Mọi sinh vật sống đều cần nitơ để tổng hợp protein. Protein tạo nên cấu trúc của sinh vật và tạo ra các chức năng giúp duy trì sự sống, bao gồm phát triển, tăng trưởng và sinh sản.
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.
Mặc dù khoảng 78% khí quyển là khí nitơ, nhưng hầu hết lượng nitơ này tồn tại ở dạng sinh vật không thể hấp thụ được. Thông qua một loạt các biến đổi hóa học, nitơ được tạo ra cho thực vật, từ đó cuối cùng duy trì sự sống của động vật.
Các bước trong chu trình nitơ
(1) Cố định 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. Một lượng nhỏ khí nitơ được cố định bằng các phương tiện phi sinh học như tia sét hoặc tia cực tím, phản ứng với khí nitơ trong khí quyển để tạo ra oxit nitric.
Tuy nhiên, hầu hết quá trình cố định nitơ (khoảng 90%) diễn ra trong đất, nơi khí được chuyển đổi thành amoniac bởi một số loại vi sinh vật đất: Vi khuẩn sống tự do (không cộng sinh), vi khuẩn lam (hoặc tảo xanh lam) và vi khuẩn cộng sinh sống trong mối quan hệ tương hỗ với một số loại cây như cây họ đậu và cỏ ngũ cốc. Các vi khuẩn cố định nitơ cộng sinh bám vào lông rễ của cây chủ, nơi chúng nhân lên và kích thích sự hình thành các nốt sần ở rễ. Những nốt sần này là sự mở rộng của lông rễ bao gồm các tế bào thực vật và vi khuẩn sống trong mối liên hệ mật thiết. Trong các nốt sần, vi khuẩn chuyển đổi nitơ tự do trong đất thành amoniac, mà cây chủ sử dụng để phát triển.
(2) Nitrat hóa và khử nitrat
Nitrat hóa là quá trình amoni được biến đổi thành nitrat nhờ các vi khuẩn sống trong đất, chủ yếu là nitrosomonas và nitrobacter. Vi khuẩn này chuyển đổi amoni thành nitrit. Sau đó, vi khuẩn nitrobacter sẽ oxy hóa nitrit thành nitrat. Ở dạng nitrat (NO3–) cây trồng có thể hấp thụ được nitơ.
Nitrat cũng được chuyển hóa bởi vi khuẩn khử nitrat, đặc biệt hoạt động trong đất ngập nước, kỵ khí (nghèo oxy). Hoạt động của những vi khuẩn này có xu hướng làm cạn kiệt nitrat trong đất, tạo thành nitơ trong khí quyển tự do.
(3) Hấp thụ nitơ
Amoniac và nitrat được sản xuất qua chu trình nitơ được đưa vào và đồng hóa vào các mô của tảo và các dạng thực vật bậc cao. Động vật hấp thụ các hợp chất này khi chúng ăn tảo và thực vật, chuyển thức ăn thành các chất khác và kết hợp vào việc tạo ra các mô thông qua các quá trình trao đổi chất khác nhau.
(4) Amoni hóa
Khi sinh vật sống chết, xác và các chất thải của chúng trải qua quá trình phân hủy bởi vi khuẩn và các vi sinh vật khác, các mô được phân hủy thành các dạng đơn giản hơn. Quá trình phân hủy bao gồm một số quá trình, một trong số đó là quá trình amoni hóa, tạo ra amoniac. Tùy thuộc vào điều kiện đất, amoniac này có thể được chuyển đổi thành các hợp chất nitơ khác sau đó được tái sinh bởi thực vật và động vật, hoặc nó có thể thoát ra khỏi đất và tồn tại dưới dạng khí nitơ trong khí quyển.
Tóm tắt
Nitơ là một yếu tố thiết yếu mà con người và các sinh vật sống khác cần nó để tồn tại. Chu trình nitơ được tạo thành từ các quá trình di chuyển nitơ giữa không khí, đất, động vật, con người và thực vật. Nitơ di chuyển từ không khí vào đất, từ đất đến sinh vật sống và từ phân hủy sinh vật sống trở lại không khí.
