질소 순환 이해

생지화학적 주기 중에서 질소가 가장 널리 연구되고 있다. 요약을 확인하고 그 중요성을 알고

질소 순환

질소는 질소 염기(DNA와 RNA 분자를 구성함) 외에도 우리 몸의 모든 아미노산의 구성 요소이기 때문에 지구에 생명체가 존재하는 데 필수적인 화학 원소입니다. 우리가 호흡하는 공기의 약 78%는 대기 중 질소(N 2 )로 구성되며, 이는 가장 큰 저장소입니다. 그 이유 중 하나는 N 2 가 불활성 형태의 질소, 즉 일반적인 상황에서 반응성이 없는 기체이기 때문입니다. 따라서 행성이 형성될 때부터 대기 중에 축적되었습니다. 그럼에도 불구하고 분자 형태(N 2 )로 흡수할 수 있는 생명체는 거의 없습니다. 철 및 황과 같은 질소는 화학 구조가 각 단계에서 변형되는 자연 주기에 참여하여 다른 반응의 기초 역할을 하여 다른 유기체가 이용할 수 있게 된다는 것이 밝혀졌습니다. 이것이 매우 중요합니다. 질소 순환(또는 "질소 순환").

대기의 N 2 가 토양에 도달하여 생태계에 들어가려면 고정이라는 과정을 거쳐야 합니다. 이 과정은 N 2 형태의 질소를 제거하고 유기 분자에 통합하는 작은 그룹의 질화 박테리아에 의해 수행됩니다. 고정이 박테리아와 같은 생물체에 의해 수행되는 경우 생물학적 고정 또는 생물학적 고정이라고 합니다. 현재, 농업에서 널리 사용되는 방법인 산업적 고정을 특징으로 하는 질소 고정을 위해 상업용 비료를 사용하는 것도 가능합니다. 이 외에도 번개와 전기 스파크에 의해 수행되는 물리적 고정도 있는데 이를 통해 질소가 산화되어 강우를 통해 토양으로 운반되지만 이 방법은 질소 고정 용량이 낮아 유기체에 충분하지 않습니다. 그리고 지구상의 생명을 유지하기 위해.

박테리아는 N 2 를 고정할 때 암모니아(NH 3 )를 방출합니다. 암모니아는 토양 물 분자와 접촉할 때 수산화 암모늄을 형성하고 이온화되면 암모늄(NH 4 )을 생성하는 질소 순환의 일부이며 이를 암모니아화라고 합니다. 자연에서는 pH에 의해 조절되는 암모니아와 암모니아 사이에 균형이 있습니다. pH가 더 산성인 환경에서는 NH4의 형성이 우세하고, 보다 염기성인 환경에서는 가장 일반적인 과정은 NH3의 형성입니다. 이 암모늄은 주로 뿌리와 관련된 박테리아가 있는 식물에 의해 흡수되고 사용되는 경향이 있습니다(세균화). 자유 생활 박테리아에 의해 생성될 때 이 암모늄은 다른 박테리아(니트로박테리아)가 사용할 수 있도록 토양에서 이용 가능한 경향이 있습니다.

니트로박테리아는 화학 합성 물질입니다. 즉, 그들은 화학 반응에서 생존에 필요한 에너지를 추출하는 독립 영양 생물(자신의 음식을 생산함)입니다. 이 에너지를 얻기 위해 그들은 암모늄을 산화시켜 아질산염(NO 2 - )으로, 나중에는 질산염(NO 3 - )으로 바꾸는 경향이 있습니다. 이러한 질소 순환 과정을 질산화라고 합니다.

질산염은 토양에 남아 있지 않으며 자연적으로 손상되지 않은 환경에 축적되는 경향이 없습니다. 즉, 식물에 흡수되거나, 탈질소화되거나, 수역에 도달하는 세 가지 경로를 취할 수 있습니다. 탈질소화와 수역으로의 질산염 플럭스는 환경에 부정적인 영향을 미칩니다.

환경에 미치는 영향

탈질소(또는 탈질소)는 탈질소라고 하는 박테리아에 의해 수행되는 과정으로, 질산염을 다시 N2로 변환하여 질소를 대기로 되돌립니다. N 2 외에도 생성될 수 있는 다른 가스는 대기 중 산소와 결합하여 산성비의 형성을 선호하는 산화질소(NO)와 온실 효과의 중요한 원인이 되는 아산화질소(N 2 O)입니다. 지구 온난화를 악화시키는 것입니다.

