As plantas requerem certo número de
elementos além daqueles que obtêm diretamente da atmosfera (carbono e
oxigênio sob a forma de dióxido de carbono) e da água do solo
(hidrogênio e oxigênio). Todos estes elementos, com exceção de um, provêm da desintegração das rochas e são captados pelas plantas a partir do solo. A exceção é o nitrogênio, que representa 78% da atmosfera terrestre.
As rochas da superfície terrestre
constituam também a fonte primária de nitrogênio, este penetra no solo,
indiretamente por meio da atmosfera, e, através do solo, penetra nas
plantas que crescem sobre ele.
A
maioria dos seres vivos é incapaz de utilizar o nitrogênio atmosférico
para sintetizar proteínas e outras substâncias orgânicas. Ao contrário
do carbono e do oxigênio, o nitrogênio é muito pouco reativo do ponto de
vista químico, e apenas certas bactérias e algas azuis
possuem a capacidade altamente especializada de assimilar o nitrogênio
da atmosfera e convertê-lo numa forma que pode ser usada pelas células. A deficiência de nitrogênio utilizável constitui muitas vezes, o principal fator limitante do crescimento vegetal.
Amonificação
As bactérias saprófitas e várias espécies de fungos são os principais responsáveis pela decomposição de materiais orgânicos mortos. Estes microrganismos utilizam as proteínas e os aminoácidos como fonte para suas próprias proteínas e liberam o excesso de nitrogênio sob a forma de amônio (NH4+). Este processo é denominado amonificação. O nitrogênio pode ser fornecido sob a forma de gás amoníaco (NH3), mas este processo ocorre geralmente apenas durante a decomposição de grandes quantidades de materiais ricos em nitrogênio, como numa grande porção de adubo ou fertilizante. Em geral, a amônia produzida por amonificação é dissolvida na água do solo, onde se combina a prótons para formar o íon amônio.
Várias espécies de bactérias comumente encontradas nos solos são capazes de oxidar a amônia ou amônio. A oxidação do amoníaco, conhecida como nitrificação,
é um processo que produz energia e a energia liberada é utilizada por
estas bactérias para reduzir o dióxido de carbono, da mesma forma que as
plantas autotróficas utilizam a energia luminosa para a redução do
dióxido de carbono. Tais organismos são conhecidos como autotróficos quimiossintéticos (diferentes dos autotróficos fotossintéticos, como as plantas e as algas). As bactérias nitrificantes quimiossintéticas Nitrosomonas e Nitrosococcus oxidam o amoníaco dando nitrito (NO2-):
2 NH3 + 3O2 --------> 2 NO2- + 2 H+ + 2 H2O
(gás amoníaco) (nitrito)
O nitrito é tóxico para as plantas superiores, mas raramente se acumula no solo. Nitrobacter, outro gênero de bactéria, oxida o nitrito, formando nitrato (NO3-), novamente com liberação de energia:
2 NO2- + O2 ---------> 2 NO3-
(nitrito) (nitrato)
O nitrato é a forma sob a qual quase todo o nitrogênio se move do solo para o interior das raízes.
Poucas espécies vegetais são capazes de utilizar proteínas animais como fonte de nitrogênio. Estas espécies, que compreendem as plantas carnívoras, possuem adaptações especiais utilizadas para atrair e capturar pequenos animais. Digerem-se, absorvendo os compostos nitrogenados e outros compostos orgânicos e minerais, tais como potássio e fosfato. As
plantas carnívoras em sua maioria são encontradas em pântanos, que são
em geral fortemente ácidos e, portanto, desfavoráveis ao crescimento de
bactérias nitrificantes.
Perda de nitrogênio
Conforme
observamos, os compostos nitrogenados das plantas clorofiladas retornam
ao solo com a morte das mesmas (ou dos animais que delas se
alimentaram), sendo reprocessados pelos organismos e microrganismos do solo, absorvidos pelas raízes sob a forma de nitrato dissolvido na água do solo e reconvertidos em compostos orgânicos. Durante
o decorrer deste ciclo verifica-se sempre uma “perda” de certa
quantidade de nitrogênio, no sentido de se tornar inutilizável para a
planta.
Uma das principais causas desta perda de nitrogênio é a remoção de plantas do solo. Os
solos cultivados exibem freqüentemente um declínio constante no
conteúdo de nitrogênio. O nitrogênio pode ser também perdido quando a
parte superficial do solo é decapitada pela erosão ou quando sua superfície é destruída pelo fogo. O nitrogênio é também removido pela lixiviação;
os nitratos e nitritos, que são anions, mostram-se particularmente
suscetíveis à lixiviação pela água que se infiltra através do solo. Em alguns solos, bactérias desnitrificantes decompõem os nitratos e liberam nitrogênio para o ar. Este
processo que fornece à bactéria o oxigênio necessário para a respiração
é dispendioso em termos de necessidades energéticas (isto é, o O2 pode ser reduzido mais rapidamente que o NO3-)
e ocorre extensamente apenas nos solos com deficiência de oxigênio,
isto é, nos solos que são mal drenados e, portanto, pobremente arejados.
