วัฏจักรของไนโตรเจน

                                                  วัฎจักรไนโตรเจน

         วัฏจักรของไนโตรเจนมีความซับซ้อนมาก แม้ว่าสิ่งมีชีวิตทั้งหลายจะอาศัยอยู่ในสภาพแวด
ล้อมที่มีไนโตรเจนอยู่ถึง 79% แต่มีสิ่งมีชีวิตเพียงไม่กี่ชนิดเท่านั้น ที่สามารถใช้ได้โดยตรง
ในรูปของแก๊ส

           ไนโตรเจนเป็นธาตุที่จำเป็นในการสร้างโปรโตพลาสซึมของสิ่งมีชีวิตอีกชนิดหนึ่ง โดยจะ
เป็นส่วนประกอบสำคัญของโปรตีน วัฏจักรของไนโตรเจนมีความซับซ้อนมากกว่าคาร์บอน
แหล่งสะสมของไนโตรเจนอยู่ในบรรยากาศ เช่น เดียวกับคาร์บอน ปริมาณไนโตรเจนใน
บรรยากาศมีสูงถึงร้อยละ 79 ของอากาศทั้งหมด สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่จะไม่สามารถนำ N2
ในบรรยากาศไปใช้ได้โดยตรง แต่จะใช้ได้เมื่ออยู่ในสภาพสารประกอบ เช่น แอมโมเนีย
ไนไตรต์ และไนเตรต ดังนั้นแหล่งสะสมที่แท้จริงของไนโตรเจนจึงอยู่ในสภาพสารอินทรีย์
เช่น ยูเรีย โปรตีน กรดนิวคลีอิค ธาตุไนโตรเจนในบรรยากาศจึงจำเป็นต้องถูกเปลี่ยนรูป
ให้อยู่ในสภาพที่สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่จะใช้ได้ ซึ่งเกิดโดยขบวนการตรึงไนโตรเจน (nitrogen
fixation) นอกจากนี้ ในวัฏจักรของไนโตรเจนยังมีขบวนการอื่นๆ อีก 3 ขบวนการที่สำคัญ
คือ ammonification, nitrification และ denitrification ขบวนการตรึงไนโตรเจน
(nitrogen fixation) เป็นการเปลี่ยนแก๊สไนโตรเจนจากอากาศให้อยู่ในสภาพของ
แอมโมเนียหรือไนเตรตซึ่งพืชนำไปใช้ได้้ ซึ่งเกิดขึ้นได้ 3 วิธี คือ

1. เกิดโดยขบวนการ electrochemical fixation และ photochemical fixation
โดยปฏิกิริยาจากฟ้าแลบ ฟ้าผ่า สามารถตรึงไนโตรเจนเป็นไนเตรตได้ถึง 7.6 x 106
เมตริกตัน/ปี

2. การตรึงไนโตรเจนโดยขบวนการทางชีววิทยา เกิดโดยการกระทำของสิ่งมีชีวิตซึ่งจะ
ได้ไนเตรตถึงปีละ 54 x 106 เมตริกตัน สิ่งมีชีวิตที่เกี่ยวข้องในขบวนการนี้มีหลายกลุ่ม
คือ

2.1 symbiotic bacteria ได้แก่แบคทีเรียที่อาศัยในปมรากของพืชตระกูลถั่วหลายชนิด
ซึ่งปัจจุบันมีความสำคัญมาก และเป็นที่สนใจของนักวิจัยที่จะใช้จุลินทรีย์นี้ในการตรึง
ไนโตรเจนแก่พืชแทนการใส่ปุ๋ย แบคทีเรียนี้ส่วนใหญ่อยู่ในสกุล Rhizobium ซึ่งแต่ละชนิด
จะมีความเฉพาะเจาะจงในการอยู่ร่วมกับพืชพวกถั่วชนิดต่างๆ มาก

