నైట్రోజన్ సైకిల్‌ను అర్థం చేసుకోండి
బయోజెకెమికల్ సైకిల్స్‌లో, నత్రజని అత్యంత విస్తృతంగా అధ్యయనం చేయబడింది. సారాంశాన్ని తనిఖీ చేయండి మరియు దాని ప్రాముఖ్యతను తెలుసుకోండి
నత్రజని భూమిపై జీవం యొక్క ఉనికికి అవసరమైన రసాయన మూలకం, ఎందుకంటే ఇది నత్రజని స్థావరాలు (DNA మరియు RNA అణువులను తయారు చేసేవి)తో పాటు మన శరీరంలోని అన్ని అమైనో ఆమ్లాలలో ఒక భాగం. మనం పీల్చే గాలిలో దాదాపు 78% వాతావరణ నైట్రోజన్ (N 2)తో కూడి ఉంటుంది, ఇది దాని అతిపెద్ద రిజర్వాయర్. దీనికి ఒక కారణం ఏమిటంటే, N 2 అనేది నత్రజని యొక్క జడ రూపం, అంటే, ఇది సాధారణ పరిస్థితుల్లో రియాక్టివ్‌గా ఉండని వాయువు. ఆ విధంగా, గ్రహం ఏర్పడినప్పటి నుండి ఇది వాతావరణంలో పేరుకుపోతుంది. అయినప్పటికీ, కొన్ని జీవులు దాని పరమాణు రూపంలో (N 2) గ్రహించగలవు. ఇనుము మరియు సల్ఫర్ వంటి నత్రజని సహజ చక్రంలో పాల్గొంటుందని తేలింది, ఈ సమయంలో దాని రసాయన నిర్మాణం ప్రతి దశలోనూ పరివర్తన చెందుతుంది, ఇతర ప్రతిచర్యలకు ప్రాతిపదికగా పనిచేస్తుంది మరియు తద్వారా ఇతర జీవులకు అందుబాటులో ఉంటుంది - ఇది గొప్ప ప్రాముఖ్యత. నత్రజని చక్రం (లేదా "నత్రజని చక్రం").
వాతావరణ N 2 మట్టిని చేరుకోవడానికి, పర్యావరణ వ్యవస్థలోకి ప్రవేశించడానికి, అది స్థిరీకరణ అని పిలువబడే ఒక ప్రక్రియ ద్వారా వెళ్లాలి, ఇది నైట్రిఫైయింగ్ బ్యాక్టీరియా యొక్క చిన్న సమూహాలచే నిర్వహించబడుతుంది, ఇది N 2 రూపంలో నత్రజనిని తీసివేసి, వాటి సేంద్రీయ అణువులలో కలుపుతుంది. బ్యాక్టీరియా వంటి జీవుల ద్వారా స్థిరీకరణను నిర్వహించినప్పుడు, దానిని జీవసంబంధ స్థిరీకరణ లేదా బయోఫిక్సేషన్ అంటారు. ప్రస్తుతం, నత్రజని స్థిరీకరణ కోసం వాణిజ్య ఎరువులను ఉపయోగించడం కూడా సాధ్యమే, పారిశ్రామిక స్థిరీకరణను వర్గీకరించడం, వ్యవసాయంలో విస్తృతంగా ఉపయోగించే పద్ధతి. వీటితో పాటు, భౌతిక స్థిరీకరణ కూడా ఉంది, ఇది మెరుపు మరియు విద్యుత్ స్పార్క్స్ ద్వారా నిర్వహించబడుతుంది, దీని ద్వారా నత్రజని ఆక్సీకరణం చెందుతుంది మరియు వర్షపాతం ద్వారా మట్టిలోకి తీసుకువెళుతుంది, అయితే ఈ పద్ధతిలో నత్రజని స్థిరీకరణ సామర్థ్యం తగ్గింది, ఇది జీవులకు సరిపోదు. మరియు భూమిపై జీవం తమను తాము నిలబెట్టుకోవడానికి.