Algumas vezes, uma alta proporção do nitrogênio presente no solo não é disponível para as plantas. Esta imobilização ocorre quando existe excesso de carbono. Quando substâncias orgânicas ricas em carbono, mas pobres em nitrogênio, a palha
é um bom exemplo, se encontram em abundância no solo, os microrganismos
que atacam estas substâncias precisarão de mais nitrogênio do que
contêm a fim de utilizar totalmente o carbono presente. Em
conseqüência, não utilizarão apenas o nitrogênio presente na palha ou
material semelhante, mas também todos os sais de nitrogênio disponíveis
no solo. Conseqüentemente, este
desequilíbrio tende a normalizar-se à medida que o carbono é fornecido
sob a forma de dióxido de carbono pela respiração microbiana, e à medida
que aumenta a proporção entre nitrogênio e carbono no solo.
Fixação do nitrogênio
Conforme
podemos ver, se todo o nitrogênio que é removido do solo não fosse
constantemente reposto, praticamente doa a vida neste planeta
desapareceria finalmente. O nitrogênio é reabastecido no solo pela fixação do nitrogênio. A
fixação do nitrogênio é o processo pelo qual o nitrogênio gasoso do ar é
incorporado em compostos orgânicos nitrogenados e, assim, introduzido
no ciclo do nitrogênio. A
fixação deste gás, que pode ser efetuada, em graus apreciáveis, por
apenas algumas bactérias e algas azuis, é um processo do qual dependem
atualmente todos os organismos vivos, da mesma forma que todos eles
dependem, em última análise, da fotossíntese para a obtenção de energia.
Uma a duas
centenas de milhões de toneladas métricas de nitrogênio são
acrescentadas à superfície terrestre a cada ano pelos sistemas
biológicos. O homem produz 28
milhões de toneladas métricas, cuja maior parte é utilizada como
fertilizantes; no entanto, este processo é efetuado com alto custo
energético em termos de combustíveis fôsseis. A
quantidade total de energia necessária para a produção de fertilizantes
de amônio é atualmente estimada como equivalente a 2 milhões de barris
de óleo por dia. De fato, calcula-se que os custos da fertilização com nitrogênio estão atingindo o ponto de lucros decrescentes. As
culturas tradicionais em áreas tais como a Índia não atingem uma
produção significativamente aumentada com a utilização de fertilizantes
com nitrogênio, tendo baixas necessidades deste elemento, mas estão
sendo atualmente substituídas por “cereais milagrosos” e outras culturas
que não produzem mais com fertilização com nitrogênio - justamente numa
época em que tal tratamento está se tornando proibitivamente dispendioso.
Das várias classes de organismos fixadores de nitrogênio, as bactérias simbióticas são, incomparavelmente, as mais importantes em termos de quantidades totais de nitrogênio fixado. A mais comum das bactérias fixadoras de nitrogênio é Rhizobium, que é um tipo de bactéria que invade as raízes de leguminosas (angiospermas da família Fabaceae ou Leguminosae), tais como trevo, ervilha, feijão, ervilhaca e alfafa.
Os efeitos benéficos das leguminosas sobre o solo são tão óbvios que foram reconhecidos há centenas de anos. Teofrasto, que viveu no terceiro século a.C. escreveu que os gregos utilizavam culturas de feijão para enriquecer os solos. Nos
locais em que as leguminosas crescem, certa quantidade de nitrogênio
“extra” pode ser liberada para o solo, onde se torna disponível para
outras plantas. Na agricultura
moderna constitui prática comum alternar uma cultura não leguminosa,
como o milho, com uma leguminosa, como a alfafa. As
leguminosas são então colhidas para feno deixando as raízes ricas em
nitrogênio, ou ainda melhor, são aradas novamente no campo. Uma boa colheita de alfafa, que é recolocada no solo, pode fornecer 450 quilogramas de nitrogênio por hectare. A aplicação dos elementos vestigiais, cobalto e molibdênio, exigidos pelas bactérias simbióticas,
incrementa grandemente a produção de nitrogênio se estes elementos
estiverem presentes em quantidades limitantes, como em grande parte da
Austrália.
fonte: sóbiologia.com.br
Exercícios
(FUVEST) O esquema representa o ciclo do nitrogênio.
Qual alternativa apresenta os organismos responsáveis pelas passagens indicadas por I, II e III?
I
|
II
|
III
|
|
a
|
Bactérias simbióticas
|
Bactérias parasitas
|
Bactérias nitrificantes
|
b
|
Bactérias simbióticas
|
Decompositores
|
Bactérias nitrificantes
|
c
|
Bactérias fixadoras
|
Bactérias nitrificantes
|
Bactérias desnitrificantes
|
d
|
Bactérias fixadoras
|
Decompositores
|
Bactérias desnitrificantes
|
e
|
Bactérias parasitas
|
Decompositores
|
Bactérias desnitrificantes
|
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