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O nitrogênio é um elemento de grande importância na natureza, já que está presente na composição de importantes substâncias e, inclusive, na composição do organismo dos seres vivos, no entanto, para poder ser utilizados pela maior parte dos seres vivos, ele precisa ser adicionado a outros elementos, e este é um trabalho executado por singelos e minúsculos seres: as bactérias!
As bactérias que realizam a fixação de nitrogênio são classificadas como seres diazotróficos (veja a etimologia da palavra no infográfico ao lado), pois não dependem do nitrogênio fixado na forma de outros compostos, como plantas e animais, podendo assimilar este elemento no estado em que se encontra na atmosfera.
Existem bactérias diazotróficas que podem viver livres no solo, ou em simbiose com algumas espécies de plantas, como as leguminosas. Neste último caso, as bactérias se instalam no interior das raízes destas espécies de plantas, formando pequenos nódulos.
Lá dentro, efetuam a fixação de nitrogênio através de uma enzima chamada nitrogenase que o combina com o hidrogênio, formando a amônia (NH3).
Uma parte é consumida pela própria planta para o seu desenvolvimento, que em troca oferece abrigo e alimento as bactérias. O volume excedente é liberado no solo e utilizado nas etapas seguintes do ciclo, assim como a amônia produzida pelas bactérias diazotróficas que vivem livres, sem estabelecer relações simbióticas com plantas.
Na etapa seguinte, chamada de nitrificação, ocorre em duas etapas: a nitrosação e a nitratação.
No primeiro passo, a nitrosação, espécies específicas de bactérias, chamadas de nitrosomonas coletam a amônia e a convertem em nitritos (NO2-).
Estes nitritos são processados no segundo passo (a nitratação), por um novo grupo de bactérias chamadas de nitrobactérias, para formar os nitratos (NO3-).
Tanto a amônia, quanto os nitritos e nitratos são utilizados pelas plantas de acordo com as características de cada espécie, é claro. De todos, os principais são os nitratos, já que estes são mais fáceis de serem assimilados.
Perceba que todos estes compostos, produzidos em uma sucessão de etapas, acaba beneficiando uma série se seres vivos, dando um grande propósito a cada passo executado, onde cada criatura recebe aquilo que precisa, para fazer o que deve ser feito.
Quando as plantas absorvem estes compostos, obtêm o nitrogênio de que precisam para crescerem, se reproduzirem e formarem seus frutos. A própria clorofila precisa de nitrogênio para existir, e sem ela a fotossíntese seria impossível, onde uma sucessão de eventos naturais jamais poderiam ocorrer!
Os animais só podem obter o nitrogênio para construção de seus organismos através da alimentação, desta forma, aqueles que se alimentam diretamente das plantas, são os primeiros a receberem este elemento, sucedidos todos os demais nas escalas superiores da cadeia alimentar.
Quando as plantas e os animais morrem, seus corpos são decompostos por fungos e bactérias, que devolvem para o solo os nitratos resultantes. Estes são os agentes saprófitos, que se alimentam de matéria morta, e inclusive as excreções dos seres vivos, efetuando a limpeza e reciclagem dos nutrientes!
Esta é mais uma etapa do ciclo do nitrogênio: a amonização.
Nela, a matéria orgânica, depois de decomposta, retorna ao solo novamente como amônia, reiniciando a nitrificação que formará os nitratos mais uma vez.
Uma parte destes nitratos que retornam ao solo são reabsorvidos pelas plantas e voltam para a cadeia alimentar. Outra parte é levada pela água das chuvas para os lagos, rios, lençóis freáticos e para o mar, nutrindo os seres que vivem nestes locais, e o excesso entra em mais uma etapa do ciclo do nitrogênio: a desnitrificação.
Na desnitrificação, determinadas espécies de bactérias que podem viver em solos encharcados e ricos em matéria orgânica, utilizam os nitratos ao invés do oxigênio em seu processo de respiração celular (respiração anaeróbica), e como resultado, liberam para a atmosfera o gás nitrogênio (nitrogênio molecular, N2) de volta, na forma em que estava no início do ciclo, assim se estabelece um equilíbrio onde os recursos utilizados sempre são devolvidos, sem desperdícios.
