ciclo del nitrógeno

Gabriela López López

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Ciclo del

Nitrógeno

Acciones humanas que afectan el ciclo del nitrogeno

Ciclo del nitrogeno

Fijación de N

Es un proceso fundamental, que es crucial para la disponibilidad de este elemnto en los ecosistemas terrestres y acuáticos. Es la conversión del nitrógeno molecular (N2) del aire en compuestos nitrogenados utilizables por los organismos vivos. Puebe ocurrir de varias maneras:

• Fijación abiótica

• Fijación biológica

- Fijación simbólica - Fijación no simbiótica

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Las bacterias simbióticas fijadoras de nitrógeno establecen una relación de beneficio mutuo con las plantas, especialmente con las leguminosas. Estas bacterias convierten el nitrógeno atmosférico en una forma que las plantas pueden usar, y a cambio reciben compuestos orgánicos y energía de las plantas. Esta asociación es crucial para la fertilidad del suelo y la nutrición de las plantas, reduciendo la necesidad de fertilizantes sintéticos y beneficiando al medio ambiente.

Bacterias fijadoras de N

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Son microorganismos que realizan la fijación biológica de nitrógeno sin establecer una asociación simbiótica con las plantas. Estas bacterias son capaces de convertir el nitrógeno molecular (N2) del aire en formas asimilables por otros organismos, como el amonio (NH4+) o los nitratos (NO3-). Algunos ejemplos de estas bacterias son los géneros Azotobacter, Clostridium y Cyanobacteria.

Bacterias de vida libre fijadoras de nitrógeno

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Implica la conversión de compuestos orgánicos nitrogenados en amonio (NH4+), una forma inorgánica de nitrógeno. Este proceso es llevado a cabo por microorganismos descomponedores, como ciertas bacterias y hongos, que descomponen la materia orgánica rica en nitrógeno, como residuos de plantas y animales muertos, excrementos y restos vegetales.

Amonificación

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Respecta a la retención y liberación de nutrientes nitrogenados en el suelo. La arcilla es un tipo de partícula del suelo que tiene una estructura porosa y una alta capacidad para retener agua y nutrientes. Pueden influir en el proceso de amonificación y nitrificación, así como en la retención y liberación de nitratos en el suelo. Aquí hay algunas formas en que los minerales de arcilla afectan el ciclo del nitrógeno:

Minerales de arcilla

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La nitrificación es un proceso clave en el ciclo del nitrógeno que implica la conversión de amonio (NH4+) a nitratos (NO3-) en el suelo. Este proceso ocurre en dos etapas, llevadas a cabo por diferentes grupos de bacterias:

Nitrificación

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Las bacterias nitrificantes son microorganismos que desempeñan un papel clave en el ciclo del nitrógeno al realizar la nitrificación, un proceso en el cual los compuestos de nitrógeno son convertidos de una forma a otra. Estas bacterias son principalmente aerobias, lo que significa que necesitan oxígeno para llevar a cabo su metabolismo. Hay dos tipos principales de bacterias nitrificantes involucradas en la nitrificación:

Bacterias nitrificantes

Proceso mediante el cual las plantas y otros organismos toman los compuestos nitrogenados disponibles en el suelo y los utilizan para su crecimiento y desarrollo. Las plantas pueden absorber nitratos (NO3-) y amonio (NH4+) a través de sus raíces y utilizarlos para sintetizar proteínas, ácidos nucleicos y otros componentes celulares esenciales. Los microorganismos del suelo también pueden asimilar compuestos nitrogenados disponibles para su propio crecimiento y reproducción.

Asimilación

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Proceso mediante el cual los nutrientes, en este caso, los compuestos nitrogenados como los nitratos (NO3-) presentes en el suelo, se disuelven en el agua y se mueven hacia capas más profundas del suelo o hacia cuerpos de agua subterráneos. La lixiviación puede ocurrir cuando hay una cantidad excesiva de nitratos en el suelo que no son absorbidos por las raíces de las plantas..