బాక్టీరియా, N 2 ఫిక్సింగ్ చేసినప్పుడు, అమ్మోనియా విడుదల (NH 3 ). అమ్మోనియా, నేల నీటి అణువులతో సంబంధంలో ఉన్నప్పుడు, అమ్మోనియం హైడ్రాక్సైడ్‌ను ఏర్పరుస్తుంది, ఇది అయనీకరణం చేయబడినప్పుడు, అమ్మోనియం (NH 4) ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది, ఈ ప్రక్రియలో నత్రజని చక్రంలో భాగం మరియు అమ్మోనిఫికేషన్ అంటారు. ప్రకృతిలో, అమ్మోనియా మరియు అమ్మోనియా మధ్య సమతుల్యత ఉంది, ఇది pH ద్వారా నియంత్రించబడుతుంది. pH మరింత ఆమ్లంగా ఉన్న పరిసరాలలో, NH 4 ఏర్పడటం ప్రధానంగా ఉంటుంది మరియు మరింత ప్రాథమిక వాతావరణంలో, అత్యంత సాధారణ ప్రక్రియ NH 3 ఏర్పడటం. ఈ అమ్మోనియం శోషించబడుతుంది మరియు ప్రధానంగా వాటి మూలాలతో (బాక్టీరియోరైజేట్స్) బ్యాక్టీరియాను కలిగి ఉన్న మొక్కలచే ఉపయోగించబడుతుంది. స్వేచ్ఛా-జీవన బ్యాక్టీరియా ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడినప్పుడు, ఈ అమ్మోనియం ఇతర బ్యాక్టీరియా (నైట్రోబాక్టీరియా) ద్వారా ఉపయోగం కోసం మట్టిలో అందుబాటులో ఉంటుంది.
నైట్రోబాక్టీరియా కెమోసింథటిక్స్, అంటే, అవి ఆటోట్రోఫిక్ జీవులు (తమ స్వంత ఆహారాన్ని ఉత్పత్తి చేస్తాయి), ఇవి రసాయన ప్రతిచర్యల నుండి వాటి మనుగడకు అవసరమైన శక్తిని సంగ్రహిస్తాయి. ఈ శక్తిని పొందడానికి, వారు అమ్మోనియంను ఆక్సీకరణం చేస్తారు, దానిని నైట్రేట్ (NO 2 - ) గా మరియు తరువాత నైట్రేట్ (NO 3 - ) గా మారుస్తారు. నత్రజని చక్రం యొక్క ఈ ప్రక్రియను నైట్రిఫికేషన్ అంటారు.
నైట్రేట్ మట్టిలో స్వేచ్ఛగా ఉంటుంది మరియు సహజంగా చెక్కుచెదరని వాతావరణాలలో పేరుకుపోయే ధోరణి లేదు, అంటే ఇది మూడు వేర్వేరు మార్గాలను తీసుకోవచ్చు: మొక్కల ద్వారా గ్రహించబడుతుంది, నిర్మూలించబడుతుంది లేదా నీటి వనరులను చేరుకుంటుంది. డీనిట్రిఫికేషన్ మరియు నీటి వనరులకు నైట్రేట్ యొక్క ప్రవాహం రెండూ పర్యావరణానికి ప్రతికూల పరిణామాలను కలిగి ఉంటాయి.
పర్యావరణంపై ప్రభావాలు
డెనిట్రిఫికేషన్ (లేదా డీనిట్రిఫికేషన్) అనేది డెనిట్రిఫైయర్స్ అని పిలువబడే బ్యాక్టీరియా ద్వారా నిర్వహించబడే ప్రక్రియ, ఇది నైట్రేట్‌ను మళ్లీ N 2గా మారుస్తుంది, నైట్రోజన్‌ను వాతావరణంలోకి తిరిగి ఇస్తుంది. N 2తో పాటు, ఉత్పత్తి చేయగల ఇతర వాయువులు నైట్రిక్ ఆక్సైడ్ (NO), ఇది వాతావరణ ఆక్సిజన్‌తో కలిసి, ఆమ్ల వర్షం ఏర్పడటానికి అనుకూలంగా ఉంటుంది మరియు నైట్రస్ ఆక్సైడ్ (N 2 O), ఇది ఒక ముఖ్యమైన కారక వాయువు గ్రీన్‌హౌస్ ప్రభావం, ఇది భూతాపాన్ని తీవ్రతరం చేస్తుంది.
