Ciclo del Nitrógeno
El ciclo del nitrógeno comprende los procesos biológicos y abióticos que suministran este elemento esencial a los seres vivos. Es un ciclo biogeoquímico crucial para el equilibrio dinámico de la biosfera.
Efectos en los Seres Vivos
El nitrógeno es un componente fundamental en la composición química de los seres vivos. Lo obtienen en forma oxidada como nitrato (NO3–) y lo convierten en grupos amino reducidos (asimilación). Para regenerar el nitrato, los descomponedores lo extraen de la biomasa en forma de ion amonio (NH4+), proceso llamado amonificación. Posteriormente, el amonio se oxida a nitrato mediante la nitrificación.
Este ciclo biológico se complementa con la fijación de nitrógeno, que convierte el N2 atmosférico en compuestos solubles, y la desnitrificación, una forma de respiración anaerobia que devuelve N2 a la atmósfera. Estos procesos mantienen un reservorio de nitrógeno en el aire (78% en volumen).
Fases del Ciclo del Nitrógeno
El ciclo del nitrógeno describe cómo este elemento se mueve a través de la tierra, los océanos y la atmósfera. Sus fases son:
- Fijación de nitrógeno
- Asimilación
- Mineralización (amonificación)
- Nitrificación
- Volatilización
- Desnitrificación
Aportes y Pérdidas de Nitrógeno
Aportes Naturales
- Lluvia
- Fijación biológica del nitrógeno atmosférico por plantas
- Fijación bacteriana del amoniaco disuelto en agua
Aportes Artificiales
- Abonos orgánicos (estiércol)
- Abonos inorgánicos (fertilizantes químicos)
Pérdidas
- Absorción por las plantas: En la asimilación, las plantas transforman compuestos amónicos y nitratos en proteínas y otros compuestos nitrogenados.
- Lixiviación o lavado del nitrato: El arrastre del nitrato por el agua del suelo contamina las aguas subterráneas.
- Arrastre por escorrentía: El agua de lluvia o riego excesivo arrastra nitrógeno del suelo.
- Desnitrificación: Bacterias anaerobias liberan nitrógeno gaseoso y óxido nitroso a la atmósfera.
- Volatilización: Pérdida de nitrógeno en forma de amoniaco, especialmente en suelos alcalinos.
Fijación del N2
La fijación del N2 consiste en la reducción del nitrógeno atmosférico a compuestos nitrogenados, combinándolo con hidrógeno para formar amoniaco. Existen tres formas principales de fijación:
a) Fijación Atmosférica: Los relámpagos convierten N2 y O2 en NO, que luego forma ácido nítrico.
b) Fijación Biológica: Bacterias fijadoras de nitrógeno (como Rhizobium) en nódulos de las raíces de leguminosas convierten N2 en amoniaco. La enzima nitrogenasa cataliza la reacción: N2 + 16ATP + 8e- + 8H+ → 2NH3 + 8H2 + 16ADP + 16Pi
c) Fijación Industrial: Procesos químicos como el Haber-Bosch producen amoniaco (NH3) para fertilizantes.
El nitrógeno se intercambia entre la biosfera, litosfera, atmósfera e hidrosfera en diversas formas químicas. En la atmósfera, se encuentra como N2 y óxidos de nitrógeno. En la litosfera, principalmente como nitrato. En la hidrosfera, como ion nitrato y nitrógeno molecular. En la biosfera, forma parte de proteínas, aminoácidos, enzimas, ácidos nucleicos, vitaminas y hormonas.
Factores que Afectan la Fijación del Nitrógeno
Diversos factores influyen en la cantidad de nitrógeno fijado, tanto por microorganismos libres como en simbiosis:
- Número de microorganismos fijadores
- Luz (para microorganismos fotosintéticos)
- Temperatura
- Humedad
- Concentración de oxígeno
- Compuestos de nitrógeno
- Otros nutrientes minerales
- Reguladores de la nitrogenasa
Algunos ejemplos son:
- Azotobacter, abundante en el Delta del Nilo, es escaso en suelos británicos.
- La fijación en microorganismos fotosintéticos depende indirectamente de la luz, que proporciona el poder reductor para la fotosíntesis.
- El oxígeno inhibe la fijación, ya que el proceso requiere condiciones reductoras.