Este equilíbrio natural mantém apenas o que é realmente necessário aos processos da natureza, e devolve os recursos a sua origem. Assim, apenas as quantidades excessivas dos compostos gerados, são convertidos novamente em N2 na nitrificação.
Uma outra parcela é carregada pelas chuvas para zonas distintas, e escoada para ambientes aquáticos, beneficiando também os seres destes locais.
Isto estabelece um equilíbrio natural, onde só aquilo que realmente é necessário, é mantido.
Na natureza, tudo tem um destino e segue pelo caminho certo.
Notas:
- Cátions de amônio (NH4+) também estão presentes nesta etapa;
- Estudos mais recentes demonstram a participação de fungos também nesta etapa do ciclo.
Atenção às nossas ações
Quando usamos fertilizantes industrializados contendo nitrogênio (e o mesmo vale para os outros nutrientes), aumentamos a concentração deste nutriente livre no solo, além daquele que é naturalmente produzido pela natureza. Este excesso acaba sendo levado pela água em um processo chamado de lixiviação, que acaba nos rios, lagos e oceanos. Sem contar a fração que é evaporada, concentrando-se na atmosfera na forma de óxido nitroso (N2O), um dos gases do efeito estufa.
Concentrações elevadas destes elementos livres no solo, podem causar a morte dos pequenos organismos, pois modifica características químicas do solo.
A amônia, quando em contato com a água, e em determinados níveis de pH, é convertida em cátions de amônio (NH4⁺). Em excesso, ele é tóxico para as plantas. Entretanto, elas ainda conseguem lidar com ele (dentro de um certo limite), já que efetuam a rápida conversão em aminoácidos.
Já a amônia é tóxica para os animais. Quando ela escoa para lagos e rios em grandes quantidades, causa alterações na água que prejudica os seres que vivem neste ambiente, que não conseguem lidar com essa substância.
Por exemplo, água parada em lagos ou poças que formam uma cobertura verde, que é característica de densas populações de cianobactérias, pode ser um indicativo deste desequilíbrio.
Enfim, ainda que todo o excesso de origem industrial seja eliminado, as plantas não conseguem mais obter seus nutrientes de forma natural, pois o solo estará quase, ou totalmente sem vida, devido a estes desequilíbrios.
E então inicia-se um efeito bola de neve: como as plantas não se desenvolvem, colocamos mais fertilizante industrial e desequilibramos cada vez mais o solo, as águas e atmosfera, gerando reações em cadeia que modificam o clima e começam a afetar outros seres… inclusive a nós mesmos.
Este é um dos motivos da agricultura sintrópica ser tão interessante sob o ponto de vista ambiental, pois utilizam-se os subprodutos da própria cultura como fonte de recursos, assim como a natureza o faz em seus processos, criando um ambiente sustentável e em perfeito equilíbrio.
Para saber mais:
- Desnitrificação fúngica: Nouf Aldossari e Satoshi Ishii, Fungal denitrification revisited – Recent advancements and future opportunities (2021), Soil Biology and Biochemistry Journal, vol.157, https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0038071721001231
- Nitrificação fúngica: Laughlin, Ronnie & Stevens, R. & Müller, C. & Watson, Catherine. Evidence that fungi can oxidize NH4+ to NO3 in a grassland soil (2008). European Journal of Soil Science, vol.59, pgs.285-291, https://www.researchgate.net/publication/229971750_Evidence_that_fungi_can_oxidize_NH4_to_NO3-_in_a_grassland_soil
- Ken Killham, “Nitrification in Coniferous Forest Soils.” Plant and Soil, vol.128 (1990), pgs.31–44.
- Ciclo do Nitrogênio em Sistemas Agrícolas, de Rosana Faria Vieira, Embrapa. https://ainfo.cnptia.embrapa.br/digital/bitstream/item/175460/1/2017LV04.pdf
- Sergei A. Markov. Earth Science. Water & Atmosphere (2012). Capítulo: Nitrogen cycle, pgs.347-349
- https://www.britannica.com/science/nitrogen-cycle
- https://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_del_nitr%C3%B3geno
- https://en.wikipedia.org/wiki/Nitrosomonas
- https://es.wikipedia.org/wiki/Nitrobacter