Chu Trình Nitơ Trong Tự Nhiên

Chu Trình Nitơ Trong Tự Nhiên

1. Chu trình Nitơ là gì?

Chu trình Nitơ là một quá trình mà theo đó Nitơ bị biến đổi qua lại giữa các dạng hợp chất hóa học của nó. Việc biến đổi này có thể được tiến hành bởi cả hai quá trình sinh học và phi sinh học.

Quá trình quan trọng trong chu trình Nitơ bao gồm sự cố định Nitơ, khoáng hóa, Nitrat hóa, và khử Nitrat. Thành phần chính của khí quyển (khoảng 78%) là Nitơ, có thể xem đó là một bể chứa Nitơ lớn nhất.Tuy nhiên, Nitơ trong khí quyển có những giá trị sử dụng hạn chế đối với sinh vật, dẫn đến việc khan hiếm lượng Nitơ có thể sử dụng được đối với một số kiểu hệ sinh thái.

Chu trình Nitơ mô tả các quá trình chuyển hóa cũng như dạng chuyển hóa tồn tại của Nito vào trong các môi trường khác nhau để sinh vật có thể xử dụng và hấp thụ.

2. Chức năng sinh thái

Nitơ là một chất cần thiết cho nhiều quá trình và là chất chủ yếu của bất kỳ dạng sống nào trên Trái Đất. Nó là thành phần chính trong tất cả amino axit, cũng như liên kết với protein và có mặt trong các chất cơ bản cấu thành nên các axit nucleic, như ADN và RNA.

Trong thực vật, hầu hết Nitơ được dùng trong các phân tử chlorophyll, là chất cần thiết cho quá trình quang hợp và sự phát triển về sau của chúng. Mặc dù Nitơ trong khí quyển Trái Đất là một nguồn phong phú, tuy nhiên hầu hết chúng không thể được sử dụng trực tiếp bởi các loài thực vật.

Quá trình hóa học, hoặc quá trình cố định Nitơ tự nhiên là cần thiết để chuyển đổi khí Nitơ thành các dạng mà sinh vật có thể sử dụng được, quá trình này làm cho nitơ trở thành một thành phần quan trọng trong quá trình sản xuất ra thức ăn. Sự phong phú hay khan hiếm lượng Nitơ ở dạng đã được cố định này ám chỉ lượng thức ăn nhiều hay ít để hỗ trợ cho sự phát triển của một mảnh đất.

3. Các quá trình trong chu trình Nito

Nitơ trong môi trường tồn tại ở nhiều dạng hóa học khác nhau bao gồm ammoni (NH₄⁺), nitrit (NO₂^–), nitrat (NO₃^–), nitơ ôxit (N₂O), nitric ôxit (NO), hoặc nitơ trong không khí (N₂).

Nitơ hữu cơ có thể tồn tại trong các sinh vật sống, đất mùn, hoặc các sản phẩm trung gian của quá trình phân hủy các vật chất hữu cơ. Các quá trình trong chu trình Nitơ chuyển đổi Nitơ từ một dạng này sang dạng khác. Một số quá trình này được tiến hành bởi các vi khuẩn, qua quá trình đó hoặc để chúng lấy năng lượng hoặc để tích tụ nitơ thành một dạng cần thiết cho sự phát triển của chúng. Sơ đồ bên trên thể hiện cách màn các quá trình này tương thích với nhau để tạo ra chu trình Nitơ.

Cố định đạm

Thường được gọi là cố định Nitơ là quá trình là quá trình biến đổi Nitơ tự do (N₂) trong khí quyển thành các hợp chất có Nitơ.

Sản phẩm ban đầu của quá trình này rất đa dạng: có thể là muối NH₃, từ đó tạo nên amoni (NH₄⁺) hoặc nhiều hợp chất khác. Điều này rất quan trọng vì Nitơ tự do trong khí quyển là khí trơ, trong cấu tạo phân tử nó có liên kết ba giữa 2 nguyên tử Nito rất bền vững, rất khó phản ứng với các hóa chất khác để tạo ra hợp chất mới.

Quá trình cố định Nitơ trong tự nhiên thường diễn ra theo nhiều con đường khác nhau:

• Con đường lý – hoá do tia chớp và phản ứng quang hoá. (con đường phi sinh học)
• Con đường sinh học do các vi sinh vật đặc biệt.(con đường sinh học)

Qua con đường phi sinh học Nitơ có thể được cố định bằng cách kết hợp với ôxy thành dạng NOx (nitrogen oxides), nhờ tác động của tia chớp (tia sét). Các tia sét mang năng lượng lớn sẽ phá vỡ liên kết N-N để tạo thành nguyên tử N, nguyên tử N ngay lập tức sẽ phản ứng với Oxy trong không khí để tạo ra NOx.

