窒素循環: 定義、プロセス、形式および例

窒素循環: 定義、プロセス、形式および例 – 窒素循環とは何か、この機会に ナレッジ.co.idについて それについて、そしてもちろんそれをカバーする他の事柄についても話し合います。 理解を深めるために、以下の記事でその議論を一緒に見てみましょう。

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窒素循環: 定義、プロセス、形式および例

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窒素または N は大気中に最も豊富な元素の 1 つであり、大気中のガスの約 78% は窒素です。

しかし、生物分野における窒素の使用は最小限です。 窒素は他の元素と反応しにくいため反応性のない元素の一つであり、この元素を使用すると次のようになります。 生物には窒素固定、石化、硝化、 脱窒。

窒素は植物に非常に大量に必要であり、これは確かに肥料のない土壌では制限要因の 1 つです。

その形はアミノ酸、すなわち骨格や骨格としての機能を持つアミドやアミンの形をしています。 タンパク質、クロロフィル、酸の形の構成要素と中間化合物 核を形成する。 タンパク質または酵素は生化学反応を調節します。

窒素はクロロフィル構造の完全な一部です。 窒素元素の利用可能性は、一次生産性や分解プロセスを含む生態系レベルに確かに影響を与えます。

燃料の燃焼や窒素肥料の使用、廃水への窒素の排出などの活動は、窒素サイクル全体または地球規模を変える可能性があります。

窒素は、地球上の生命の継続にとってあらゆる目的に不可欠な元素です。 窒素はアミノ酸やタンパク質の基本成分であり、DNAやRNAなど窒素からなる核酸に由来する塩基です。

一方、植物では、クロロフィル分子が光合成の過程で十分な量の窒素を使用します。

窒素サイクルは、窒素元素を含む化合物を他の化学形態に変換するプロセスです。

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窒素サイクルプロセス

窒素は、有機窒素やアンモニア、窒素酸化物や硝酸塩、一酸化窒素や亜硝酸塩、あるいは無機窒素ガスなど、さまざまな形で広がっています。

有機形態の窒素は、生細胞または生物体/腐植土として、または有機物の分解における中間生成物の形で使用できます。

窒素サイクルのプロセスにより、窒素はある元素の形から別の元素の形に変化します。 形質転換プロセスのほとんどは微生物によって行われることに注意してください。

段階 窒素サイクルには、次のようないくつかの段階があります。

• 窒素固定

窒素固定プロセスは、大気中の窒素をアンモニアに変換するプロセスです。 このプロセスは、マメ科植物の根にいる細菌によって行われます。

このプロセスは、生物学的固定の段階を経て窒素ガスがアンモニアに変換されることです。 根粒菌やシアノバクテリアなどのいくつかの小型細菌グループは、窒素ガスをアンモニアに変換するために関与する酵素ニトロゲナーゼを使用します。

• 硝化

硝化は、酸素によるアンモニアの生物学的酸化でアンモニウムになり、次に亜硝酸塩になり、続いて亜硝酸塩がこの硝酸塩に酸化されます。 アンモニアが亜硝酸塩に分解されることは、硝化として知られています。

これは土壌の栄養サイクルにおける重要なステップです。 このプロセスは、数種類のアンモニア酸化細菌を含む独立栄養細菌種によって行われます。 β-プロテオバクテリア、ガンマプロテオバクテリア、ニトロソモナス属のアンモニア酸化細菌、および ニトロソコッカス。

• 同化

窒素同化は、環境中に存在する無機窒素化合物からのアミノ酸などの有機窒素化合物の形成です。

細菌によって硝化プロセスが行われた後、植物は硝酸塩の形で窒素を吸収します。 次に、硝酸塩プロトン輸送体の勾配が硝酸塩を植物に吸収し、その後、硝酸塩が木部を介して根から苗条に輸送されます。

発生する窒素の還元は苗条内で 2 段階で行われます。つまり、硝酸塩は亜硝酸塩に還元されます。 レダクターゼによりサイトゾル内の硝酸塩と葉緑体の亜硝酸塩がレダクターゼによりアンモニアに還元されます。 亜硝酸塩。

• アンモン化

アンモニア化は、植物残渣や老廃物が微生物によって分解されてアンモニアが生成される窒素サイクルの段階です。

土の中の微生物は死んだ有機物を食べてエネルギーとなり、後には 陽代謝の副産物となるアンモニアや他の塩基性化合物を生成します。 起こる。 このアンモニアはアンモニウムイオンの形で土壌中に保持されます。

• 脱窒

脱窒は、硝酸塩を不活性窒素ガスに還元するプロセスであり、窒素サイクルが完了します。 脱窒は通常、嫌気条件下でシュードモナス属やクロストリジウム属などの細菌種によって行われます。