Lixiviación

Las bacterias desnitrificantes son microorganismos anaeróbicos que realizan la desnitrificación, un proceso en el ciclo del nitrógeno donde los nitratos (NO3-) son convertidos en gases nitrogenados como óxido nitroso (N2O) y nitrógeno molecular (N2). Estas bacterias devuelven el nitrógeno atmosférico a la atmósfera, cerrando el ciclo global del nitrógeno, y también pueden reducir la disponibilidad de nitratos en el suelo, afectando la calidad del agua y la disponibilidad de nutrientes para las plantas. Ejemplos de bacterias desnitrificantes incluyen especies de Pseudomonas, Paracoccus y Bacillus.

Bacterias desnitrificantes

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Se refiere a la incorporación de compuestos nitrogenados en el suelo o en cuerpos de agua sin la intervención directa de procesos biológicos o químicos. Esto puede ocurrir de varias maneras:

Deposición física de N

Es un proceso en el cual los compuestos nitrogenados, especialmente los nitratos (NO3-), son convertidos a formas gaseosas como el óxido nitroso (N2O) y el nitrógeno molecular (N2), y liberados a la atmósfera. Este proceso es llevado a cabo por bacterias desnitrificantes en condiciones anaeróbicas, donde el oxígeno está limitado. La desnitrificación juega un papel importante en el ciclo del nitrógeno al devolver el nitrógeno atmosférico al aire y cerrar así el ciclo global del nitrógeno.

Desnitrificación

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Proporciona una fuente de nitrógeno orgánico que puede ser descompuesta y convertida en formas inorgánicas de nitrógeno, como amonio (NH4+) y nitratos (NO3-), a través de procesos de mineralización y descomposición microbiana. Cuando las plantas y animales mueren, o cuando se descomponen materiales orgánicos, como hojas caídas, excrementos y restos de organismos, los compuestos de nitrógeno presentes en estos residuos orgánicos son liberados al suelo. A continuación, estos compuestos de nitrógeno pueden experimentar diferentes procesos en el suelo:

Residuos Orgánicos

Son microorganismos, principalmente bacterias y hongos, que desempeñan un papel fundamental en el ciclo del nitrógeno al descomponer la materia orgánica rica en nitrógeno y liberar compuestos de nitrógeno en formas disponibles para otros organismos en el suelo. Estos microorganismos actúan en varias etapas del ciclo del nitrógeno:

• Mineralización
• Nitrificación
• Desnitrificación

Descomponedores

La simbiosis entre estas bacterias y las leguminosas se manifiesta en la formación de estructuras especializadas en las raíces de las plantas llamadas nódulos radicales. Dentro de estos nódulos, las bacterias fijadoras de nitrógeno convierten el nitrógeno atmosférico (N2) en amonio (NH4+), una forma que las plantas pueden usar para sintetizar proteínas y otros compuestos nitrogenados esenciales para su crecimiento y desarrollo. A cambio del suministro de nitrógeno, las bacterias reciben de las plantas compuestos orgánicos y energía en forma de carbohidratos, que las bacterias utilizan como fuente de carbono y energía. Este proceso de fijación simbiótica de nitrógeno es fundamental para la fertilidad del suelo y para la nutrición de las plantas, ya que permite la incorporación de nitrógeno atmosférico en el ecosistema de una manera biológicamente disponible.

Además, estas bacterias desempeñan un papel importante en la fijación de nitrógeno en entornos donde las condiciones no son propicias para la asociación simbiótica con las plantas, como en suelos pobres en nutrientes o en ambientes acuáticos. Su actividad contribuye a mantener la disponibilidad de nitrógeno en estos entornos, lo que es crucial para el funcionamiento saludable de los ecosistemas.

Las bacterias del género Azotobacter han sido utilizadas extensamente en la producción agrícola mundial, ya que le aportan a las plantas hasta el 50 % de sus necesidades de nitrógeno mediante la fijación asociativa del elemento que llevan a cabo a partir de la atmósfera

Clostridium difficile es una bacteria que puede causar diarrea y afecciones intestinales más serias, como la colitis. También se conoce con otros nombres, como Clostridioides difficile (un nombre nuevo) o C.

