O nitrogênio (N2) é um elemento fundamental para os seres vivos, pois ele participa da composição de aminoácidos, que compõem as proteínas; e também dos nucleotídeos, que compõem os ácidos nucleicos.
A atmosfera tem cerca de 80% de nitrogênio, porém as plantas só conseguem utilizá-lo na forma de amônia (NH3) ou nitrato (NO-3), enquanto os animais conseguem aproveitá-lo somente na forma de aminoácidos. Portanto, com exceção de alguns microrganismos, os seres vivos são incapazes de aproveitar diretamente esse gás.
Algumas poucas espécies de microrganismos conseguem fixar o nitrogênio disponível na atmosfera, sendo as bactérias fixadoras de nitrogênio as mais conhecidas. Ao incorporar os átomos de nitrogênio em suas moléculas orgânicas, esses microrganismos fazem um processo chamado de fixação do nitrogênio. É um processo que envolve muito gasto de energia, mas várias bactérias, cianobactérias e algumas espécies de fungos são capazes de fazê-lo.
A fixação do nitrogênio é feita principalmente por espécies de cianobactérias e bactérias que podem viver livres no solo, como é o caso das bactérias do gênero Azotobacter, e também por outras que vivem no interior das células de espécies eucarióticas, como as bactérias do gênero Rhizobium, que vivem em mutualismo nas raízes das leguminosas, como feijão, soja, ervilha, etc. Alguns fungos fixadores de nitrogênio podem viver nas raízes de plantas que não são leguminosas. Esses fungos formam nódulos nas raízes dessas plantas, e a essa associação damos o nome de micorrizas, mas convém lembrar que nem todas as micorrizas são formadas por fungos. Há também algumas bactérias e cianobactérias que vivem associadas a plantas dos ecossistemas aquáticos, como a pteridófita Azzola, que vive em mutualismo com a cianobactéria do gênero Anabaena.
Todos esses microrganismos transformam o nitrogênio disponível na atmosfera em amônia (NH3). Nas raízes das leguminosas podemos encontrar inúmeros nódulos que são formados por milhões de bactérias do gênero Rhizobium. Essas bactérias fixam o nitrogênio, transformando-o em amônia, sendo uma parte fornecida à planta e a outra liberada no solo.
A amônia que está disponível no solo provém da fixação do nitrogênio pelos microrganismos fixadores, mas há outra parte que provém da decomposição das proteínas, dos ácidos nucleicos e de resíduos nitrogenados presentes em excretas e cadáveres. Quando a transformação do nitrogênio em amônia é realizada por bactérias, fungos e decompositores, chamamos esse processo deamonificação. Nesse processo, bactérias e fungos conseguem a energia necessária para seu metabolismo, sendo a decomposição o produto da respiração celular desses microrganismos.
Alguns vegetais conseguem aproveitar a amônia diretamente, enquanto que outros empregam o nitrato (NO-3). Ao fenômeno de transformação da amônia em nitrato damos o nome de nitrificação. A nitrificação é dividida em duas etapas, sendo que a primeira chamamos de nitrosação. Na nitrosação,parte da amônia não aproveitada pelos vegetais é oxidada em nitrito por bactérias nitrificantes do gênero Nitrosomonas, Nitrosococcus e Nitrosolobus. Nesse processo há a liberação de energia, e essas bactérias a utilizam na produção de compostos orgânicos.
A outra etapa da nitrificação é chamada de nitratação, e nela os nitritos formados por bactérias nitrosas são eliminados no solo, sendo oxidados por bactérias quimiossintéticas chamadas de nítricas (gênero Nitrobacter). O produto dessa oxidação são os nitratos, que são absorvidos e utilizados pelos vegetais na fabricação de proteínas e ácidos nucleicos. Na cadeia alimentar, esses nitratos são absorvidos pelo organismo dos animais.
Presentes no solo há outros tipos de bactérias, como a Pseudomonas denitrificans, que, na ausência de oxigênio atmosférico, utiliza o nitrato para oxidar compostos orgânicos, produzindo energia pela respiração anaeróbia. A esse processo damos o nome de desnitrificação, e nele uma parte dos nitratos encontrados no solo é transformada novamente em nitrogênio e liberada para a atmosfera, encerrando-se o ciclo e deixando a taxa de nitrato do solo estável.
Em culturas agrícolas, os agricultores fornecem ao solo: nitrogênio, fósforo, potássio e outros elementos na forma de adubos ou fertilizantes, como forma de aumentarem a produção. Outra forma de aumentar o fornecimento de nitrogênio ao solo é cultivando plantas leguminosas que abrigam as bactérias fixadoras de nitrogênio em suas raízes juntamente com outras plantas não leguminosas. A isso damos o nome de plantações consorciadas.
A rotação de culturas também é muito empregada como forma de devolver sais de nitrogênio ao solo. Nessa prática há a alternância do plantio de leguminosas com outras culturas, como arroz, milho, trigo, etc. Dessa forma, as leguminosas repõem os sais de nitrogênio que as outras culturas retiraram do solo. Após a colheita, é possível enterrar as partes não aproveitadas das leguminosas para servirem de adubo verde, enriquecendo o solo com compostos nitrogenados.
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