Phản ứng này tỏa nhiệt lớn chính là nguyên nhân gây ra tiếng nổ lớn mỗi khi có sấm sét. Khí NOx sau đó kết hợp với nước tạo ra muối nitrit hoặc tạo nên axit nitric (HNO₃) thấm xuống đất, tạo ra nhiều loại muối ở dạng nitrat cây rất dễ hấp thu. Bởi thế, nông dân Việt Nam từ xa xưa đã có câu :

“Lúa chiêm lấp ló đầu bờ

Hễ nghe tiếng sấm phất cờ mà lên”

Đồng hóa Nitơ

Thực vật lấy Nitơ trong đất bằng cách hấp thụ chúng qua rễ cây ở dạng ion Nitrat hoặc Amoni. Tất cả Nitơ mà động vật tiêu thụ có thể quay ngược trở lại làm thức ăn cho thực vật ở một vài giai đoạn trong chuỗi thức ăn.

Thực vật có thể hấp thụ các ion Nitrat hoặc amoni từ đất thông qua lông của rễ, đây là quá trình khử đầu tiên là các ion nitrat và sau đó là các amoni cho việc tổng hợp thành amino axit, nucleic axit và diệp lục.

Amoni hóa

Khi thực vật hoặc động vật chết đi thì dạng ban đầu của Nitơ là chất hữu cơ. Vi khuẩn hoặc nấm, trong một số trường hợp, chuyển đổi nitơ trong xác của chúng thành amoni (NH₄⁺), quá trình này được gọi là quá trình amoni hóa hay khoáng hóa. Theo quá trình rửa trôi của nước mưa hoặc nước ngầm amoni này sẽ đi vào nước và gây chô nhiễm nước.

Nitrat hóa

Quá trình chuyển đổi amoni thành nitrat được tiến hành đầu tiên bởi các vi khuẩn sống và các loại vi khuẩn nitrat hóa khác. Trong giai đoạn nitrat hóa đầu tiên này, sự ôxy hóa amoni (NH₄⁺) được tiến hành bởi các loài vi khuẩn Nitrosomonas, quá trình này chuyển đổi amoniac thành nitrit (NO₂^–). Các loại vi khuẩn khác như Nitrobacter có nhiệm vụ ôxy hóa nitrit thành nitrat (NO₃^–).

Việc biến đổi nitrit thành nitrat là một quá trình quan trọng vì sự tích tụ của nitrit sẽ gây ngộ độc cho sinh vật trong nước cũng như thực vật.

Tham khảo sản phẩm:

• Vi sinh xử lý nước thải Microbe-lift N1
• Men vi sinh xử lý khí độc NO2 (Bio-TCXH)

Do khả năng hòa tan rất cao nên Nitrat có thể di chuyển vào trong nước ngầm. Nồng độ Nitrat cao trong nước ngầm là một mối quan tâm đối với nước uống vì Nitrat có thể xen vào ngăn cản sự hòa tan của ôxy trong máu của trẻ sơ sinh và gây bệnh methemoglobinemia hoặc hội chứng trẻ da xanh.

Ở nơi mà nước ngầm cấp cho sông suối, nước ngầm có hàm lượng Nitrat cao có thể góp phần vào hiện tượng phú dưỡng, đây là một hiện tượng làm tăng số lượng tảo, đặc biệt là các loài tảo lục và gây chết các loài thủy sinh do chúng tiêu thụ hết lượng ôxy trong nước.

Khử nitrat

Đây là quá trình khử nitrat thành khí nitơ (N₂), hoàn tất chu trình Nitơ. Quá trình này xảy ra nhờ các loại vi khuẩn như Pseudomonas và Clostridium trong môi trường kỵ khí. Chúng sử dụng Nitrat làm chất nhận electron từ ôxy trong quá trình hô hấp từ đó phá vỡ liên kết N-O và hình thành liên kết N-N bền vững hình thành khí N2 và thoát ra khỏi nước. Các vi khuẩn kỵ khí ngẫu nhiên này cũng có thể sống trong các môi trường hiếu khí.

Trên đây là một vài chia sẻ của chúng tôi về chu trình Nito trong tự nhiên. Hy vọng mọi người sẽ có cái nhìn tổng quát hơn về các dạng tồn tại và chuyển hóa của Nito trong cuộc sống hằng ngày của chúng ta. Để hoàn thành chu trình này một phần rất quan trọng là khử Nito. Trong bài viết tiếp theo chúng tôi sẽ trình bày kỹ về quá trình khử Nito trong nước đặc biệt là trong nước thải, vấn đề đang rất được chú trọng và quan tậm hiện nay.

Tác giả: Lê Nguyên

Mọi thắc mắc về “Chu trình Nitơ trong tự nhiên”, xin vui lòng liên hệ:

CÔNG TY CỔ PHẦN ĐẦU TƯ THƯƠNG MẠI DỊCH VỤ TIN CẬY

Địa chỉ: Số 4, Đường số 3, KDC Vạn Phúc, P Hiệp Bình Phước, TP. Thủ Đức, TP. Hồ Chí Minh

Điện thoại: (028) 2253 3535 – 0902 650 369 – 0902 885 547 – 0902 671 281 – 0903 908 671

Email: kinhdoanh@tincay.com; tincaygroup@gmail.com, tincay@tincay.com

Website: tincay.com | thuysantincay.com | nongnhan.com

Youtube: Cty Tin Cậy | Nông Nhàn | Thuỷ Sản Tin Cậy

Facebook: Tin Cậy Group | Thủy Sản Tin Cậy | Thông tin nông nghiệp & chia sẻ