Obieg azotu w przyrodzie: Różnice pomiędzy wersjami

Pierwszym i kluczowym etapem przyswajania azotu z atmosfery jest przekształcanie gazowej jego formy w związki chemiczne, które mogą być dalej przetwarzane przez [[organizm|organizmy żywe]]. Pewien niewielki procent azotu trafia do organizmów żywych w formie jonów azotanowych {{chem|NO_|3^-|−}} generowanych na skutek rozmaitych procesów geologicznych i atmosferycznych. Większość azotu z atmosfery trafia do biosfery poprzez wolno żyjące [[bakterie azotowe]]. Należy do nich m.in. rodzaj [[Rhizobium]]. Bakterie te posiadają [[Enzymy|enzym]] [[nitrogenaza|nitrogenazę]], katalizujący reakcję gazowego azotu z [[wodór|wodorem]] pochodzącym z reakcji biochemicznych w wyniku czego powstaje [[amoniak]], a także aminokwas glutamina. Tego rodzaju bakterie żyją samodzielnie lub w symbiozie z [[rośliny|roślinami]]. Szczególnie dużo występuje ich w roślinach motylkowych, gdzie oddają one amoniak lub glutaminę w zamian za dokarmianie [[Węglowodany|węglowodanami]]. Amoniak trafiający bezpośrednio do gleby może być też później przekształcany przez [[bakterie nitryfikacyjne]] do [[Azotyny|azotanów]] i [[Azotany|azotanów]] (dawniej zwanych azotynami i azotanami) i dalej do [[związki organiczne|związków organicznych]] potrzebnych do dalszego funkcjonowania organizmów żywych.

Większość roślin pobiera azot poprzez systemy [[korzeń|korzeniowe]] w formie jonów azotynowych {{chem|NO_|2^-|−}} lub [[Azotany|azotanowych]] oraz [[jon amonowy|amonowych]] {{chem|NH_|4^|+}}. Związki te pojawiają się w ziemi w efekcie padania [[deszcz]]y oraz procesów [[Rozpad gnilny|gnilnych]]. Ziemię, która zawiera odpowiednio wysokie stężenie tych związków nazywa się "bogatą"„bogatą” w azot. Przy zbyt małym stężeniu tych związków ziemię trzeba albo nawozić, albo okresowo uprawiać na niej rośliny żyjące w [[symbioza|symbiozie]] z bakteriami nitryfikacyjnymi i azotowymi.

Cały azot występujący w związkach chemicznych, z których są zbudowane zwierzęta pochodzi od roślin. Zwierzęta nie potrafią przekształcać azotu z atmosfery w związki potrzebne im do życia, generują natomiast amoniak, który jest uwalniany do otoczenia i zużywany przez bakterie nitryfikacyjne lub przekształcany w gazowy azot w procesie "''Anammox"''.

: {{chem|N_|2}} + {{chem|8H^|+}} + 8e⁻ + 16 ATP16ATP → {{chem|2NH_|3}} + {{chem|H_|2}} + 16ADP + 16 [[Fosforany|P_i]]

Powstający [[amoniak]] jest dalej błyskawicznie przekształcany w jony amonowe ({{chem|NH_|4^|+}}), które są stosowane bezpośrednio do syntezy [[Kwas glutaminowy|kwasu glutaminowego]], który jest dalej przekształcany w [[glutamina|glutaminę]]. Wchłanianie to odbywa się częściowo przez wolno żyjące bakterie oraz częściowo przez [[bakterie brodawkowe]] żyjące w symbiozie z [[bobowate|roślinami motylkowymi]].

: {{chem|N_|2}} + {{chem|3H_|2}} → {{chem|2NH_|3}}

Pojawiający się w środowisku amoniak -– czy to w wyniku procesów geologiczno-atmosferycznych, czy też w wyniku procesów gnilnych i dostarczany przez azobakterie jest przekształcany w jony azotanowe przez [[bakterie nitryfikacyjne]]. Proces ten polega w wielkim uproszczeniu na [[utlenianie|utlenianiu]] amoniaku do jonów [[azotyny|azotynowych]] i dalej do [[Azotany|azotanów]].

# {{chem|NH_|3}} + {{chem|O_|2}} → {{chem|NO_|2^-|−}} + {{chem|3H|+}} + 2e⁺⁻ + 2e

# {{chem|NO_|2^-|−}} + {{chem|H_|2|O}} → {{chem|NO_|3^-|−}} + {{chem|2H|+}} + 2e⁺⁻ + 2e

=== Denitryfikacja i proces "''Anammox"'' ===

: {{chem|2NO_|3^-|−}} + 10e^-− + {{chem|12H^|+}} → {{chem|N_|2}} + {{chem|6H_|2|O}}

Analogicznym, niedawno odkrytym procesem jest "''[[Anammox]]" ('' ({{ang.|anaerobic ammonium oxidation''}}), który prowadzi do bezpośredniego utleniania nadmiarowych ilości jonów amonowych do gazowego azotu. Proces "''Anammox"'' również jest realizowany przez bakterie żyjące głównie w wodzie.

