Nitrogen cycle

नाइट्रोजन चक्र

नाइट्रोजन चक्र भूजैवरसायन चक्र है जिसके द्वारा नाइट्रोजन कई रासायनिक रूपों में बदल जाता है के रूप में यह बीच circulates वातावरण , स्थलीय , और समुद्री पारिस्थितिकी प्रणालियों । नाइट्रोजन का रूपांतरण जैविक और भौतिक दोनों प्रक्रियाओं के माध्यम से किया जा सकता है। नाइट्रोजन चक्र में महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं में शामिल हैं निर्धारण , ammonification , नाइट्रीकरण , और अनाइट्रीकरण । पृथ्वी के वायुमंडल का अधिकांश भाग (78%) वायुमंडल नाइट्रोजन है ,यह नाइट्रोजन का सबसे बड़ा स्रोत है। हालांकि, वायुमंडलीय नाइट्रोजन की जैविक उपयोग के लिए सीमित उपलब्धता है, जिससे कई प्रकार के पारिस्थितिक तंत्रों में प्रयोग करने योग्य नाइट्रोजन की कमी हो सकती है।

नाइट्रोजन चक्र पारिस्थितिकविदों के लिए विशेष रूप से रुचि रखता है क्योंकि नाइट्रोजन की उपलब्धता प्राथमिक उत्पादन और अपघटन सहित प्रमुख पारिस्थितिक तंत्र प्रक्रियाओं की दर को प्रभावित कर सकती है । जीवाश्म ईंधन के दहन, कृत्रिम नाइट्रोजन उर्वरकों के उपयोग और अपशिष्ट जल में नाइट्रोजन की रिहाई जैसी मानवीय गतिविधियों ने नाटकीय रूप से वैश्विक नाइट्रोजन चक्र को बदल दिया है ।वैश्विक नाइट्रोजन चक्र का मानव संशोधन प्राकृतिक पर्यावरण प्रणाली और मानव स्वास्थ्य को भी नकारात्मक रूप से प्रभावित कर सकता है।

नाइट्रोजन चक्र का एक सरल आरेख। नीले रंग के बक्से नाइट्रोजन के भंडार का प्रतिनिधित्व करते हैं, हरा लेखन उन प्रक्रियाओं के लिए है जो नाइट्रोजन को एक स्थान से दूसरे स्थान तक ले जाने के लिए होती हैं और लाल लेखन में सभी बैक्टीरिया शामिल होते हैं

नाइट्रोजन चक्र का शास्त्रीय प्रतिनिधित्व
प्रक्रियाओं

नाइट्रोजन नाइट्रोजन, अमोनियम (NH +
4 ), नाइट्राइट (NO -
2 ), नाइट्रेट (NO -
3 ), नाइट्रस ऑक्साइड (N 2 O), नाइट्रोजन ऑक्साइड (NO ) सहित कई प्रकार के रासायनिक रूपों में पर्यावरण में मौजूद है। ) या अकार्बनिक नाइट्रोजन गैस (एन 2 )। कार्बनिक नाइट्रोजन जीवित जीव, धरण या कार्बनिक पदार्थों के अपघटन के मध्यवर्ती उत्पादों के रूप में हो सकता है । नाइट्रोजन चक्र में प्रक्रियाएँ नाइट्रोजन को एक रूप से दूसरे रूप में बदलना है। उन प्रक्रियाओं में से कई रोगाणुओं द्वारा किए जाते हैंया तो ऊर्जा की कटाई करने के लिए या उनके विकास के लिए आवश्यक रूप में नाइट्रोजन संचित करने के उनके प्रयास में। उदाहरण के लिए, जानवरों द्वारा मूत्र में नाइट्रोजनयुक्त कचरे को पौधों द्वारा उपयोग की जाने वाली मिट्टी में बैक्टीरिया को नाइट्रिफाइंग द्वारा तोड़ दिया जाता है। साथ-साथ आरेख दिखाता है कि नाइट्रोजन चक्र बनाने के लिए ये प्रक्रियाएं एक साथ कैसे फिट होती हैं।

