تُعدّ دورة النيتروجين دورةً بيوجيوكيميائيةً أساسيةً ضروريةً للحياة. وتضمن أنواعٌ مختلفةٌ من الدورات البيوجيوكيميائية الظروف البيئية اللازمة لنمو الحياة وتطورها. وتعتمد جميع الكائنات الحية على دورة النيتروجين في نموها وتطورها.
لذلك، سنخصص هذه المقالة لإخباركم بكل شيء عن خصائص وأصل وأهمية دورة النيتروجين.
ما هي دورة النيتروجين
دورة النيتروجين هي ببساطة مجموعة من العمليات الكيميائية والبيولوجية التي تُزوّد الكائنات الحية بالنيتروجين اللازم لنموها. هذا العنصر أساسي لنمو أي كائن حي بشكل كامل. توجد خزانات مختلفة، ومراحل لهذه الدورة، ذات أهمية بالغة لحياة الإنسان. وكما هو الحال في دورة الكربون وغيرها من الدورات الطبيعية، توجد مصادر لانبعاثات النيتروجين. في المقابل، لكي تكتمل الدورة، لا بد من وجود مصادر لامتصاص النيتروجين. وبهذه الطريقة، يجب أن يكون توازن النيتروجين العالمي مستقرًا لكي تعمل جميع الكائنات الحية بشكل صحيح.
مع ذلك، يُسبب البشر آثارًا بيئية متنوعة على مستوى العالم، مما يُؤدي إلى اضطراب هذه الدورة بشكلٍ كبير. ومن بين خصائص هذه الدورة البيوجيوكيميائية أصلها. ينشأ النيتروجين من تكوين نوى ذرية جديدة، وهي عناصر كيميائية غير فلزية في الحالة الغازية. ونعلم أنه خلال هذه الدورة، يتجلى النيتروجين في أشكال كيميائية عضوية وغير عضوية متنوعة. يبدأ عمل جميع العناصر بفقدان الإلكترونات. ومن ثم، وبدون الإلكترونات، يُمكن إنتاج الأحماض الأمينية والحمض النووي والبروتينات. وبفضل هذا التركيب المتكامل، تلعب دورة النيتروجين دورًا أساسيًا في نمو النباتات وأنسجة الكائنات الحية.
وعلى الرغم من أنها نوع من خدمات النظام البيئي غير الملموسة، إلا أنها ضرورية لتطور الحياة. لذلك يجب علينا أن نتعلم كيفية الحفاظ على هذه الدورة لأنها حيوية. ولكي نتعلم المزيد عن تركيبها، فمن المثير للاهتمام مراجعة، والتي تعد ضرورية لفهم وظيفتها في الدورة وعلاقتها بالدورات البيوكيميائية الأخرى.
خزانات النيتروجين على نطاق عالمي
دعونا نحلل مصادر النيتروجين الرئيسية على مستوى العالم. أولها الغلاف الجوي. نعلم أن غلافنا الجوي غني بالنيتروجين، إذ يشكل 78% من جميع الغازات، وهو يشكل الجزء الأكبر من هذه الطبقة الهوائية. ورغم أن النيتروجين الجوي خامل ولا يخضع لأي تفاعلات كيميائية، إلا أنه يلعب دورًا في كل هذا.
توجد خزانات أخرى للنيتروجين في الصخور الرسوبية. يوجد 21% من النيتروجين مختلطًا بالمواد العضوية وموزعًا في المحيطات. لا ننسى أن الحياة البحرية تحتاج أيضًا إلى النيتروجين لتنمو بشكل سليم، وأن علاقته بالدورات الأخرى بالغة الأهمية. يدخل النيتروجين في الحياة البحرية بطرق مختلفة، فالعديد من الكائنات الحية تحتاج إليه يوميًا لأداء وظائفها الحيوية.
يوجد الخزان النهائي لهذا العنصر في الكائنات الدقيقة. تُعرف الكائنات الدقيقة التي تُشارك في دورة النيتروجين باسم مُثبِّتات النيتروجين، ومُنتِجات النيتروجين، ومُزيلات النيتروجين . مُثبِّتات النيتروجين هي كائنات حية تُثبِّت النيتروجين في أجسامها أو في كائنات حية أخرى. أما مُنتِجات النيتروجين، فهي كائنات حية تتغذى على النيتروجين كجزء من المادة العضوية. بينما مُزيلات النيتروجين هي تلك التي تُزيل النيتروجين من خلال تفاعلات كيميائية.
مراحل دورة النيتروجين
دعونا نرى ما هي المراحل الرئيسية لهذه الدورة، حيث أنها تتناوب بشكل مستمر. نجد مراحل مختلفة يظهر فيها النيتروجين كغاز ويتخذ أهمية مختلفة. دعونا نرى ما هي المراحل الرئيسية:
- تثبيت: هي المرحلة التي يتم فيها الحصول على النيتروجين الجوي من قبل جميع الكائنات الحية التي يمكنها استخدامه من خلال المسار غير الحيوي. إنه ليس أكثر من ذلك الجزء من النظام البيئي الذي لا يوجد فيه حياة. على سبيل المثال، الطاقة الكهربائية من البرق والإشعاع الشمسي هي عناصر غير حيوية. الحياة الحيوية هي الجزء القادر على الحصول على النيتروجين من الكائنات الحية الدقيقة الموجودة في التربة.
- الاستيعاب: تبرز النترات هنا. خلال هذه المرحلة من الدورة، تلعب النباتات دورًا أساسيًا. في سيتوبلازم الخلايا النباتية لدينا نترات يتم اختزالها إلى نتريت. يتم استخدام النتريت ليتم دمجه في النبات من خلال الجذور. نحن نعلم أن النباتات تستخدم النيتروجين كغذاء للنمو والتكاثر، وبالتالي تسهيل النمو الزراعي، والذي يرتبط بالأسمدة النيتروجينية.
- Ammonification: هي مرحلة دورة النيتروجين حيث يتم تحويلها إلى أيون أمونيوم نتيجة عمل الكائنات الدقيقة الهوائية. هذا يعني أنها كائنات دقيقة تعمل في وجود الأكسجين.
- النترتة: إنه جزء من العملية يتكون من الأكسدة البيولوجية للأمونيا بواسطة الكائنات الحية الدقيقة الهوائية. بفضل هذه النترجة ، يعود نيتروجين الأمونيا إلى التربة لتستخدمه النباتات مرة أخرى.
- الشلل: إنها العملية المعاكسة للنترجة.
- نزع النتروجين: هي العملية المعاكسة للتثبيت. وهنا لدينا عملية تعرف باسم التنفس اللاهوائي. أي أن هذا النوع من العمليات يحدث في غياب الأكسجين. هذه العملية مسؤولة عن إعادة النيتروجين إلى الغلاف الجوي والنترات المذابة في الماء. إنها المرحلة الأخيرة من الدورة حيث يعود كل شيء إلى أصله.
أهمية
كما ذكرنا سابقًا، تُعدّ هذه الدورة بالغة الأهمية من الناحية البيئية. فالنيتروجين عنصر أساسي للكائنات الحية طالما أنها قادرة على استخدامه. وهو عنصر ضروري لإنتاج الحمض النووي (DNA) والأحماض الأمينية والبروتينات والأحماض النووية. كما أنه عنصر أساسي للنمو والإنتاجية في الزراعة. تحتوي العديد من الأسمدة المستخدمة في الزراعة لتسريع نمو المحاصيل وتحسين خصائصها على نسبة عالية من النيتروجين.
آمل أن تتمكن من خلال هذه المعلومات من معرفة المزيد عن دورة النيتروجين وخصائصها.