چرخه نیتروژن

چرخۀ نیتروژن (nitrogen cycle)
(یا: چرخۀ ازت) همۀ موجودات زنده در چرخۀ نیتروژن سهیم اند، چرخه ای که دربرگیرندۀ فرآیندها و واکنش های شیمیایی است که در تولید نیتروژن آلی از نیتروژن معدنی دخالت دارند و پس از آن نیتروژن آلی را تجزیه می کنند و به شکل معدنی برمی گردانند. نیتروژن عنصری نسبتاً بی اثر است و به آسانی با عناصر دیگر ترکیب نمی شود. هرچند مقدار کمی از آن به طور طبیعی در ترکیب هایی یافت می شود که پوستۀ کرۀ زمین را تشکیل می دهند، اما قسمت اعظم آن به حالت گازی است، و ۷۸ درصد جوّ را تشکیل می دهد.
آمونیاکی کردن. چرخۀآمونیاکی کردنوقتی آغاز می شود که نیتروژن و هیدروژنِ موجود در جوّ باهم ترکیب می شوند و آمونیاک تشکیل می دهند؛ انرژی برقیِ آذرخش این واکنش را به وجود می آورد. آمونیاک با آب باران ترکیب می شود و به صورت اسید نیتریک رقیق در دسترس گیاهان سبز قرار می گیرد. آمونیاک از فروپاشی پروتئین هایی نیز استخراج می شود که یاخته های گیاهی و جانوری را می سازند. این مادّۀ شیمیایی، پس از ترکیب شدن با فرآورده های نورساخت (فتوسنتز)، به صورت اسیدهای آمینه مصرف می شود که مؤلفه های اساسی پروتئین های گیاهی به شمار می آیند. جانوران پروتئین های گیاهی را می خورند. درخلال فرآیند گوارش، آن ها را تجزیه و به اسیدهای آمینه تبدیل می کنند، و آن ها را باز ترکیب می کنند تا صورت های ویژۀ پروتئین خود را تشکیل دهند تا بافت ها و اندام هایشان را بسازند.
نیترات زدایی. بعضی از باکتری های خاک ترکیب های حاوی نیتروژن را به آمونیاک و نیتروژن جوّی تبدیل می کنند؛ این فرآیند را نیترات زدایی می نامند. این باکتری ها، به نام باکتری های نیترات زدا، نه تنها از طریق تجزیۀ ترکیب های نیتروژن داری چون اوره و اسید اوریک که از حیوانات زنده دفع می شوند انرژی خود را تأمین می کنند، بلکه از ترکیب های نیتروژن دار حاصل از تلاش و فساد مواد آلی نیز انرژی به دست می آورند.
نیترات سازی. چندین جنس از باکتری ها، که در خاک هم زنده اند، در فرآیند نیترات سازی دخیل اند. جنس های باکتریایی مانند نیتروسوموناها و نیتروسوکوکوها آمونیاک را به نیتریت ها تبدیل می کنند. گونه های نیتروباکترها نیتریت ها را به نیترات ها تبدیل می کنند، و سپس گیاهان سبز از نیترات ها برای تولید اسیدهای آمینو بهره می گیرند. دو جنس شایع دیگر باکتری های خاک، کلوستریدیوم بی هوازی و آزوتوباکتر هوازی، از نیتروژن آزاد نیتریت و نیترات تولید می کنند.
تثبیت نیتروژن. چندین جنس از باکتری ها، قارچ ها، و جلبک های سبز ـ آبی در فرآیند تثبیت نیتروژن دخیل اند. این سازواره ها نیتروژن آلی را به آمونیاک تبدیل می کنند، که گیاهان عالی برای تولید ترکیب های پیچیدۀ حاوی نیتروژن آن را به مصرف می رسانند. یکی از جنس های مهم باکتری های تثبیت کنندۀ نیتروژن، ریزوبیوم است که غده، یا گره های کوچک، روی ریشۀ حبوبات را تشکیل می دهند. این باکتری ها از گیاهان سبز غذا دریافت می کنند، و حبوبات مقادیر فراوانی ترکیب های نیتروژن قابل استفاده از این باکتری ها می گیرند؛ این امر نمونه ای از همزیستی است که هر دو سازواره از آن بهره مند می شوند. به همین دلیل، اعضای این خانواده و خانواده هایی چون شبدر، یونجه، حبوبات، و انواع بادام زمینی منابع سرشار پروتئین به شمار می روند. امروزه باغبانان در هنگام کاشتن حبوبات و بقولات، برای برداشت محصولی فراوان و مرغوب، خاک را از گونه های مناسب ریزوبیوم انباشته می کنند. رابطۀ همزیستی دیگری بین یکی از گونه های جلبک های سبز ـ آبیِ تثبیت کنندۀ نیتروژن، یعنی آنابانا، و سرخس آبی، آزولاپیناتا، یافت می شود. کشاورزان ناحیۀ تای، واقع در بخش شمالی ویتنام، این دو سازواره را کشت می کنند و کلنی های آغازگر را به برنجکاران می فروشند. بازده محصول مزارع برنجی که با این ترکیب به زیرکشت بروند، پنجاه تا صددرصد افزایش می یابد.
کودهای ازت. در ۱۹۰۲، چارلز برادلی و جسی لاوجوی از طریق عبوردادن هوا از یک قوس الکتریکی قوی به دو برابر کردن یکی از فرآیندهای طبیعی برای تولید ترکیب نیتروژن دار توفیق یافتند. فریتس هابِر و کارل بوش روشی را برای سنتزکردن (تولید مصنوعی) آمونیاک از هیدروژن و نیتروژن ابداع کردند؛ تولید آمونیاک به کمک فرآیند هابر ـ بوش در ۱۹۱۱ آغاز شد. از این روش ها برای تولید کودهای ازت، که کمبودهای ترکیب خاک را جبران می کنند بهره گرفته شده است.