नाइट्रोजन नियतन

वायुमंडलीय, औद्योगिक और जैविक प्रक्रियाओं के माध्यम से नाइट्रेट्स गैस (एन 2 ) को नाइट्रेट्स और नाइट्राइट में परिवर्तित करने को नाइट्रोजन निर्धारण कहा जाता है। वायुमंडलीय नाइट्रोजन को संसाधित किया जाना चाहिए, या " निश्चित ", पौधों द्वारा उपयोग किए जाने वाले एक उपयोगी रूप में। 5 से 10 बिलियन किलोग्राम प्रति वर्ष बिजली के हमलों से तय होते हैं , लेकिन अधिकांश निर्धारण डायजेओट्रोफ के रूप में जाना जाने वाले मुक्त-जीवित या सहजीवी बैक्टीरिया द्वारा किया जाता है । इन जीवाणुओं में नाइट्रोजनस एंजाइम होता है जो अमोनिया पैदा करने के लिए हाइड्रोजन के साथ गैसीय नाइट्रोजन को मिलाता है , जिसे बैक्टीरिया द्वारा अन्य कार्बनिक यौगिकों में परिवर्तित किया जाता है। । अधिकांश जैविक नाइट्रोजन निर्धारण मो-नाइट्रोजनेज की गतिविधि से होता है, जो बैक्टीरिया और कुछ आर्किया की एक विस्तृत विविधता में पाया जाता है । मो-नाइट्रोजन एक जटिल दो-घटक एंजाइम है जिसमें कई धातु-युक्त कृत्रिम समूह होते हैं।मुक्त जीवाणुओं का एक उदाहरण एज़ोटोबैक्टर है । सहजीवी नाइट्रोजन-फिक्सिंग बैक्टीरिया जैसे कि राइजोबियम आमतौर पर फलियां (जैसे मटर, अल्फाल्फा, और टिड्डे के पेड़) के मूल नोड्यूल में रहते हैं । यहां वे पौधे के साथ एक पारस्परिक संबंध बनाते हैं , कार्बोहाइड्रेट के बदले में अमोनिया का उत्पादन करते हैं। इस रिश्ते के कारण, फलियां अक्सर नाइट्रोजन-खराब मिट्टी की नाइट्रोजन सामग्री को बढ़ाएंगी। कुछ गैर-फलियां भी ऐसे सहजीवन का निर्माण कर सकती हैं । आज, कुल निर्धारित नाइट्रोजन का लगभग 30% औद्योगिक रूप से हैबर-बॉश प्रक्रिया का उपयोग करके उत्पादित किया जाता है, जो नाइट्रोजन गैस और एक हाइड्रोजन स्रोत (प्राकृतिक गैस या पेट्रोलियम) को अमोनिया में बदलने के लिए उच्च तापमान और दबाव का उपयोग करता है।

नाइट्रोजन आत्मसात्करण

पौधे अपने मूल बाल द्वारा मिट्टी से नाइट्रेट या अमोनियम को अवशोषित कर सकते हैं। यदि नाइट्रेट को अवशोषित किया जाता है, तो इसे पहले नाइट्राइट आयनों और फिर अमोनियम आयनों को अमीनो एसिड, न्यूक्लिक एसिड और क्लोरोफिल में शामिल करने के लिए कम किया जाता है। जिन पौधों में राइज़ोबिया के साथ सहजीवी संबंध होता है, कुछ नाइट्रोजन को सीधे नोड्स से अमोनियम आयनों के रूप में आत्मसात किया जाता है। अब यह ज्ञात है कि राइजोबिया बैक्टेरॉइड और पौधों के बीच अमीनो एसिड का एक अधिक जटिल सायक्लिंग है । संयंत्र बैक्टिरॉइड को अमीनो एसिड प्रदान करता है इसलिए अमोनिया आत्मसात की आवश्यकता नहीं होती है और बैक्टेरॉइड अमीनो एसिड (नए नियत नाइट्रोजन के साथ) संयंत्र में वापस जाते हैं, इस प्रकार एक अन्योन्याश्रित संबंध बनाते हैं।जबकि कई जानवर, कवक और अन्य हेटरोट्रॉफ़िकजीव अमीनो एसिड , न्यूक्लियोटाइड्स , और अन्य छोटे कार्बनिक अणुओं के अंतर्ग्रहण द्वारा नाइट्रोजन प्राप्त करते हैं , अन्य हेटरोट्रॉफ़ (कई बैक्टीरिया सहित ) अकार्बनिक यौगिकों का उपयोग करने में सक्षम हैं, जैसे कि एकमात्र एन स्रोत। सभी जीवों में विभिन्न एन स्रोतों का उपयोग सावधानीपूर्वक विनियमित किया जाता है।

