27.9
يتم إعادة تدوير ذرات النيتروجين ، الموجودة في جميع البروتينات والحمض النووي ، بين المكونات اللاأحيائية والحيوية للنظام البيئي. ومع ذلك ، فإن الشكل الأ…
تتضمن دورة النيتروجين حركة ذرات النيتروجين بين الكائنات الحية واللاحية في النظام البيئي. معظم النيتروجين الموجود في النظام البيئي يُخزن في الغلاف الجوي كغاز،N2. لكن البكتيريا فقط تمتلك الإنزيمات الضرورية لتحويل غاز النيتروجين إلى صورة قابلة للاستخدام من قبل الكائنات الأخرى،وهو مصطلح يسمى تثبيت النيتروجين.
لذا فإن النيتروجين مادة مغذية محدودة للغاية في النظام البيئي. بمجرد أن تقوم البكتيريا الموجودة في التربة بتحويل الغاز إلى أمونيا،يمكن للنباتات تحويل النيتروجين إلى بروتينات،والحمض النووي،والجزيئات العضوية الأخرى،والتي تستهلكها الحيوانات العاشبة وتحللها إلى الأحماض الأمينية. يمكن إعادة تجميعها إلى بروتينات قابلة للاستخدام للنمو والتنمية وللتغذية للمستهلكين.
في نفس الوقت،تعيد العاشبات والمستهلكين بعض النيتروجين إلى التربة كمخلفات. كل من الكائنات الحية والنفايات تحتوي على النيتروجين في شكل بروتين،واليوريا،وحمض اليوريك. المحللات مثل البكتيريا والفطريات يمكنها تحليل هذه الجزيئات مطلقةًالأمونيا مرة أخرى في التربة،والتي يمكن امتصاصها من قبل النباتات أو تحويلها إلى نترات بواسطة بكتيريا النترجة.
يمكن أيضاًامتصاص هذه النترات بواسطة النباتات أو في غياب الأكسجين يتم تحويلها إلى غاز النيتروجين عن طريق بكتيريا نزع النترجة. يدخل البشر النيتروجين في النظام البيئي من خلال استخدام الأسمدة الزراعية. ومع ذلك،عند استخدامها في الوقت الخطأ أو بكميات كبيرة،يمكن أن يتدفق النيتروجين الزائد في النظم الإيكولوجية المائية ويزيد نمو البكتيريا،والطحالب،والنباتات المائية،وهي عملية تسمى التَتْريف.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: Why is nitrogen fixation essential in the nitrogen cycle?
Nitrogen fixation is essential because most atmospheric nitrogen exists as N2 gas, which most organisms cannot use directly. Only specialized bacteria possess the enzymes to convert N2 into ammonia, making nitrogen available for plants and other organisms. Without nitrogen fixation, nitrogen would remain locked in the atmosphere and unavailable to the biosphere.
Q2: How do plants obtain usable nitrogen from the soil?
Plants absorb nitrogen in two forms: ammonia produced by nitrogen-fixing bacteria, and nitrates created by nitrifying bacteria. These bacteria convert ammonia into nitrites and nitrates, which plants can directly absorb through their roots. This process makes nitrogen accessible for plant growth and protein synthesis.
Q3: What role do decomposers play in returning nitrogen to soil?
Decomposers like bacteria and fungi break down dead organisms and waste products containing nitrogen compounds such as proteins, urea, and uric acid. This decomposition releases ammonia back into the soil, which can be reabsorbed by plants or converted into nitrates by nitrifying bacteria, continuing the nitrogen cycle.
Q4: How does denitrification complete the nitrogen cycle?
Denitrifying bacteria convert nitrates back into nitrogen gas in anaerobic environments lacking oxygen. This process releases N2 back into the atmosphere, completing the cycle and returning nitrogen to its primary atmospheric reservoir where it remains until nitrogen-fixing bacteria convert it again.
Q5: What is eutrophication and how does agricultural fertilizer cause it?
Eutrophication occurs when excess nitrogen from agricultural fertilizers flows into aquatic ecosystems, stimulating rapid growth of bacteria, algae, and aquatic plants. This nutrient overload disrupts aquatic ecosystems and can create toxic algal blooms. Improper fertilizer timing or excessive quantities are primary causes of this environmental problem.
Q6: How do herbivores and consumers contribute to the nitrogen cycle?
Herbivores and consumers obtain nitrogen by eating plants, converting plant proteins into amino acids. They reassemble these amino acids into usable proteins for growth and development. Simultaneously, they return nitrogen to soil through waste products like urine and feces, which decomposers then break down to release ammonia.
Q7: Where is nitrogen stored long-term in ecosystems?
The primary long-term nitrogen reservoir is nitrogen gas in the atmosphere, comprising about 78% of air. Secondary sinks include swamps, marine sediments, and sedimentary rock, where nitrogen compounds can be stored for extended periods. Weathering of sedimentary rock can release stored nitrogen back into the ecosystem.