Amonificare

Oameni și amonificare

Resurse

Amonificarea, în chimie, este definită ca fiind saturarea cu amoniac sau cu oricare dintre compușii săi. Strict vorbind, amonificarea se referă la orice reacție chimică care generează amoniac (NH3) ca produs final (sau forma sa ionică, amoniu, NH4+). Amonificarea poate avea loc prin diverse reacții anorganice sau datorită funcțiilor metabolice ale microorganismelor, plantelor și animalelor. Cu toate acestea, în context ecologic, amonificarea se referă la procesele prin care formele de azot legate organic care apar în biomasa moartă (cum ar fi aminoacizii și proteinele) sunt oxidate în amoniac și amoniu. Procesul ecologic de amonificare este realizat în sol și în apă de o mare diversitate de microbi și este unul dintre numeroasele tipuri de transformări chimice care au loc în timpul descompunerii materiei organice moarte.

Amonificarea este o componentă cheie în ciclul azotului din ecosisteme. Ciclul azotului constă într-un complex de procese integrate prin care azotul circulă între compartimentele sale majore din atmosferă, apă, sol și organisme. În timpul diferitelor faze ale ciclului azotului, acest element este transformat între diferiții săi compuși organici și anorganici.

Ca și în cazul tuturor componentelor ciclului azotului, buna funcționare a amonificării este critică pentru sănătatea ecosistemelor. În absența amonificării, formele organice ale azotului s-ar acumula în cantități mari. Deoarece plantele în creștere au nevoie de acces la forme anorganice de azot, în special amoniu și nitrat (NO3-), oxidarea azotului organic din biomasa moartă prin amonificare este necesară pentru menținerea productivității speciilor și ecosistemelor.

Amonificare

Nitrogenul este unul dintre cele mai abundente elemente din țesuturile tuturor organismelor și este o componentă a multor substanțe biochimice, în special aminoacizi, proteine și acizi nucleici. În consecință, azotul este unul dintre nutrienții de importanță critică și este necesar în cantități relativ mari pentru toate organismele. Animalele își primesc aportul de azot prin alimentele pe care le consumă, dar plantele trebuie să asimileze forme anorganice ale acestui nutrient din mediul înconjurător.

Cu toate acestea, rata la care mediul poate furniza azot anorganic este limitată și, de obicei, mică în raport cu cerințele metabolice ale plantelor. Prin urmare, disponibilitatea formelor anorganice de azot este frecvent un factor limitativ pentru productivitatea plantelor. Aceasta este o situație deosebit de frecventă pentru plantele care cresc în mediile terestre și marine și, într-o măsură mai mică, în apele dulci (unde aprovizionarea cu fosfați este, de obicei, principalul nutrient limitativ, urmat de nitrați).

Biomasa moartă a plantelor, animalelor și microorganismelor conține concentrații mari de azot legat organic sub diferite forme, cum ar fi proteine și aminoacizi. Procesul de descompunere este responsabil de reciclarea constituenților anorganici din biomasa moartă și de împiedicarea acumulării acestora în cantități mari inutilizabile. Descompunerea se realizează, bineînțeles, în cea mai mare parte prin intermediul funcțiilor metabolice ale unei game diverse de bacterii, ciuperci, actinomicete, alte microorganisme și unele animale. Amonificarea este un aspect particular al procesului mai complex de descompunere organică, referindu-se în mod specific la conversia microbiană a azotului organic în amoniac (NH3) sau amoniu (NH4+).

Amonificarea are loc în condiții de oxidare în aproape toate ecosistemele și este realizată de aproape toate microorganismele care sunt implicate în descompunerea materiei organice moarte. În situațiile în care oxigenul nu este prezent, o condiție denumită anaerobă, au loc diferite reacții de descompunere microbiană; acestea produc compuși ai azotului cunoscuți sub numele de amine.

Microbii obțin o anumită energie utilă din punct de vedere metabolic din oxidarea azotului organic în amoniu. În plus, o mare parte din amoniu este asimilat și utilizat ca nutrient pentru scopurile metabolice ale microbilor. Cu toate acestea, în cazul în care microbii produc amoniu în cantități care depășesc propriile cerințe, așa cum se întâmplă de obicei, surplusul este excretat în mediul ambiant (cum ar fi solul) și este disponibil pentru a fi utilizat ca nutrient de către plante sau ca substrat pentru un alt proces microbian, cunoscut sub numele de nitrificare (a se vedea mai jos). Animalele, în schimb, excretă în cea mai mare parte uree sau acid uric în deșeurile lor lichide care conțin azot (cum ar fi urina), împreună cu diverși compuși organici cu azot în fecale. Ureea, acidul uric și azotul organic din fecale sunt toate substraturi pentru amonificarea microbiană.