Ammonification

जब कोई पौधा या जानवर मर जाता है या कोई जानवर अपशिष्ट को बाहर निकालता है, तो नाइट्रोजन का प्रारंभिक रूप जैविक होता है । बैक्टीरिया या कवक वापस में अवशेष के भीतर कार्बनिक नाइट्रोजन परिवर्तित अमोनियम (एनएच +
4 ), नामक एक प्रक्रिया ammonification या खनिज ।

माइक्रोबियल नाइट्रोजन चक्र का एक योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व।एनामॉक्स अवायवीय अमोनियम ऑक्सीकरण है, डीएनआरए अमोनियम में घुलनशील नाइट्रेट में कमी है, और पूर्ण अमोनियम ऑक्सीकरण है।

नाइट्रीकरण

अमोनियम का नाइट्रेट में रूपांतरण मुख्य रूप से मिट्टी में रहने वाले बैक्टीरिया और अन्य नाइट्राइजिंग बैक्टीरिया द्वारा किया जाता है। नाइट्रिफिकेशन के प्राथमिक चरण में, नाइट्रोमोनस प्रजाति जैसे बैक्टीरिया द्वारा अमोनियम (एनएच +
4 ) का ऑक्सीकरण किया जाता है , जो अमोनिया को नाइट्राइट्स ( NO - 2 ) में परिवर्तित करता है । अन्य जीवाणु प्रजातियां जैसे कि नाइट्रोबैक्टर , नाइट्राइट के संकरण ( NO - 2 ) के लिए नाइट्रेट्स ( NO - 3 ) में जिम्मेदार हैं । यह अमोनिया (NH 3) के लिए महत्वपूर्ण है

नाइट्रेट्स या नाइट्राइट में परिवर्तित होना क्योंकि अमोनिया गैस पौधों के लिए विषाक्त है।

उनकी बहुत उच्च विलेयता के कारण और क्योंकि मिट्टी आयनों को बनाए रखने में अत्यधिक असमर्थ हैं , नाइट्रेट्स भूजल में प्रवेश कर सकते हैं । भूजल में ऊंचा नाइट्रेट पीने के पानी के उपयोग के लिए एक चिंता का विषय है क्योंकि नाइट्रेट शिशुओं में रक्त-ऑक्सीजन के स्तर के साथ हस्तक्षेप कर सकता है और मेथेमोग्लोबिनेमिया या ब्लू-बेबी सिंड्रोम का कारण बन सकता है ।जहां भूजल रिचार्ज धारा प्रवाहित होती है, नाइट्रेट-समृद्ध भूजल यूट्रोफिकेशन में योगदान कर सकता हैएक प्रक्रिया जो उच्च क्षारीय जनसंख्या और वृद्धि की ओर ले जाती है, विशेष रूप से नीली-हरी क्षारीय आबादी। जबकि मछली के जीवन के लिए सीधे विषाक्त नहीं है, जैसे कि अमोनिया, नाइट्रेट का मछली पर अप्रत्यक्ष प्रभाव हो सकता है अगर यह इस यूट्रोफिकेशन में योगदान देता है। नाइट्रोजन ने कुछ जल निकायों में गंभीर यूट्रोफिकेशन समस्याओं में योगदान दिया है। 2006 के बाद से, ब्रिटेन और संयुक्त राज्य अमेरिका में नाइट्रोजन उर्वरक के अनुप्रयोग को तेजी से नियंत्रित किया गया है। यह फास्फोरस उर्वरक के नियंत्रण के रूप में एक ही पंक्तियों के साथ हो रहा है, जिसमें से प्रतिबंध को आमतौर पर यूट्रोफाइड वॉटरबॉडी की वसूली के लिए आवश्यक माना जाता है।

