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27.9:

질소 순환

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Biology
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The Nitrogen Cycle

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– [강사] 질소 순환은 생태계에서생물 및 비 생물 성분 사이의질소 원자의 이동을 포함합니다.대부분의 생태계의 질소는대기 중 가스 (N2) 로 저장됩니다.그러나 박테리아만 질소 기체를 다른 유기체가사용할 수 있는 형태로 변환하는 데 필요한효소를 보유하고 있습니다. 이 용어는 질소 고정이라고 합니다.그러므로 질소는 생태계에서매우 제한적인 영양소입니다.일단 토양에 있는 박테리아가 가스를 암모니아로전환 시키면 식물은 질소를 단백질,DNA 및 기타 유기 분자로 변환 할 수 있으며,초식 동물에 의해 소비되고아미노산으로 분해된다.이들은 성장 및 발달 및 소비자를 위한 영양을 위해사용 가능한 단백질로 재조합될 수 있습니다.동시에, 초식 동물과 소비자들은 일부 질소를폐기물로 다시 토양으로 돌려보내고 있습니다.죽은 유기체와 폐기물 모두 단백질,요소 및 요산의 형태로 질소를 포함합니다.박테리아 나 곰팡이와 같은 해열제는 암모니아를토양으로 방출하는 이 분자들을 분해 할 수 있으며,암모니아는 식물에 흡수되거나 질산화 박테리아에의해 질산염으로 전환 될 수 있습니다.이 질산염은 또한 식물에 흡수되거나산소가 없는 상태에서 탈질 박테리아에 의해질소 가스로 전환 될 수 있습니다.인간은 또한 농업 비료를 사용하여생태계에 질소를 주입합니다.그러나 잘못된 시간이나 다량으로 사용하면과도한 질소가 수생 생태계로 유입되어 박테리아,조류 및 수생 식물의 성장을 증가시킬 수 있는데이는 부영양화라고 불리는 과정입니다.

27.9:

질소 순환

모든 단백질과 DNA에 존재하는 질소(nitrogen) 원자는 생태계의 비생물적 구성 요소와 생물학적 구성 요소 사이에서 재활용됩니다. 그러나 지구상의 질소의 주요 형태는 대부분의 동물과 식물에서 사용할 수 없는 질소 가스입니다. 따라서 질소 가스는 다른 살아있는 유기체를 통해 순환되기 전에 먼저 질소 고정 박테리아에 의해 사용 가능한 형태로 변환되어야 합니다. 인간 농업에서 질소가 함유된 비료와 동물 폐기물 제품의 사용은 자연 질소 순환에 큰 영향을 미쳤습니다.

생물학적 질소 순환

우리가 호흡하는 공기의 약 78%가 질소 가스입니다. 하지만, 이런 N2 형태를 사용할 수 있는 유기체는 거의 없습니다. 질소는 단백질과 DNA와 같은 모든 유기체에서 필수적인 분자를 구성합니다. 대기 형태의 질소를 사용할 수 없는 대부분의 유기체는 질소 고정(nitrogen fixation)과 질화 원핵생물(nitrifying prokaryote)의 부산물을 통해 질소를 얻습니다. 질소 고정은 질소 가스(N2)를 암모니아(NH3)로 변환하고, 질화는 NH3을 아질산염(NO2)과 질산염(NO3)으로 변환합니다. 식물은 암모니아와 질산염을 직접 사용할 수 있고, 식물을 먹는 유기체는 식물을 섭취해 질소를 얻습니다. 이 유기체들이 죽었을 때, 토양 속의 박테리아는 암모니아화(ammonification)라고 불리는 과정에서 유기 질소를 암모니아로 바꿀 수 있습니다. 탈질화(denitrification)를 통해, 호기성(aerobic; 유산소) 박테리아는 암모니아를 다시 대기 중으로 방출되는 질소 가스로 바꾸어 순환을 완료할 수 있습니다.

질소 저장고

질소를 장기간 보관할 수 있는 주요 저장고는 대기 중의 질소 가스입니다. 하지만, 생태계에도 여러 작은 질소 저장고가 있습니다. 질소는 늪, 해양 퇴적물, 그리고 퇴적암에서 비교적 오랜 시간 동안 묶일 수 있습니다. 그러나 질소 화합물이 물에 매우 녹기 때문에, 퇴적암의 풍화는 질소를 생태계로 다시 방출할 수 있습니다.

질소 순환에 대한 인간의 영향

질소는 종종 자연환경에서 식물 성장을 제한하는 제한영양소(limiting nutrient)이기 때문에, 농민들이 농업 수확량을 증가시키기 위해 비료로 질소를 토양에 첨가합니다. 수생 생태계로의 농업 유출(agricultural runoff)은 부영양화(eutrophication)와 유독한 조류 종의 부자연스러울 정도로 빠른 성장을 초래할 수 있습니다. 또한 많은 수의 가축을 기르는 것은 토양과 지역 수원의 질소 폐기물의 양을 증가시킬 수 있습니다.

Suggested Reading

Ramakrishnan VV, Ghaly AE. “Nitrogen Sources and Cycling in the Ecosystem and Its Role in Air, Water and Soil Pollution: A Critical Review.” Journal of Pollution Effects & Control 03, no. 02 (2015). [Source]