窒素循環:定義、ステップ、図および重要性

窒素は大気中に最も多く存在する気体です。環境中の約 78% は窒素のみです。

窒素とその化合物は、生物圏の生命プロセスを維持するために不可欠です。動物も植物も、その発生と成長に窒素を必要とします。動物や植物の体を構成するタンパク質の必須成分です。

窒素はクロロフィル、ビタミン、核酸にも含まれています。自然界では、生物や無生物を介して何度も循環しています。自然界におけるこの窒素の循環プロセスは、サイクルの助けを借りて発生します。

この記事は、この窒素循環、そのプロセス、自然界における窒素循環の重要性を理解していただくことを目的としています。

窒素循環とは?

窒素は無色無臭で、地球上のすべての生物にとって最も重要な気体です。 DNA、RNA、その他のタンパク質に存在し、人体やその他の生物の構成要素です.

空気中に存在する窒素は、使用可能な形で存在します。特定の細菌は、大気中の窒素を窒素化合物に変換できます。すべての生物は、窒素循環を通じてこれらの窒素化合物を利用できます。

このプロセスは、土壌や植物からの窒素吸収から始まります。その後、動物がこれらの植物を消費しました。その後、動物が死ぬと、さまざまなバクテリアが動物を分解します。その結果、窒素は土壌に戻ります。この生態系内での窒素の継続的な交換は、窒素循環として知られています。

簡単に言えば、窒素循環は、生物と非生物環境を通る窒素元素の循環として説明できます.これは、地球、大気、生態系の間を循環する際に、窒素がさまざまな形に変換される生物地球化学的循環です。

窒素循環について説明

大気中の窒素を使用可能な窒素に変換する 5 つのステップで、窒素循環について説明します。

ステップ 1:- 窒素固定

空気中に存在する窒素は、N₂ という安定な形をしています .窒素固定バクテリアの助けを借りて固定するまで、生物に吸収されることはありません.

窒素は、降水過程を通じて土壌と地表水に入ります。水や土に沈むと、N₂ 間の結合が切れます。 いくつかの変更を経ることによって。その結果、水からの水素が N₂ の自由電子に結合します。 NH₂ を形成する .得られた化合物はアンモニウムとして知られています。この変換は、土壌に存在する微生物によって完了します。

窒素固定菌や空の稲妻、藍藻類は、大気中の窒素ガスを有機窒素として固定します。彼らはそれを土壌に入る窒素化合物に変換します.窒素固定細菌は、マメ科植物の土壌と根粒に存在します。

このプロセスは、多くのバクテリア、主にリゾビウム バクテリアによって完了されます。起こる化学反応は

3[CH₂ O] + 2N₂ + 3H2O + 4H → 3CO₂ + 4NH₄

ステップ 2:- 硝化

アンモニアを亜硝酸塩と硝酸塩に酸化するプロセスは、硝化として知られています。一部の細菌、特にニトロソモナス属とニトロバクター属は、環境で自然に発生するこのプロセスに関与しています。

最初のステップでは、ニトロソモナス菌とニトロコッカス菌がアンモニアを亜硝酸塩に変換します。次に、第 2 段階として、ニトロバクター バクテリアがこれらの亜硝酸塩を硝酸塩に変換します。

これらのバクテリアはすべて土壌中に存在し、硝化バクテリアとして知られています。バクテリアは、窒素を使用可能な形に変換することにより、このプロセスからエネルギーを得ます。このプロセスを実行するには酸素が必要です。

このステップで起こる化学反応は

NH₃ + (3/2)O₂ → H+ NO₂ <サブ> H₂ おお; (亜硝酸塩形成)

NO₂ – + (½)O₂ → NO₃; (硝酸塩形成)

ステップ 3:- 同化

植物は、この2段階でできた窒素化合物を根から取り込み、生長に利用します。彼らはこれらの化合物を植物タンパク質や体を構成する他の有機化合物に変換します.