Una dintre cele mai elementare dintre reacțiile de amonificare este oxidarea compusului organic simplu uree (CO(NH2)2) în amoniac prin acțiunea unei enzime microbiene cunoscute sub numele de urează. (Rețineți că se produc două unități de amoniac pentru fiecare unitate de uree care este oxidată). Ureea este un îngrășământ agricol utilizat în mod obișnuit, folosit pentru a furniza amoniac sau amoniu pentru absorbția directă de către plante sau ca substrat pentru producerea microbiană de nitrați prin nitrificare (vezi mai jos).

Amoniul este o sursă adecvată de absorbție a azotului pentru multe specii de plante, în special pentru cele care trăiesc în soluri și ape acide. Cu toate acestea, majoritatea plantelor care trăiesc în soluri neacide nu pot utiliza amoniul foarte eficient și au nevoie de anionul nitrat (NO3+) ca sursă de absorbție a azotului. În general, nitratul este obținut prin oxidarea bacteriană a amoniului în nitriți și apoi în nitrați, în cadrul unui proces ecologic important cunoscut sub numele de nitrificare. Deoarece speciile de bacterii care realizează nitrificarea sunt extrem de intolerante la aciditate, acest proces nu are loc în proporții semnificative în solurile sau apele acide. Acesta este motivul pentru care plantele care cresc în habitate acide se pot baza doar pe amoniu ca sursă de nutriție cu azot.

Pentru că amoniul este un cation încărcat pozitiv, el este reținut relativ puternic de reacțiile de schimb de ioni care au loc la suprafața mineralelor argiloase și a materiei organice din soluri. În consecință, amoniul nu este levigat foarte eficient de către apă pe măsură ce aceasta percolează în jos prin sol. Acest lucru este în contrast cu nitrații, care sunt foarte solubili în apa din sol și sunt ușor de levigat. Ca urmare, poluarea cu nitrați poate fi o problemă importantă în zonele agricole care au fost puternic fertilizate cu îngrășăminte cu conținut de azot.

Omul și amonificarea

Omul are o influență majoră asupra ciclului azotului, în special prin utilizarea îngrășămintelor în agricultură. În condiții de limitare a nutrienților, fermierii încearcă în mod obișnuit să crească disponibilitatea azotului din sol, în special sub formă de nitrați și, într-o măsură mai mică, sub formă de amoniu. Ratele de fertilizare în sistemele agricole intensive pot depăși 500 kg/ha (446,2 lb/ac) de azot pe an. Azotul din îngrășământ poate fi adăugat sub formă de nitrat de amoniu (NO4 NH4) sau sub formă de uree. Acest din urmă compus trebuie să fie amonificat înainte ca formele anorganice de azot să fie prezente, adică amoniul și nitratul care pot fi absorbite de plante. În unele sisteme agricole, compostul sau alte materiale organice pot fi adăugate în soluri ca ameliorator și îngrășământ. În astfel de cazuri, azotul organic este transformat în amoniu disponibil prin amonificare microbiană, iar nitratul poate fi generat ulterior prin nitrificare.

În situațiile în care ratele de fertilizare sunt excesive, capacitatea ecosistemului de a asimila aportul de azot devine sătulă. Deși amoniul produs prin amonificare nu se lixivează ușor, nitratul o face, iar acest lucru poate duce la

TERMENI CHEIE

Decompoziție- Descompunerea moleculelor complexe care compun organismele moarte în nutrienți simpli care pot fi reutilizați de organismele vii.

Eutrofizare- Un proces natural care are loc într-un lac sau iaz îmbătrânit, pe măsură ce acel corp de apă își mărește treptat concentrația de nutrienți pentru plante.

Lixivrare- Procesul de deplasare a substanțelor dizolvate în sol împreună cu apa de percolare.

Nutrient- Orice substanță chimică necesară vieții.

Poluarea apelor subterane și a apelor de suprafață, cum ar fi cursurile de apă și râurile. Poluarea apelor subterane cu nitrați prezintă riscuri pentru sănătatea umană, în timp ce apele de suprafață pot cunoaște o creștere a productivității prin eutrofizare.

Resurse

Cărți

Atlas, R. M., și R. Bartha. Microbial Ecology. Menlo Park, CA: Benjamin/Cummings, 1987.

Biondo, Ronald J. Introduction to Plant & Soil Science and Technology. Danville, IL: Interstate Publishers, 2003.

Brady, Nyle C., și Ray R. Weil. The Nature and Properties of Soils (Natura și proprietățile solurilor). Ed. a 13-a. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 2001.

Leadbetter, Jared R., editor. Microbiologia mediului. Amsterdam, Olanda, și Boston, MA: Elsevier Academic Press, 2005.

McArthur, J. Vaun. Microbial Ecology: An Evolutionary Approach. Amsterdam, Olanda, și Boston, MA: Elsevier/AP, 2006.

Smil, Vaclay. Îmbogățirea Pământului. Cambridge, MA: MIT Press, 2001.

Spearks, Donald L. Environmental Soil Chemistry. 2nd ed. New York: Academic Press, 2002.

Bill Freedman

.