Las Cianobacterias son organismos microscópicos, bacterias Gram-negativas que contienen clorofila, lo que les permite realizar fotosíntesis. Por ello históricamente se las ha identificado como algas verde-azules. Están presentes en aguas dulces, saladas, salobres y zonas de mezcla de estuarios

Deposición atmosférica: El nitrógeno puede ser depositado en la superficie terrestre a través de la atmósfera en forma de gases como el dióxido de nitrógeno (NO2) y amoníaco (NH3), así como en forma de partículas finas en aerosoles. Esta deposición atmosférica puede provenir de fuentes naturales, como erupciones volcánicas, incendios forestales y emisiones biogénicas, así como de actividades humanas, como la quema de combustibles fósiles y la aplicación de fertilizantes. Deposición de precipitación: El nitrógeno también puede ser transportado a través de la atmósfera y depositado en la superficie terrestre en forma de nitratos y amoníaco disueltos en el agua de lluvia, nieve o rocío. Esta deposición puede ser una fuente importante de nutrientes para los ecosistemas terrestres y acuáticos, pero también puede contribuir a la eutrofización de cuerpos de agua si es excesiva. La deposición física de nitrógeno puede tener importantes consecuencias para los ecosistemas, ya que puede afectar la disponibilidad de nutrientes en el suelo, influir en la calidad del agua y del aire, y contribuir a la acidificación de suelos y cuerpos de agua. Por lo tanto, es un aspecto importante a considerar en la gestión ambiental y la conservación de los recursos naturales.

Durante la descomposición de la materia orgánica, los compuestos nitrogenados complejos, como proteínas y ácidos nucleicos, son degradados por enzimas liberadas por los microorganismos descomponedores. Como resultado de esta degradación, el nitrógeno orgánico es liberado en forma de amonio (NH4+), que puede ser utilizado por las plantas y otros organismos como una fuente de nutrientes nitrogenados. La amonificación es un paso importante en el ciclo del nitrógeno, ya que convierte el nitrógeno orgánico de difícil asimilación en una forma inorgánica que es más fácilmente disponible para los organismos en el suelo. Esta forma de nitrógeno puede ser posteriormente utilizada por las plantas para su crecimiento y desarrollo, completando así el ciclo del nitrógeno.

Adsorción de amonio: Los minerales de arcilla pueden adsorber amonio (NH4+) en su superficie, lo que ayuda a mantener este nutriente disponible en el suelo para las plantas y evita su lavado hacia las capas más profundas del suelo.Adsorción de nitratos: Del mismo modo, los minerales de arcilla también pueden adsorber nitratos (NO3-) en su superficie, evitando su lixiviación y pérdida hacia las aguas subterráneas.Procesos de nitrificación: Los minerales de arcilla pueden proporcionar un ambiente favorable para los microorganismos responsables de la nitrificación, un proceso mediante el cual el amonio se convierte en nitratos en el suelo. Esto se debe a que los minerales de arcilla pueden retener agua y nutrientes, creando condiciones adecuadas para la actividad microbiana. Intercambio catiónico: Los minerales de arcilla también participan en el intercambio catiónico, un proceso mediante el cual los nutrientes están disponibles para las plantas. Los cationes como el amonio y el potasio pueden ser retenidos por los minerales de arcilla y liberados posteriormente para ser tomados por las raíces de las plantas.

