چرخه نیتروژن و نقش آن در زندگی

آشنایی با نیتروژن و چرخه آن

چرخه نیتروژن و نقش آن در زندگینیتروژن یک بخش اساسی در ساختمان همه موجودات زنده است. نیتروژن در پروتئین ها، واحدهای ساختاری و شیمیایی همه موجودات زنده ، و در مولکول های DNA ، که دستورات راهنمای ضروری برای همه فعالیت های زندگی را حمل می کنند ، یافت می شود.

هر چند نیتروژن ۸۰ درصد اتمسفر را تشکیل می دهد ، حیوانات و گیاهان نمی توانند مستقیماَ از آن استفاده کنند . باکتری های موجود در خاک در رابطه با چرخه مجدد نیتروژن از طریق تبدیل آن به شکلی که برای موجودات زنده دیگر قابل استفاده باشد ، نقش حیاتی بازی می کنند. هنگامی که گیاهان و حیوانات می میرند ، باقیمانده اجساد انها بوسیله موجودات ذره بینی موجود در خاک ، تجزیه می شود و ترکیبات نیتروژن درست می شود.

نقش نیتروژن

حدود ۷۸ درصد از جوّ زمین را نیتروژن تشکیل داده است. مقدار معینی از این نیتروژن، بطور مداوم از جو گرفته و به آن بازپس داده می شود. به گردش مداوم نیتروژن بین خاک، آب، هوا و موجودات زنده «چرخه نیتروژن» می گویند.

تمام موجودات زنده برای ادامه حیات به نیتروژن احتیاج دارند. در واقع نیتروژن یکی از اجزای تشکیل دهنده پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک است که وجود هر دو برای ادامه حیات ضروری است.

قسمتی از نیتروژن موجود در هوا هنگام رعد و برق از آن جدا می شود. تخلیه ناگهانی بار الکتریکی باعث می شود مقداری از اکسیژن و نیتروژن موجود در هوا با هم ترکیب شوند و اکسیدهای نیتروژن به وجود آید. اکسیدهای نیتروژن پس از حل شدن در آب با سایر عناصر ترکیب می شوند و ترکیبات نیتروژن دار تولید می کنند.

برخی از باکتری ها و جلبک ها نیز نیتروژن موجود در هوا را جذب می کنند. باکتری های خاصی که در ریشه برخی از گیاهان مثل نخود، لوبیا، نخودفرنگی و… وجود دارند، نیتروژن هوا را بطور مستقیم جذب می کنند و در اختیار گیاه قرار می دهند. گیاهان با استفاده از نیتروژن، پروتئین می سازند و جانوران با خوردن گیاهان، این پروتئین ها را وارد بدن خود می کنند.

گیاهان و جانوران پس از مرگ توسط تجزیه کنندگان موجود در خاک تجزیه می شوند. به این ترتیب ترکیبات نیتروژن دار وارد خاک شده، توسط گیاهان مصرف می شوند. جانوران، ترکیبات نیتروژن دار را با خوردن گیاهان یا سایر جانوران گیاهخوار وارد بدن خود می کنند.

باکتری های تجزیه کننده موجود در خاک مقداری از ترکیبات نیتروژن دار خاک را به نیتروژن گازی شکل تبدیل می کنند. به این ترتیب تقریباً همان اندازه نیتروژنی که از هوا گرفته و مصرف می شود، مجدداً به آن باز می گردد.

در واقع نیتروژن موجود در هوا از خاک، اندام های مختلف گیاهان و بدن جانوران عبور می کند و در نهایت دوباره وارد هوا می شود. این کار ممکن است هزاران و یا حتی میلیون ها سال طول بکشد؛ ولی هر مولکول نیتروژن سرانجام به هوا باز می گردد.

چرخه نیتروژن در آب

چرخه نیتروژن در اکوسیستم های طبیعی آبزیان مثل دریا ها و اقیانوس ها میلیون ها سال است که بصورت خودکار و جود دارد اما محیط دست ساز و حساس آکواریوم برای بقا و نمو خود به دخالت ما نیاز دارد تا این چرخه را ایجاد کرده و تا تکمیل فرآیند مدیریت کنیم، یا به اختصار محیطی ایجاد کنیم که تا حد ممکن به شرایط طبیعی زیستگاه ماهی های مورد نظرمان نزدیک باشد.

پس از نصب آکواریوم و با اضافه کردن چند ماهی یا گیاه و شروع تغذیه آنها چرخه نیتروژن شروع می شود. معمولا این ماهی ها به ماهی های شروع کننده(Starter) معروفند و آنها را از گونه های مقاوم انتخاب می کنند. تعداد آنها بسته به سایز آکواریوم می تواند از ۲ تا ۱۰ قطعه متغیر باشد. در زمان تغذیه، قسمتی از ذرات غذایی از طریق آبشش ماهی به محیط آکواریوم برمی گردد و قسمتی از غذا نیز ممکن است بصورت استفاده نشده در کف یا سطح بماند و علاوه بر آن پس از تکمیل گوارش غذا، مواد دفعی ماهی ها نیز وارد آب می شود که این افزوده های جدید حاوی دی اکسید کربن و ترکیبات نیتروژنی هستند.

