دورة النيتروجين في الطبيعة

عملية دورة النيتروجين تعني تحرك النيتروجين بين الجو والتربة والماء ونباتات الأرض وحيواناتها. وتحتاج جميع الكائنات الحية إلى النيتروجين، ولكن معظم الكائنات الحية لا تستطيع استخدام النيتروجين الغازي N2 الذي يشكل 78% من الهواء، لذا يجب أن يتحصلوا على نيتروجين مرتبط بعناصر أخرى لتشكيل مركبات .

مراحل دورة النيتروجين

تتألف دورة النيتروجين من تداخل بين الجو والتربة والماء وحيوانات الأرض ونباتاتها، وتتم عبر المراحل التالية: تثبيت النيتروجين الموجود في الهواء والتربة، وامتصاص النباتات للنيتروجين عن طريق جذورها، وتغذية الحيوانات على النباتات، ووفاة الكائنات الحية (حيوانات ونباتات) وتحللها بواسطة البكتيريا وأنواع معينة من الفطريات، وإنتاج النشادر الذي يتفكك مرة أخرى بواسطة البكتيريا الهوائية ويطلق غاز النيتروجين إلى الجو مرة أخرى .

مرحلة التثبيت في دورة النيتروجين

يجب في هذه المرحلة تحويل غاز النيتروجين غير الصالح للاستخدام من قبل معظم الكائنات إلى مادة عضوية قابلة للاستخدام، حيث يتم بدء التكاثف للغاز على المسطحات المائية، وذلك عن طريق اتحاد كل ذرة نيتروجين مع ذرة هيدروجين لتشكيل ما يعرف بالأمونيا (+NH4)، والتي يمكن للطحالب والبكتيريا المجهرية استخدامها، إذ تعيش بعض أنواع البكتيريا التي تقوم بثبيت النيتروجين بحرية في الماء أو التربة، فيما تعيش البعض الآخر داخل النباتات. وتحول الكائنات الحية الدقيقة النيتروجين الجوي إلى أمونيا، وتمتص النباتات الأمونيا وتستخدمها لتكوين الجزيئات العضوية، ثم تنقل هذه الجزيئات التي تحتوي على النيتروجين إلى الحيوانات التي تتغذى على النباتات، ويتمكن النيتروجين من الاندماج في جسم الحيوان، أو يفرز على شكل مخلفات مثل اليوريا مع البول .

أنواع التثبيت في دورة النيتروجين

التثبيت البايولوجي للنتروجين

هناك أنواع مختلفة من الكائنات الحية الدقيقة تكون قادرة على اختزال النتروجين الجوي إلى امونيا في الظروف الحرارة والضغط للتربة ، وهذه الكائنات الحية الدقيقة تلعب دورا مهما في دورة النتروجين في الطبيعة ، وذلك عن طريق تحويل النتروجين الجزيئي إلى نتروجين عضوي وبهذا يصبح النتروجين الجوي جاهزا لكائنات حية أخرى . وتسمى هذه العملية بتثبيت النتروجين بايولوجيا .

 النتروجين الجوي المثبت بوساطة تفريغ الشحنات الكهربائية في الجو (البرق)

عند تفريغ الشحنات الكهربائية، يتم أكسدة النتروجين الجزيئي في الهواء لتكوين نترات، وهذه النترات تترسب في التربة مع هطول الأمطار. تكون كمية النتروجين المثبتة بهذه الطريقة في التربة ضئيلة جدا، وتقدر ببضعة كيلو جرامات من النترات في الهكتار الواحد سنويا في ظروف المناخ المعتدلة. في الأجواء الاستوائية، لا تتجاوز كمية النتروجين المثبتة عشرة كيلو غرامات في الهكتار الواحد سنويا، ولكنها أكبر من كمية النتروجين المثبتة في ظروف المناخ المعتدل .

مرحلة ما بعد التثبيت

بعد تثبيت النيتروجين باحدى الطرق المسبقة، تتمكن النباتات من استخدامه واستفادته في تكوين جزيئات البروتين النباتي. وبدوره، ينتقل النيتروجين إلى المستهلكين عبر سلسلة الغذاء، حيث يتم تكوين البروتين الحيواني. وبعد موت النباتات والمستهلكين، يقوم المحللون من البكتيريا والفطريات بتحليل البروتين النباتي أو الحيواني وإطلاق الأمونيا (التي قد تتبخر في الهواء) أو أيونات الأمونيوم، والتي من الممكن أن تتحول إلى أيونات النترات وتصبح مصدرا جديدا للنيتروجين في التربة، حيث تمتصها النباتات التي تعيش فيها .

لا يعد النباتات والحيوانات الميتة هي المصدر الوحيد لإثراء التربة بالنيتروجين، بل يتم أيضا إضافة أوراق النباتات وأزهارها وثمارها المتساقطة، ومن الحيوانات شعرها وريشها وجلدها وهيكلها الخارجي، بالإضافة إلى إفرازاتها الصلبة (برازها) والسائلة (البول) التي تحتوي على مركبات نيتروجينية. تصبح التربة خصبة بفعل تحلل هذه المركبات العضوية الغنية بالنيتروجين .

مرحلة النترجة

بعد تشكل الأمونيا التي يمكن استخدامها من قبل بعض الطحالب والنباتات والكائنات، تقوم البكتيريا المسماة بالبكتيريا المسببة للنترجة بتحويل الأمونيا إلى نترات (-NO3-) .