次に、動物は植物を食物として食べ、植物タンパク質を動物タンパク質やその他の化合物に変換して体を構成します.このようにして、草食動物は植物から窒素化合物を取得し、肉食動物は草食動物を食べることで窒素化合物を取得します.

このように、NH₃ 、NO₃ 、および NO₃ 植物や動物の生体組織に同化され、細胞プロセスで使用されます。

ステップ 4:- アンモニア化

動物や植物が死ぬと、体内の複雑な窒素化合物が分解し始めます。次に、これらの化合物は、土壌中の特定のバクテリアや菌類によって単純な有機化合物に変換されます。動物の排泄物はまた、複雑な窒素化合物を単純な有機化合物に変換します.

このようにして、植物が土壌から吸収した窒素化合物は土壌に戻ります。次に、新しい植物がこれらの化合物を吸収し、このプロセスを際限なく続けます。

バクテリアや菌類の存在下で有機窒素がアンモニウムに変換されることをアンモニア化と呼びます。生成されたアンモニウムは、植物の他の生物学的プロセスで使用できます。

ステップ 5:- 脱窒

脱窒プロセスは、一部の窒素化合物を分解します。 Paracoccus Denitrificians、Pseudomonas などの細菌は、硝酸塩を窒素化合物から亜硝酸塩と N₂ に変換します。 .

このプロセスは、酸素のない状態、つまり嫌気性条件で発生します。このようにして、サイクルの最初の段階で大気から除去された窒素ガスが大気に戻されます。

NO₃の還元 とNO₂ N₂に 続いて N₂ のリサイクル 大気中への放出は、脱窒として知られています。このプロセスは、窒素の逆固定としても知られています。深い土壌や深い水のような場所は、嫌気性プロセスが発生する酸素のない場所です.

このステップで起こる化学反応は

4NO₃ – + 5[CH₂ 〇] + 4H→ 2N₂ ↑ + 5CO₂ ↑ + 7H₂ O

窒素循環図

上記の説明は、窒素循環図を使って簡単に理解できます。

窒素循環が重要な理由

窒素循環は生物学的プロセスにとって重要です。しかし、問題は、窒素循環がなぜ重要なのかということです。

結論

窒素は大気中で重要な役割を果たしています。それは植物と動物の両方の生命にとって重要です。自然界の窒素循環は、大気中の窒素の割合を維持し、一定に保つのに役立ちます。そのため、窒素循環は誰にとっても重要です。

よくある質問

1. 窒素循環の最も重要な利点は何ですか?

A. 窒素循環は、空気中の不活性窒素を植物や動物が使用できるように変換するのに役立ちます。植物はクロロフィルを合成するために窒素を必要とし、動物は植物を必要とします.したがって、窒素循環は彼らにとって不可欠です。

2. 水槽内の水を変化させる原因の 1 つは窒素循環ですか?

A. 海洋生態系でも窒素循環が行われています。魚が生物学的廃棄物を作るとき、それはアンモニアを生成します。アンモニアは魚にとって有害で​​あり、大量に摂取すると魚を死に至らしめる可能性があります。

したがって、バクテリアが魚の廃棄物からアンモニアを選別する必要があります.このバクテリアはアンモニアを亜硝酸塩に変換します。次に、別のバクテリアが亜硝酸塩を硝酸塩に変換します。少量の硝酸塩は魚にとってそれほど有害ではありません。しかし、大量の硝酸塩が存在する場合はそうではありません.

そのため、タンクに蓄積された硝酸塩を除去するには、水槽内の水を交換する必要があります。

3. 窒素循環に接続するにはどうすればよいですか?

A. 食べ物を食べると、タンパク質やアミノ酸が含まれています。それらには、少なくとも1つの窒素原子が含まれています。窒素は、植物が育つ土壌中の窒素化合物に由来しています。一部の動物は他の動物を食べ、これらの窒素化合物を間接的に消費します。

体から老廃物を放出すると、これらの化合物は窒素に変換され、最終的に大気に戻ります.したがって、生きていることで窒素循環につながるといっても過言ではありません。そのため、窒素循環が重要です。