αζώτου, κύκλος του-

Ο κ. του α., ο πιο σύνθετος από τους βιογεωχημικούς κύκλους περιλαμβάνει όπως και οι υπόλοιποι κύκλοι, δύο δεξαμενές που επικοινωνούν μεταξύ τους: τη δεξαμενή αποθήκευσης στην οποία αποθηκεύεται το χημικό στοιχείο και τη δεξαμενή ανταλλαγής στην οποία διενεργούνται οι ανταλλαγές του, μεταξύ των βιοτικών και αβιοτικών παραγόντων των οικοσυστημάτων. Εισαγωγή του αζώτου από τη δεξαμενή αποθήκευσης στη δεξαμενή ανταλλαγής. Το άζωτο, αν και αφθονεί στην ατμόσφαιρα, που αποτελεί την κύρια δεξαμενή αποθήκευσής του, (78% κ.ο. περιεκτικότητα σε άζωτο), δεν μπορεί να προσληφθεί, άμεσα από τα φυτά στην αέρια μορφή (Ν₂), και να εισαχθεί μέσω αυτών στη δεξαμενή ανταλλαγής που βρίσκεται στο έδαφος, γιατί τα φυτά είναι ικανά να το παραλαμβάνουν μόνο στη μορφή των νιτρικών ιόντων (ΝΟ₃-). Για τον λόγο αυτό η δέσμευση του ατμοσφαιρικού αζώτου γίνεται μέσω άλλων διεργασιών στις οποίες αναμειγνύονται μικροοργανισμοί (βιολογική αζωτοδέσμευση) ή φυσικά φαινόμενα (φυσική ή ατμοσφαιρική αζωτοδέσμευση). Στη βιολογική αζωτοδέσμευση μετέχουν εξειδικευμένοι μικροοργανισμοί οι οποίοι έχουν την ικανότητα να προσλαμβάνουν το άζωτο άμεσα από την ατμόσφαιρα. Στους μικροοργανισμούς αυτούς συγκαταλέγονται κυρίως τα βακτήρια του γένους rhizobium (αζωτοβακτήρια ή αζωτοδεσμευτικά βακτήρια), αλλά και μερικά είδη φυκών και μυκήτων. Τα αζωτοδεσμευτικά βακτήρια ζουν συμβιωτικά με τα ψυχανθή (τριφύλλι, φασόλια, σόγια, μπιζέλια), στις ρίζες των οποίων σχηματίζουν χαρακτηριστικές διογκώσεις, τα φυμάτια, αλλά και ελεύθερα στο έδαφος. Η συμβίωση βακτηρίου και ψυχανθούς είναι επωφελής και για τα δύο μέρη, καθώς στα φυμάτια, τα βακτήρια δεσμεύουν το ατμοσφαιρικό άζωτο και το μετατρέπουν σε νιτρικά ιόντα που παραλαμβάνονται από το φυτό, ενώ προσλαμβάνουν από το φυτό γλυκόζη, την οποία δεν μπορούν να παραγάγουν τα ίδια, καθώς δεν φωτοσυνθέτουν. Ταυτόχρονα όμως με τη βιολογική αζωτοδέσμευση εμπλουτίζεται άμεσα και το έδαφος, γιατί ένα μέρος των νιτρικών ιόντων που έχει παραχθεί από τα βακτήρια απελευθερώνεται σε αυτό. Η ευνοϊκή επίδραση της καλλιέργειας ψυχανθών στη γονιμότητα του εδάφους είχε γίνει αντιληπτή από τα πανάρχαια χρόνια. Πράγματι τότε, όπως και τώρα, συνήθιζαν να χρησιμοποιούν την τακτική της αμειψισποράς, δηλαδή την εναλλαγή της καλλιέργειας σιτηρών με καλλιέργεια ψυχανθών, προκειμένου να εμπλουτίζεται το έδαφος με άζωτο και έτσι να αυξάνεται η σοδειά. Με τη βιολογική αζωτοδέσμευση εισάγεται στη δεξαμενή ανταλλαγής το μεγαλύτερο ποσοστό του συνολικώς δεσμευομένου αζώτου στη βιόσφαιρα (90%). Στη φυσική αζωτοδέσμευση το αέριο άζωτο με ενέργεια που προσφέρεται από τις ηλεκτρικές εκκενώσεις (κεραυνοί) ενώνεται με το υδρογόνο και το οξυγόνο ώστε να παραχθούν αντίστοιχα αμμωνία (ΝΗ₃) και νιτρικά ιόντα. Στη συνέχεια, με το νερό της βροχής η αμμωνία και τα νιτρικά ιόντα μεταφέρονται στο έδαφος. Κυκλοφορία του αζώτου στις τροφικές αλυσίδες. Τα νιτρικά ιόντα που παραλαμβάνουν τα φυτά από το έδαφος ή από τα αζωτοδεσμευτικά βακτήρια, αν είναι ψυχανθή, χρησιμοποιούνται στη σύνθεση των αζωτούχων δομικών λίθων (αμινοξέων και νουκλεοτιδίων) και των μακρομορίων που οικοδομούνται από αυτούς (πρωτεϊνών και νουκλεϊκών οξέων αντιστοίχως). Έτσι, μέσω των τροφικών αλυσίδων το άζωτο που έχει ενσωματωθεί στους φυτικούς και τους ζωικούς ιστούς, περνά από το ένα επίπεδο κατανάλωσης στο άλλο, ενώ παράλληλα επιστρέφει στο έδαφος, είτε ως μέρος της νεκρής οργανικής ύλης (νεκρά σώματα φυτών, ζώων, αλλά και καρποί, κλαδιά, φύλλα, κέρατα, τρίχες, νύχια κ.