अनाइट्रीकरण

विकृति नाइट्रोजन चक्र में नाइट्रेट्स की कमी को नाइट्रोजन चक्र को पूरा करती है। यह प्रक्रिया बैक्टीरिया की प्रजातियों जैसे स्यूडोमोनस और पैराकोकस द्वारा एनारोबिक परिस्थितियों में की जाती है। वे श्वसन के दौरान ऑक्सीजन के स्थान पर एक इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता के रूप में नाइट्रेट का उपयोग करते हैं। ये संकाय एनारोबिक बैक्टीरिया एरोबिक स्थितियों में भी रह सकते हैं। विसंक्रमण एनारोबिक स्थितियों में होता है जैसे जलयुक्त मिट्टी। निंदा करने वाले जीवाणु मिट्टी में नाइट्रेट का उपयोग श्वसन के लिए करते हैं और फलस्वरूप नाइट्रोजन गैस का उत्पादन करते हैं, जो पौधों के लिए अक्रिय और अनुपलब्ध है।

विसंगति नाइट्रेट अमोनियम में कमी

मुख्य लेख: डिसिमिलेटरी नाइट्रेट अमोनियम में कमी
अमोनियम (DNRA), या नाइट्रेट / नाइट्राइट अमोनियम में डिसिमिलेटरी नाइट्रेट की कमी एक अवायवीय श्वसन  प्रक्रिया है। सूक्ष्मजीव जो DNRA ऑक्सीडाइज़ कार्बनिक पदार्थ का कार्य करते हैं और नाइट्रेट का उपयोग इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता के रूप में करते हैं, इसे नाइट्राइट में घटाते हैं  , फिर  अमोनियम  (NO 3 - → NO 2 - → NH 4 + )।पर्यावरण में नाइट्रेट के लिए डेमिट्रिफाइंग और नाइट्रेट अम्मोनियिफिकेशन बैक्टीरिया दोनों प्रतिस्पर्धा करेंगे, हालांकि डीएनआरए डाइनिट्रोजन गैस के उत्पादन के बजाय घुलनशील अमोनियम के रूप में जैवउपलब्ध नाइट्रोजन का संरक्षण करने के लिए कार्य करता है।

अवायवीय अमोनिया ऑक्सीकरण

इस जैविक प्रक्रिया में, नाइट्राइट और अमोनिया को सीधे आणविक नाइट्रोजन (एन 2 ) गैस में परिवर्तित किया जाता है । यह प्रक्रिया महासागरों में नाइट्रोजन रूपांतरण का एक बड़ा हिस्सा बनाती है। इस " एनामॉक्स " रासायनिक प्रतिक्रिया के लिए संतुलित सूत्र है: NH +
4 + NO -
2 → N 2 + 2H 2 O (O G ° =)−357 kJ⋅mol −1 )।

अन्य प्रक्रियाएं

यद्यपि नाइट्रोजन स्थिरीकरण अधिकांश पारिस्थितिक तंत्रों में पादप-उपलब्ध नाइट्रोजन का प्राथमिक स्रोत है , नाइट्रोजन युक्त शयनकक्ष वाले क्षेत्रों में , इस चट्टान का टूटना भी नाइट्रोजन स्रोत के रूप में कार्य करता है।