[[Akwarium|Akwaria]] są rodzajem sztucznego [[ekosystem]]u, w którym nie sposób jest uniknąć obiegu azotu. Utrzymanie równowagi tego obiegu jest jednym z podstawowych warunków zachowania zdrowia hodowanych organizmów. Trudności wynikają głównie z faktu, że cykl azotowy w akwariach jest zawsze niepełny, gdyż akwaria są w zasadzie pozbawione organizmów zdolnych wchłaniać azot wprost z atmosfery, oraz bardzo często mają zbyt mało organizmów przekształcających [[jon]]y [[amoniak|amonowe]] w jony [[Azotany|azotanowe]].

[[Plik:Aquarium-NitrogenCycle.svg|thumb|350px|Cykl azotowy w [[akwarium]]: 1 -– pokarm, 2 -– wydalanie [[amoniak]]u, 3- bakterie ''[[Nitrosomonas]]'', 4 -– bakterie ''[[Nitrosospira]]'', 5 -– wymiana [[woda|wody]], 6 -– światło, 7 -– [[Rozpad gnilny|procesy gnilne]], 8 -– [[tlen]], 9 -– [[dwutlenek węgla]]]]

Źródłem azotu dla akwariów jest w zasadzie wyłącznie pokarm (1) dla [[Ryby|ryb]] i innych zwierząt tworzących jego [[fauna|faunę]]. W ramach swojego [[metabolizm]]u ryby wydalają do wody amoniak, a dokładniej jony amonowe, które zwiększają [[skala pH|pH]] wody (2). Drugim źródłem amoniaku są gnijące szczątki na ściankach i dnie akwarium (7).

Wzrost pH wody powyżej pewnej wartości, zależny od gatunku hodowanych zwierząt i temperatury wody, powoduje ich zatrucie, a nawet śmierć.

Aby utrzymać równowagę obiegu azotu w akwarium konieczne jest dokładne ustalenie optymalnych proporcji roślin do zwierząt, oraz zaopatrzenie go w odpowiednią liczbę bakterii przekształcających amoniak w azotany.

Nowo uruchamiane akwarium nie posiada zwykle prawie w ogóle odpowiedniej flory bakteryjnej. W początkowym okresie nawet dobrze zrównoważonego akwarium zwykle wzrasta w nim stężenie amoniaku, które powoduje zahamowanie wzrostu roślin. Oprócz tego rośliny początkowo nie mają dobrych warunków do wzrostu na skutek braku azotanów. Wzrost stężenia amoniaku jest atrakcyjny tylko dla "dzikich"„dzikich” bakterii ''Nitrosomonas'', które są obecne w kurzu, piasku itp. Praca tych bakterii powoduje gwałtowny wzrost stężenia azotynów, co z kolei powoduje gwałtowne namnażanie się bakterii ''Nitrosospira'', skutkujące nadmiernym wzrostem azotanów, którego nie są w stanie skonsumować rośliny, które zwiędły w pierwszym etapie cyklu. Wymiana wody i zasadzenie nowych roślin w akwarium rozpoczyna cały proces od nowa, gdyż razem z wodą ponownie usuwa się większość bakterii azotowych.

Aby "skonstruować"„skonstruować” poprawny cykl azotowy w akwarium stosuje się rozmaite sposoby:

* "dojrzewanie„dojrzewanie akwarium"akwarium” -– które polega na tym, że dodaje się do niego zwierzęta bardzo wolno i stopniowo; kilka małych rybek produkuje odpowiednio niskie stężenie amoniaku, aby było wystarczająco dużo czasu na ustalenie się równowagi cyklu azotowego; potem dodaje się kolejne ryby stopniowo tak aby tej równowagi nie zaburzyć -– jest to proces czasochłonny i wymagający cierpliwości

* [[filtracja|filtrowanie]] -– stosowanie filtrów usuwających nadmiar amoniaku z wody do czasu ustalenia się równowagi cyklu

* dodawanie kolonii bakterii azotowych do wody i piasku -– kolonie takie są dostępne w formie gotowych preparatów które należy dodać do wody, oraz dodatków do filtrów, celowo "zakażonych"„zakażonych” odpowiednimi mieszankami tych bakterii; czasami dobre efekty daje też dodanie do nowego akwarium łyżki piasku pochodzącego z akwarium, w którym ustaliła się już równowaga azotowa -– pod warunkiem jednak, że w akwarium, do którego dodajemy piasek mają być hodowane podobne gatunki ryb i roślin.