నైట్రేట్ నీటి వనరులను చేరే మూడవ మార్గం, యూట్రోఫికేషన్ అనే పర్యావరణ సమస్యను కలిగిస్తుంది. ఈ ప్రక్రియ సరస్సు లేదా ఆనకట్ట నీటిలో పోషకాల (ప్రధానంగా నత్రజని సమ్మేళనాలు మరియు భాస్వరం) సాంద్రత పెరుగుదల ద్వారా వర్గీకరించబడుతుంది. ఈ అదనపు పోషకాలు ఆల్గే యొక్క వేగవంతమైన గుణకారానికి అనుకూలంగా ఉంటాయి, ఇది కాంతి మార్గానికి ఆటంకం కలిగిస్తుంది, జల వాతావరణాన్ని అసమతుల్యత చేస్తుంది. నీటి వాతావరణంలో ఈ అదనపు పోషకాలను అందించడానికి మరొక మార్గం తగినంత శుద్ధి చేయకుండా మురుగునీటిని విడుదల చేయడం.
పరిగణించవలసిన మరో సమస్య ఏమిటంటే, నత్రజని మొక్కలు వాటి సమీకరణ సామర్థ్యాలకు మించిన మొత్తంలో ఉన్నప్పుడు వాటికి హానికరం. అందువలన, మట్టిలో స్థిరపడిన నత్రజని అధికంగా మొక్కల పెరుగుదలను పరిమితం చేస్తుంది, పంటలకు హాని కలిగిస్తుంది. అందువల్ల, కంపోస్టింగ్ ప్రక్రియలలో కార్బన్/నైట్రోజన్ నిష్పత్తిని కూడా పరిగణనలోకి తీసుకోవాలి, తద్వారా కుళ్ళిపోయే ప్రక్రియలో పాల్గొన్న సూక్ష్మజీవుల కాలనీల జీవక్రియలు ఎల్లప్పుడూ చురుకుగా ఉంటాయి.
మానవులు నత్రజని తీసుకోవడం
ఈ పదార్థాన్ని గ్రహించిన మొక్కలను తీసుకోవడం ద్వారా లేదా ఆహార గొలుసు ప్రకారం, ఈ మొక్కలను పోషించే ఇతర జంతువులను తీసుకోవడం ద్వారా మానవులు మరియు ఇతర జంతువులు నైట్రేట్‌ను పొందుతాయి. ఈ నైట్రేట్ నత్రజని సమ్మేళనాలను కలిగి ఉన్న జీవి (సేంద్రీయ పదార్థం) లేదా విసర్జన (యూరియా లేదా యూరిక్ యాసిడ్, చాలా భూ జంతువులలో మరియు అమ్మోనియా, చేపల విసర్జనలో) నుండి చక్రానికి తిరిగి వస్తుంది. అందువలన, కుళ్ళిపోయే బాక్టీరియా అమ్మోనియాను విడుదల చేసే సేంద్రీయ పదార్థంపై పని చేస్తుంది. అమ్మోనియాను అదే నైట్రోబాక్టీరియా ద్వారా నైట్రేట్‌లు మరియు నైట్రేట్‌లుగా కూడా మార్చవచ్చు, ఇది అమ్మోనియాను మార్చడం, చక్రంలో కలిసిపోతుంది.
ఎరువులకు ప్రత్యామ్నాయం
మేము చూసినట్లుగా, మట్టిలో నత్రజని యొక్క స్థిరీకరణ సానుకూల ప్రభావాలను కలిగి ఉంటుంది, కానీ ప్రక్రియ అధికంగా సంభవిస్తుంది, ఇది పర్యావరణానికి ప్రతికూల పరిణామాలను కలిగి ఉంటుంది. నత్రజని చక్రంలో మానవత్వం యొక్క జోక్యం పారిశ్రామిక స్థిరీకరణ (ఎరువుల వాడకం ద్వారా) ద్వారా సంభవిస్తుంది, ఇది నత్రజని యొక్క గాఢతను స్థిరీకరించడానికి పెంచుతుంది, ఇది పైన పేర్కొన్న సమస్యలకు కారణమవుతుంది.