Nitrosación: En esta etapa, las bacterias del género Nitrosomonas oxidan el amonio (NH4+) a nitrito (NO2-), utilizando oxígeno molecular (O2) como aceptor de electrones. La reacción química es la siguiente: NH4+ + 1.5 O2 → NO2- + 2H+ + H2O Nitratación: En esta etapa, las bacterias del género Nitrobacter oxidan el nitrito (NO2-) a nitrato (NO3-), también utilizando oxígeno molecular (O2) como aceptor de electrones. La reacción química es la siguiente: NO2- + 0.5 O2 → NO3- Ambas etapas de la nitrificación son procesos biológicos aeróbicos, lo que significa que requieren la presencia de oxígeno para ocurrir. La nitrificación es un paso crucial en el ciclo del nitrógeno porque convierte el amonio, que es una forma de nitrógeno menos disponible para las plantas, en nitrato, una forma de nitrógeno más móvil y fácilmente absorbida por las raíces de las planta

Los nitratos son una importante fuente de nutrientes nitrogenados para las plantas, y su disponibilidad en el suelo influye en el crecimiento, la salud y la productividad de los cultivos. Sin embargo, los nitratos también pueden ser lixiviados hacia las aguas subterráneas si no son absorbidos por las plantas, lo que puede provocar problemas de contaminación del agua y eutrofización en cuerpos de agua cercanos.

Esto puede ser resultado de una aplicación excesiva de fertilizantes nitrogenados o de la descomposición de materia orgánica rica en nitrógeno. La lixiviación puede tener consecuencias negativas, como la contaminación de aguas subterráneas y la eutrofización de cuerpos de agua

Nitrosomonas: Estas bacterias oxidan el amonio (NH4+) a nitrito (NO2-), en una etapa llamada nitrosación. Este proceso libera energía que las bacterias utilizan para su crecimiento y reproducción. La reacción química es la siguiente: NH4+ + 1.5 O2 → NO2- + 2H+ + H2O Nitrobacter: Estas bacterias oxidan el nitrito (NO2-) a nitrato (NO3-), en una etapa llamada nitratación. Al igual que con Nitrosomonas, este proceso proporciona energía para el crecimiento de las bacterias. La reacción química es la siguiente: NO2- + 0.5 O2 → NO3- Ambas etapas son necesarias para completar la nitrificación. Las bacterias nitrificantes son abundantes en el suelo, especialmente en suelos bien drenados y ricos en materia orgánica, donde desempeñan un papel crucial en la transformación del amonio a formas de nitrógeno más disponibles para las plantas, como los nitratos (NO3-). Esta disponibilidad de nitratos es esencial para el crecimiento de las plantas y otros organismos del suelo.

• Mineralización
• Nitrificación
• Desnitrificación

En resumen, los residuos orgánicos proporcionan una importante fuente de nitrógeno en el ciclo del nitrógeno al ser descompuestos por microorganismos en el suelo, lo que contribuye a la disponibilidad de nutrientes para las plantas y otros organismos del ecosistema.

Uso de fertilizantes nitrogenadosLa aplicación excesiva de fertilizantes nitrogenados en la agricultura puede resultar en la acumulación de nitratos en el suelo. Esto puede aumentar el riesgo de lixiviación de nitratos hacia las aguas subterráneas, contribuyendo a la contaminación del agua y la eutrofización de cuerpos de agua.

Deforestación y cambio de uso del suelo: La deforestación y el cambio de uso del suelo para actividades como la agricultura y la urbanización pueden aumentar la erosión del suelo y la pérdida de materia orgánica. Esto puede reducir la capacidad del suelo para retener nitrógeno y aumentar la lixiviación de nitratos hacia los cuerpos de agua.

Emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx): Las actividades humanas, como la quema de combustibles fósiles y la producción industrial, pueden generar emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx) a la atmósfera. Estos compuestos pueden contribuir a la deposición atmosférica de nitrógeno, que luego puede ser transportado hacia el suelo y los cuerpos de agua, afectando el equilibrio de nutrientes en los ecosistemas.

Desperdicio de alimentos: El desperdicio de alimentos es una importante fuente de pérdida de nitrógeno en el ciclo del nitrógeno. Los alimentos desechados que terminan en vertederos se descomponen y liberan amonio y otros compuestos de nitrógeno en el medio ambiente, contribuyendo a la contaminación del suelo y del agua. Además, el proceso de producción de alimentos también implica una pérdida de nitrógeno en forma de residuos y subproductos.