ά.) είτε με τη μορφή των αζωτούχων ζωικών υπολειμμάτων του μεταβολισμού, όπως η ουρία, το ουρικό οξύ, η αμμωνία και τα περιττώματα. Στο έδαφος, οι πρωτεΐνες που περιέχονται στη νεκρή οργανική ύλη, και τα αζωτούχα υπολείμματα του μεταβολισμού, μετατρέπονται σε νιτρικά ιόντα χάρη στη δράση των αποικοδομητών και των νιτροποιητικών βακτηρίων. Οι αποικοδομητές, στους οποίους ανήκουν βακτήρια και μύκητες του εδάφους, διασπούν τις πρωτεΐνες σε αμινοξέα, τα οποία στη συνέχεια τα απαμινώνουν, με αποτέλεσμα την παραγωγή αμμωνίας. Αμμωνία όμως παράγεται και από τη δράση των αποικοδομητών στα περιττώματα και τις αζωτούχες εκκρίσεις. Η αμμωνία που συγκεντρώνεται στο έδαφος με την διαδοχική δράση των δύο κατηγοριών νιτροποιητικών βακτηρίων (γένη nitrosomοnas και nitrobacter) μετατρέπεται σε νιτρώδη ιόντα (ΝΗ₃→ NO₂-) και στη συνέχεια σε νιτρικά ιόντα (ΝΟ₂- → NO₃-), ένα μέρος των οποίων επαναπροσλαμβάνεται από τα φυτά με αποτέλεσμα την ολοκλήρωση του κύκλου χρησιμοποίησης του αζώτου, μέσα στη δεξαμενή ανταλλαγής. Επαναφορά του αζώτου στη δεξαμενή αποθήκευσης από τη δεξαμενή ανταλλαγής. Τα νιτρικά ιόντα που δεν έχουν προσληφθεί από τα φυτά παραλαμβάνονται από μια κατηγορία αναερόβιων βακτηρίων που χαρακτηρίζονται απονιτροποιητικά, επειδή ακριβώς ακολουθούν αντίθετη μεταβολική πορεία από τα νιτροποιητικά. Τα βακτήρια αυτά που ζουν στις εκβολές των ποταμών, τους βάλτους και τους πυθμένες των λιμνών, μετατρέπουν τα νιτρικά ιόντα σε νιτρώδη, τα νιτρώδη σε αμμωνία και τελικά την αμμωνία σε αέριο άζωτο, που επανέρχεται στην ατμόσφαιρα. Έτσι ολοκληρώνεται η διαμετακίνηση του στοιχείου μεταξύ της δεξαμενής αποθήκευσης και της δεξαμενής ανταλλαγής του. Τα νιτρικά ιόντα που δεν έχουν προσληφθεί από τα χερσαία φυτά, ούτε έχουν μετατραπεί σε αέριο άζωτο, παρασύρονται από τις βροχές (απόπλυση) και τελικά μέσω των χειμάρρων καταλήγουν στους ποταμούς, τις λίμνες και τις θάλασσες, για να εισέλθουν στις τροφικές αλυσίδες τους και να επιστραφούν στη χέρσο, με τη μορφή των περιττωμάτων των υδρόβιων πτηνών. Πριν από την εισαγωγή της χρήσης των βιομηχανικών λιπασμάτων στη γεωργία, τα περιττώματα αυτά (γκουανό) αποτελούσαν την κύρια πηγή αζώτου στη λίπανση. Επίδραση του ανθρώπου στον κ. του α. Ο άνθρωπος παρεμβαίνει στον κ. του α. με δραστηριότητες που διεξάγονται και στα υδατικά και στα χερσαία οικοσυστήματα. Στα υδατικά οικοσυστήματα η απελευθέρωση των αστικών και βιομηχανικών λυμάτων που περιέχουν νιτρικά και φωσφορικά ιόντα ευθύνεται για μια διαταραχή της λειτουργίας τους, που συνίσταται στην αυξημένη παραγωγή οργανικής ύλης, το φαινόμενο του ευτροφισμού. Το ίδιο όμως φαινόμενο ενισχύεται και από την εκτεταμένη χρήση βιομηχανικών λιπασμάτων. Επειδή το μεγαλύτερο ποσοστό (περισσότερο από τα 2/3) των αζωτούχων λιπασμάτων με τα οποία λιπαίνονται οι αγροί, δεν απορροφάται από τα καλλιεργούμενα φυτά, καταλήγει μέσω των χειμάρρων που δημιουργεί η βροχή στα ποτάμια και από εκεί στις λίμνες και τις θάλασσες. Η διαδικασία αυτή που ονομάζεται απόπλυση, αυξάνει ακόμη περισσότερο τη συγκέντρωση των νιτρικών και φωσφορικών ιόντων στα υδατικά οικοσυστήματα και έτσι επιτείνει το φαινόμενο του ευτροφισμού.Στα χερσαία οικοσυστήματα η ανθρώπινη παρέμβαση εκδηλώνεται κυρίως με την απελευθέρωση οξειδίων του αζώτου από τις μηχανές εσωτερικής καύσης των αυτοκινήτων και των εργοστασίων. Τα οξείδια αυτά σχετίζονται με τη φωτοχημική ρύπανση και το φαινόμενο της όξινης βροχής. Στον πίνακα παριστάνονται τα διάφορα στάδια του κύκλου του αζώτου, που οφείλονται κυρίως σε μικροοργανισμούς, οι οποίοι προκαλούν δέσμευση στον μεταβολισμό, φυτικό και ζωικό, καθώς επίσης και σε ατμοσφαιρικά φαινόμενα.