질산염이 수역에 도달하는 세 번째 경로는 부영양화라는 환경 문제를 일으킵니다. 이 과정은 호수나 댐의 물에서 영양소(주로 질소 화합물과 인)의 농도가 증가하는 것이 특징입니다. 이러한 과잉 영양소는 조류의 증식을 촉진하여 결국 빛의 통과를 방해하여 수중 환경의 균형을 무너뜨립니다. 수중 환경에서 이러한 과잉 양분을 제공하는 또 다른 방법은 적절한 처리 없이 하수를 방류하는 것입니다.

고려해야 할 또 다른 문제는 질소가 동화 능력을 초과하는 양으로 존재할 때 식물에 해로울 수 있다는 사실입니다. 따라서 토양에 고정된 과량의 질소는 식물 성장을 제한하여 작물에 해를 끼칠 수 있습니다. 따라서 퇴비화 과정에서 탄소/질소 비율도 고려해야 하므로 분해 과정에 관여하는 미생물 군집의 대사가 항상 활성화됩니다.

인간의 질소 흡수

인간과 다른 동물은 이 물질을 흡수한 식물의 섭취를 통해 또는 먹이 사슬에 따라 이러한 식물을 먹고 사는 다른 동물의 섭취를 통해 질산염에 접근할 수 있습니다. 이 질산염은 유기체(유기 물질)가 죽거나 질소 화합물을 포함하는 배설물(대부분의 육지 동물에서 요소 또는 요산, 물고기 배설물에서 암모니아)의 죽음으로부터 주기로 돌아갑니다. 따라서 분해하는 박테리아는 암모니아를 방출하는 유기물에 작용할 것입니다. 암모니아는 사이클에 통합되어 암모니아를 변형시키는 것과 동일한 니트로박테리아에 의해 아질산염과 질산염으로 변형될 수도 있습니다.

비료의 대안

우리가 보았듯이 토양의 질소 고정은 긍정적인 영향을 미칠 수 있지만 그 과정이 과도하게 발생하면 환경에 부정적인 결과를 초래할 수 있습니다. 질소 순환에 대한 인류의 간섭은 산업적 고정(비료 사용을 통한)을 통해 발생하며, 고정해야 할 질소의 농도를 증가시켜 위에서 언급한 것과 같은 문제를 일으킵니다.

비료 사용에 대한 대안은 질소 고정 식물과 비질소 고정 식물을 교대로 재배하는 작물 윤작일 것입니다. 질소 고정 식물은 콩과 식물(콩, 대두 등)에서 발생하는 것처럼 뿌리와 관련된 박테리아 및 기타 고정 유기체가 있는 식물입니다. 회전은 비료를 사용하는 것보다 더 안전한 양으로 질소를 고정시켜 식물의 동화 능력과 양립할 수 있는 양분을 제공하고 식물의 발달을 촉진하고 수역에 도달하는 양분의 수준을 줄이는 데 도움이 됩니다. "녹색 거름"이라고 하는 유사한 과정을 비료 대신 사용할 수도 있습니다.

이 과정은 질소 고정 식물을 재배하고 씨앗을 생산하기 전에 잔디를 깎고 뿌리 덮개로 남겨두어 나중에 다른 종의 배양이 이루어질 수 있도록 하는 것으로 구성됩니다. 바로 아래에서 기사 전체에서 본 내용에 대한 요약을 제공하는 이미지를 확인할 수 있습니다.

질소 순환

아나목스

영어로 된 약어(암모니아의 혐기성 산화를 의미함)는 물과 가스에서 암모니아를 제거하는 혁신적인 생물학적 공정을 나타냅니다.

암모니아가 아질산염으로 질화될 필요가 없고 질산염이 N 2 형태로 다시 탈질소화될 필요가 없기 때문에 이는 지름길입니다. ANAMMOX 공정을 사용하면 암모니아가 질소 가스(N 2 )로 직접 재전환됩니다. 2002년 네덜란드에 최초의 대규모 역이 설치되어 2012년까지 이미 11개 시설이 운영되고 있습니다.

효율적이고 지속 가능한 ANAMMOX 공정은 100mg/l 이상의 농도로 폐수에서 암모니아를 제거하는 데 사용할 수 있습니다. 반응기 내부에는 질화 박테리아와 ANAMMOX 박테리아가 공존하며 전자는 암모니아의 약 절반을 질화물(성분에 질소를 포함하는 화합물)로 변환하고 ANAMMOX 박테리아는 질화물과 암모니아를 질소 가스로 변환하는 작용을 합니다.

질소 순환

암모니아의 혐기성 산화는 유망한 것으로 나타났으며 폐수 처리, 유기 고형 폐기물, 식품 및 비료 산업과 같은 산업 공정에서 이미 발견할 수 있습니다.