2.2 free – living nitrogen fixers ได้แก่แบคทีเรียพวก Azotobacter และ Clostridium
รวมทั้งสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินอีกหลายชนิด เช่น Nostoc และ Anabaena

3. การตรึงไนโตรเจนโดยการสังเคราะห์ทางอุตสาหกรรม ซึ่งจะได้ไนเตรตออกมาใช้ใน
สภาพของปุ๋ยปีละเป็นจำนวนมาก เช่น ปี พ.ศ.2511 มีมากถึง 30 x 106 เมตริกตันและ
ปริมาณนี้จะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ แอมโมเนียและไนเตรตในสภาพที่ละลายน้ำได้จะถูกพืชนำ
ไปใช้สังเคราะห์กรดอะมิโนและโปรตีนเพื่อใช้สร้างเป็นโปรโตพลาสซึมของพืชต่อไป หรือ
ถ้าสัตว์กินพืช โปรตีนในพืชจะเปลี่ยนเป็นโปรตีนในสัตว์ เมื่อพืชและสัตว์ลงซากจะถูกย่อย
สลายให้กลายเป็นแอมโมเนีย หรือในสัตว์เองนั้น เมตาบอสิซึมของโปรตีนจะให้ของเสีย
ในรูปของยูเรียและของเสียพวกไนโตรเจนรูปอื่น ๆ เช่น กรดยูริค

 

ขบวนการย่อยสลายของกรดอะมิโน (ammonification)

ขบวนการย่อยสลายกรดอะมิโน (หรือโปรตีน) นี้เกิดโดยการกระทำของ ammonifying
bacteria เช่น Pseudomonas และ Proteus ขบวนการเปลี่ยนแปลงตอนนี้จึงเรียกว่า
ammonification ซึ่งหมายถึงการเปลี่ยนจากกรดอะมิโน หรือโปรตีนในซาก หรือในของ
เสียให้เป็นแอมโมเนีย

ขบวนการ nitrificaltion

  

             สิ่งขับถ่ายจากสัตว์ รวมทั้งซากของพืชและสัตว์ในสภาพของแอมโนเนียจะถูกไนโตรท์
แบคทีเรีย เช่น nitrosomonas เปลี่ยนไปเป็นไนไตรท์ และไนไตรท์เองจะถูกไนเตรต
แบคทีเรีย เช่น nitrobacter เปลี่ยนเป็นไนเตรตต่อไป ขบวนการเปลี่ยนแอมโมเนียไป
เป็นไนไตรท์และไนเตรตนี้เรียกว่า nitrification

ขบวนการ denitrification

       ไนเตรตนี้จะถูกพืชนำไปใช้ได้โดยตรง และในที่สุดจะถูกสร้างไปเป็นกรดอะมิโน และ
โปรตีนในพืชใหม่ จากนี้จะมีการเปลี่ยนแปลงเพื่อเป็นไนโตรเจนในบรรยากาศได้ใหม่
โดยการกระทำของ denitrifying bacteria เช่น Pseudomonas, Thiobacillus
โดยการกระทำของ Micrococcus denitrificans การเปลี่ยนแปลงจากไนไตรท์และ
ไนเตรตไปเป็นก๊าซไนโตรเจนในบรรยากาศใหม่นี้เรียกว่า denitrification

จากวัฎจักรของไนโตรเจนนี้เห็นได้ว่า แก๊สไนโตรเจนจะมีการเปลี่ยนแปลงรูปและนำ
ไปใช้ในระบบนิเวศในสภาพของสารประกอบชนิดต่างๆ และในที่สุดจะกลับคืนมาเป็น
แก๊สไนโตรเจนตามเดิม ซึ่งในแต่ละขั้นตอนของการเปลี่ยนแปลงจำเป็นต้องอาศัยแบค
ทีเรียและจุลินทรีย์มากชนิด จึงจะทำให้เกิดสมดุลของการหมุนเวียนแร่ธาตุเหล่านี้ได้