्न था और इस तत्व का संतुलन बनाए रखा जाता है.

महत्ता

इस चक्र की एक महान जैविक प्रासंगिकता है। जैसा कि हमने पहले बताया, नाइट्रोजन जीवित जीवों का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है। इस प्रक्रिया के माध्यम से यह जैविक रूप से प्रयोग करने योग्य हो जाता है.

फसलों के विकास में, उत्पादकता पर मुख्य बाधाओं में से एक नाइट्रोजन की उपलब्धता है। कृषि की शुरुआत के बाद से, इस तत्व के साथ मिट्टी को समृद्ध किया गया है.

मिट्टी की गुणवत्ता में सुधार के लिए फलियों की खेती एक आम बात है। इसी तरह, बाढ़ वाली मिट्टी में चावल का रोपण, नाइट्रोजन के उपयोग के लिए आवश्यक पर्यावरणीय परिस्थितियों को बढ़ावा देता है.

19 वीं शताब्दी के दौरान, गुआनो (पक्षी उत्सर्जन) का व्यापक रूप से फसलों में नाइट्रोजन के बाहरी स्रोत के रूप में उपयोग किया जाता था। हालांकि, इस सदी के अंत तक खाद्य उत्पादन बढ़ाने के लिए यह अपर्याप्त था.

जर्मन रसायनज्ञ फ्रिट्ज हैबर ने 19 वीं शताब्दी के अंत में एक प्रक्रिया विकसित की जो बाद में कार्लो बॉश द्वारा विपणन की गई। इसमें एन रिएक्ट करना शामिल है2 और अमोनिया बनाने के लिए गैसीय हाइड्रोजन। इसे हैबर-बॉश प्रक्रिया के रूप में जाना जाता है.

कृत्रिम अमोनिया का यह रूप जीवित प्राणियों द्वारा प्रयोग करने योग्य नाइट्रोजन के मुख्य स्रोतों में से एक है। यह माना जाता है कि दुनिया की 40% आबादी अपने भोजन के लिए इन उर्वरकों पर निर्भर करती है.

नाइट्रोजन चक्र का परिवर्तन

वर्तमान मानवजनित अमोनिया का उत्पादन लगभग 85 टन प्रति वर्ष है। यह नाइट्रोजन चक्र में नकारात्मक परिणाम लाता है.

रासायनिक उर्वरकों के उच्च उपयोग के कारण, मिट्टी और जलभृतों का प्रदूषण होता है। यह माना जाता है कि इस संदूषण का 50% से अधिक हेबर-बॉश संश्लेषण का परिणाम है.

नाइट्रोजन की अधिकता जल निकायों के यूट्रोफिकेशन (पोषक तत्वों के साथ संवर्धन) को जन्म देती है। एन्थ्रोपोजेनिक यूट्रिफिकेशन बहुत तेजी से होता है और मुख्य रूप से शैवाल के त्वरित विकास का कारण बनता है.

ये बड़ी मात्रा में ऑक्सीजन का उपभोग करते हैं और विषाक्त पदार्थों को जमा कर सकते हैं। ऑक्सीजन की कमी के कारण, पारिस्थितिक तंत्र में मौजूद अन्य जीव मर जाते हैं.

इसके अलावा, जीवाश्म ईंधन के उपयोग से वायुमंडल में बड़ी मात्रा में नाइट्रस ऑक्साइड निकलता है। यह ओजोन के साथ प्रतिक्रिया करता है और नाइट्रिक एसिड बनाता है, जो एसिड वर्षा के घटकों में से एक है.

संदर्भ

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  3. गैलोवे जेएन (2003) वैश्विक नाइट्रोजन चक्र। इन: स्केलेसिंजर डब्ल्यू (सं।) जियोकेमेस्ट्री पर ग्रंथ एल्सेवियर, यूएसए। पृष्ठ 557-583.
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