呼吸の過程で、細菌は硝酸塩を電子受容体として使用します。 好気条件下でも生存できる細菌は通性嫌気性細菌です。

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自然界の窒素循環の形態

窒素サイクルのプロセスは、窒素をある形態から別の化学形態に変換します。 微生物によって実行されるプロセスの多くは、エネルギーを生成するか、成長に必要な形態で窒素を貯蔵することです。 下の図は、窒素循環のプロセスを示しています。

環境中の窒素は、有機窒素、アンモニウム (NH4+)、亜硝酸塩 (NO2-)、硝酸塩 (NO3-)、ガス状窒素 (N2) など、さまざまな化学形態で存在します。 有機窒素は、生きている有機体または腐植の形で存在することもあれば、有機物質の分解の中間生成物または蓄積された腐植の形で存在することもあります。 窒素サイクルのプロセスは、窒素をある化学形態から別の化学形態に変換します。 微生物によって実行されるプロセスの多くは、エネルギーを生成するか、成長に必要な形態で窒素を貯蔵することです。

• アンモニア

アンモニアとその塩は水に容易に溶けます。 水中のアンモニアの発生源は、有機窒素（タンパク質と尿素）と無機窒素の分解です。 土壌や水中に存在し、微生物や菌類による有機物の分解に由来します。 （アンモン化）。

アンモニアの発生源は、大気、産業廃棄物、家庭廃棄物の拡散プロセスから発生する窒素ガスの還元です。 鉱物に含まれるアンモニアは土壌浸食を通じて水域に入ります。 アンモニアは気体として存在するだけでなく、いくつかの金属イオンと複雑な化合物を形成します。

アンモニアは懸濁物質やコロイド物質に吸収されて水の底に沈むこともあります。 溶液中のアンモニアの分圧はpHの増加とともに増加するため、水中のアンモニアは揮発プロセスを通じて消失する可能性があります。

• 亜硝酸塩

亜硝酸塩の発生源は、産業廃棄物と家庭廃棄物の形で発生する可能性があります。 水中の亜硝酸塩はすぐに酸化されて硝酸塩になるため、水中の亜硝酸塩のレベルは相対的なものです。 天然水には約 0.001 mg/リットルの亜硝酸塩が含まれています。 亜硝酸塩は酸素の存在下では不安定であるため、水中には硝酸塩よりも少ない、非常に少量しか存在しません。 亜硝酸塩は、アンモニアと硝酸塩 (硝化) および硝酸塩と窒素ガス (脱窒) の中間体であり、嫌気条件下で形成されます。

• 硝酸塩

硝酸塩は水中の窒素の主な供給源ですが、植物はアンモニウムを好みます。 汚染されていない水中の硝酸塩レベルは、通常、アンモニウムレベルよりも高くなります。 硝酸塩レベルが 5 mg/リットルを超える場合は、人間の活動や動物の糞便に起因する人為的汚染の発生を示します。

窒素レベルが 0.2 mg/リットルを超える場合は、水の富栄養化を示します。 硝酸塩は、植物や藻類の成長のための主な栄養素である窒素の一種です。 硝酸態窒素は水によく溶け、安定しています。 この化合物は、水中での完全な酸化プロセスにより生成されます。

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窒素サイクルの例

窒素サイクルの例は次のとおりです。

植物は根から吸収することで土壌から窒素を必要とします。 窒素は窒素イオンの形で存在します。 窒素は植物に吸収されると亜硝酸イオンに還元されます。 次に、それはアンモニウムイオンとなり、アミノまたは核酸、およびクロロフィルに取り込まれることができます。

植物が枯れたり動物が死んだり、工場や下水システムが動物を追い出したりすると、有機窒素が放出されます。 細菌はこの有機窒素をアンモニウムに変換できます。 これは、石化として知られるプロセスを通じて行われます。

窒素は、地下水からの流出や雨によって海に入ります。 窒素は降水「雨」によって海にも入る可能性があり、水中の窒素は一般にカニクイザルと呼ばれる細菌によって固定されます。 固定後、海洋植物プランクトンの生物学的に利用可能な形態の窒素を使用できます。

プランクトンは尿素とアンモニアの両方を水中に分泌します。 植物プランクトンや老廃物は底に沈み、深部のアンモニアが好光帯に侵入する可能性があります。 この老廃物からのアンモニアは、次に、有光ゾーンから排泄され、有光ゾーンの下に生息する細菌がアンモニアを硝酸塩に変換することができます。

この変換は、変換を実行するバクテリアが光によって阻害されるため、光のない受光ゾーンの下でのみ起こります。 この変換プロセスは、アンモン化または鉱化と呼ばれます。

アンモニアが変換された後、硝化が起こり、アンモニアは亜硝酸塩と硝酸塩に変換され、粒子が混合されます。 湧昇によって硝酸塩が上方に運ばれ、光プランクトンがそれを利用して継続することができます。 サイクル。

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