چرخه نیتروژن در آبپس مانده های غذا و یا مواد دفعی ماهی ها در حقیقت نقطه ابتدایی چرخه نیتروژن هستند و در مخزنی که باقی مانده غذا یا فضولات ماهی و جود ندارد اصولا این چرخه وجود نخواهد داشت، پس از آغاز این چرخه و در نتیجه تجزیه این مواد دی اکسید کربن و ماده سمی آمونیاک تولید می شود. برای نگهداری ماهی ها این مواد بایستی از محیط حذف گردند. دی اکسید کربن موجود به میزان زیادی از طریق سطح آب و یا فرآیند فوتوسنتز گیاهان از بین می رود، اما آمونیاک باقی می ماند و مرتبا بر میزان آن افزوده می گردد تا اینکه پس از گذشت حدود ۱۰ روز میزان آمونیاک حاصل از تجزیه به حداکثر خود می رسد.

در این مدت کلونی هایی از باکتری های طبیعی تشکیل شده و در حال تکثیر می باشند، این باکتری ها که به نیترات سازها معروفند در چند روز آینده آمونیاک را به محصولات تقریبا بی خطر دیگری تبدیل خواهند کرد و در حقیقت دوستان محیط آکواریوم محسوب می شوند. نیترات سازها در حقیقت دو گروه شریک میکروبی هستند که گروه اول(باکتری نیتروسموناس) ابتدا آمونیاک سمی را به نیتریت و سپس گروه دوم(باکتری نیتروسپیرا) با اکسیداسیون بیو شیمیایی آن را به نیترات تبدیل می کند.

پس از ده روز و افزایش میزان آمونیاک و هنگامی که گروه اول باکتری ها که به تراکم مناسبی رسیده اند، شروع به تبدیل آمونیاک به نیتریت می کنند. اما هم آمونیاک و هم نیتریت به شدت سمی هستند، در این مرحله همچنان به داشتن ماهی های استارتر اکتفا کنید و به هیچ عنوان ماهی های اصلی و مورد نظر را وارد مخزن نکنید.

پس از گذشت تقریبا ۱۵روز سطح آمونیاک پایین آمده و سطح نیتریت بالا می رود. در این زمان گروه دوم باکتری ها وارد عمل شده و نیتریت را به نیترات تبدیل می کنند، نیترات در مقایسه با آمونیاک و نیتریت بسیار کم خطرتر و غیر سمی تر می باشد. تقریبا در مدت زمان ۲۵ روز چرخه نیتروژن تکمیل می شود. در این زمان شما شفافیت بهتری در آب آکواریوم حس می کنید یا به اصطلاح آب آماده شده است. در این مرحله می توانید تعداد ماهی ها را تا حد مجاز اضافه نمایید.

توجه داشته باشید که هر دو گروه باکتری محیط بازی (PH 7.2 – 8.5) و ثبات PH را ترجیح می دهند. ضمنا در دمای بین ۲۰ تا ۳۰ درجه سانتیگراد فعال ترین حالت خود را داشته و برای تکمیل نقش خود به اکسیژن نیاز دارند(تنفس هوازی). متابولیسم آنها در دمای کمتر از ۱۰ درجه کاهش می یابد و دمای بالاتر از ۳۵ درجه حیات آنها را به خطر می اندازد. با حفظ این شرایط می توانیم مدت زمان تکمیل چرخه را تسریع ببخشیم. نیترات که محصول نهایی اکسیداسیون بیو شیمیایی آن هاست، معمولا در طبیعت توسط گیاهان به عنوان کود مصرف شده و از آب حذف می گردد.

اما آکواریوم یک اکوسیستم پراکسیژن مصنوعیست و حجم زیادتری از جرم زنده(تمامی ارگانیزم های زنده داخل مخزن) را در مقایسه با طبیعت در خود جای می دهد در نتیجه حتی گیاهان آن نیز نمی توانند تمام نیترات تولید شده را حذف کنند و در نتیجه انباشت نیترات اتفاق می افتد، به همین دلیل سرویس های منظم روی آکواریوم انجام می شود تا همواره سطح نیترات را در حد قابل قبول نگهدارد. این حد برای آکواریوم آب شیرین کمتر از ۵۰ppm و برای آکواریوم آب شور کمتر از ۲۰ppm می باشد، در این میزان نیترات، ماهی ها به خوبی رشد کرده و عادات غذایی و زیستی آن ها مناسب است.

باکتری های نیترات ساز در دو حالت فعال و نیمه فعال به کار خود ادامه می دهند. هنگامی که سطح آمونیاک و نیتریت پایین می آید آنها برای ذخیره کردن انرژی به حالت نیمه فعال در می آیند، اما تغییرات در تعداد موجودات، آن ها را مجددا فعال می نماید. اضافه کردن حجم جدیدی از ماهی و یا استفاده از برخی داروها مثل آنتی بیوتیک ها که باعث از بین رفتن این باکتری ها می شود چرخه های نیتروژن جدیدی را ایجاد خواهد نمود (تنظیم در زمان رشد).

اشتراک گذاری

جوابی بنویسید

ایمیل شما نشر نخواهد شدخانه های ضروری نشانه گذاری شده است. *

*

web hit counter