ఎరువుల వినియోగానికి ప్రత్యామ్నాయం పంట భ్రమణం, నత్రజని-ఫిక్సింగ్ మరియు నాన్-నైట్రోజన్-ఫిక్సింగ్ మొక్కల యొక్క ప్రత్యామ్నాయ సంస్కృతులు. నత్రజని-ఫిక్సింగ్ మొక్కలు వాటి మూలాలతో సంబంధం ఉన్న బ్యాక్టీరియా మరియు ఇతర ఫిక్సింగ్ జీవులను కలిగి ఉంటాయి, ఇవి లెగ్యుమినస్ మొక్కలలో (బీన్స్ మరియు సోయాబీన్స్ వంటివి) సంభవిస్తాయి. భ్రమణం ఎరువుల వాడకం కంటే సురక్షితమైన మొత్తంలో నత్రజని స్థిరీకరణకు అనుకూలంగా ఉంటుంది, మొక్కల సమీకరణ సామర్థ్యానికి అనుగుణంగా పోషకాలను అందిస్తుంది, వాటి అభివృద్ధికి అనుకూలంగా ఉంటుంది మరియు నీటి వనరులకు చేరే పోషకాల స్థాయిలను తగ్గిస్తుంది. ఎరువుల స్థానంలో "ఆకుపచ్చ ఎరువు" అని పిలువబడే ఇదే విధమైన ప్రక్రియను కూడా ఉపయోగించవచ్చు.
ఈ ప్రక్రియలో నత్రజని-ఫిక్సింగ్ మొక్కలను పండించడం మరియు అవి విత్తనాలను ఉత్పత్తి చేసే ముందు వాటిని కత్తిరించడం, వాటిని రక్షక కవచంగా ఉంచడం వంటివి ఉంటాయి, తద్వారా ఇతర జాతుల తరువాత సంస్కృతులు తయారు చేయబడతాయి. వ్యాసం అంతటా చూసిన దాని సారాంశాన్ని మాకు అందించే చిత్రాన్ని మనం దిగువన తనిఖీ చేయవచ్చు:
అనామ్మోక్స్
ఆంగ్లంలో ఎక్రోనిం (దీని అర్థం అమ్మోనియా యొక్క వాయురహిత ఆక్సీకరణం) నీరు మరియు వాయువుల నుండి అమ్మోనియాను తొలగించడానికి ఒక వినూత్న జీవ ప్రక్రియను పేర్కొంది.
ఇది సత్వరమార్గం, ఎందుకంటే అమ్మోనియాను నైట్రేట్‌గా నైట్రైట్ చేయనవసరం లేదు మరియు నైట్రేట్‌ను తిరిగి N 2 రూపానికి డీనైట్రిఫై చేయాల్సిన అవసరం ఉండదు. ANAMMOX ప్రక్రియతో, అమ్మోనియా నేరుగా నత్రజని వాయువుగా (N 2) మార్చబడుతుంది. మొదటి పెద్ద-స్థాయి స్టేషన్ 2002లో నెదర్లాండ్స్‌లో స్థాపించబడింది మరియు 2012 నాటికి, ఇప్పటికే 11 సౌకర్యాలు అమలులో ఉన్నాయి.
సమర్థవంతమైన మరియు స్థిరమైన, ANAMMOX ప్రక్రియ 100 mg/l కంటే ఎక్కువ గాఢతలో ప్రసరించే పదార్థాల నుండి అమ్మోనియాను తొలగించడానికి ఉపయోగించబడుతుంది. రియాక్టర్ల లోపల, నైట్రిఫైయింగ్ బ్యాక్టీరియా మరియు ANAMMOX కలిసి ఉంటాయి, ఇక్కడ మొదటిది అమ్మోనియాలో సగం నైట్రైడ్‌లుగా (నత్రజనిని వాటి కూర్పులో ఉన్న రసాయన సమ్మేళనాలు)గా మారుస్తుంది మరియు ANAMMOX బ్యాక్టీరియా నైట్రైడ్‌లు మరియు అమ్మోనియాను నైట్రోజన్ వాయువుగా మార్చడం ద్వారా పనిచేస్తుంది.
అమ్మోనియా యొక్క వాయురహిత ఆక్సీకరణ ఆశాజనకంగా ఉన్నట్లు చూపబడింది మరియు మురుగునీటి శుద్ధి, సేంద్రీయ ఘన వ్యర్థాలు, ఆహారం మరియు ఎరువుల పరిశ్రమలు వంటి పారిశ్రామిక ప్రక్రియలలో ఇప్పటికే కనుగొనవచ్చు.
