Ciclo do nutrientes

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Ciclo do nutrientes

  1. 1. Ciclo dos NutrientesCiclo do NitrogênioO nitrogênio é um componente que entra na composição de duas moléculas orgânicasde considerável importância para os seres viventes: as proteínas e os ácidos nucléicos.Embora presente em grande concentração no ar atmosférico, essencialmente nacombinação molecular N2, poucos são os organismos que o assimilam nessa forma.Apenas certas bactérias e algas cianofíceas (algas azuis) podem retirá-lo do ar na formade N2 e incorporá-lo às suas moléculas orgânicas.Contudo, a maioria dos organismos não consegue reter e aproveitar o nitrogênio naforma molecular, obtendo esse nutriente na forma de íons amônio (NH4+), bem comoíons nitrato (NO3-).Algumas bactérias nitrificantes na superfície do solo realizam a conversão donitrogênio, transformam a amônia em nitratos, disponibilizando esse elementodiretamente às plantas e indiretamente aos animais, através das relações tróficas:produtor e consumidor.Outras bactérias também fixadoras de nitrogênio gasoso, ao invés de viverem livres nosolo, vivem no interior dos nódulos formados em raízes de plantas leguminosas, como asoja e o feijão, uma interação interespecífica de mútuo benefício (simbiose). Ao fixaremo nitrogênio do ar, essas bactérias fornecem parte dele às plantas.Portanto, a adoção do cultivo das leguminosas é uma prática recomendável àagricultura, porque desta forma as leguminosas colocam em disponibilidade onitrogênio para culturas seguintes, não empobrecendo tanto o solo quanto à questão denutrientes disponíveis.A devolução do nitrogênio à atmosfera, na forma de N2, é feita graças à ação de outrasbactérias, chamadas desnitrificantes. Elas podem transformar os nitratos do solo em N2,que volta à atmosfera, fechando o ciclo.
  2. 2. Visão geralO processo pelo qual o nitrogênio ou azoto circula através das plantas e do solo pelaação de organismos vivos é conhecido como Ciclo do Nitrogênio ou ciclo do azoto. Ociclo do azoto é um dos ciclos mais importantes nos ecossistemas terrestres. O azoto éusado pelos seres vivos para a produção de moléculas complexas necessárias ao seudesenvolvimento tais como aminoácidos, proteínas e ácidos nucléicos.O principal repositório de azoto é a atmosfera (78% desta é composta por azoto) onde seencontra sob a forma de gás (N2). Outros repositórios consistem em matéria orgânicanos solos e oceanos. Apesar de extremamente abundante na atmosfera o azoto éfrequentemente o nutriente limitante do crescimento das plantas. Isto acontece porque asplantas apenas conseguem usar o azoto sob duas formas sólidas: íon de amônio (NH4+) eíons de nitrato (NO3-), cuja existência não é tão abundante. Estes compostos são obtidosatravés de vários processos tais como a fixação e nitrificação. A maioria das plantasobtém o azoto necessário ao seu crescimento através do nitrato, uma vez que o íon deamônio lhes é tóxico em grandes concentrações. Os animais recebem o azoto quenecessitam através das plantas e de outra matéria orgânica, tal como outros animais(vivos ou mortos).
  3. 3. Processos do ciclo do azotoFixaçãoA fixação é o processo através do qual o azoto é capturado da atmosfera em estadogasoso (N2) e convertido em formas úteis para outros processos químicos, tais comoamoníaco (NH3), nitrato (NO3-) e nitrito (NO2-). Esta conversão pode ocorrer através devários processos, os quais são descritos nas secções seguintes.Fixação BiológicaAlgumas bactérias têm a capacidade de capturar moléculas de azoto (N2) e transformá-las em componentes úteis para os restantes seres vivos. Entre estas, existem bactériasque estabelecem uma relação de simbiose com algumas espécies de plantas(leguminosas) e bactérias que vivem livres no solo. A simbiose é estabelecida atravésdo consumo de amoníaco por parte das plantas; amoníaco este que é produzido pelasbactérias que vivem nos caules das mesmas plantas.Fixação AtmosféricaA fixação atmosférica ocorre através dos relâmpagos, cuja elevada energia separa asmoléculas de nitrogênio e permite que os seus átomos se liguem com moléculas deoxigênio existentes no ar formando monóxido de nitrogênio (NO). Este éposteriormente dissolvido na água da chuva e depositado no solo.A fixação atmosférica contribui com cerca de 5-8% de todo o nitrogênio fixado.Fixação IndustrialAtravés de processos industriais (nomeadamente o processo de Haber-Bosch) é possívelproduzir amoníaco (NH3) a partir de azoto (N2) e hidrogênio (H2). O amoníaco éproduzido principalmente para uso como fertilizante cuja aplicação sustenta cerca de40% da população mundial.Combustão de combustíveis fósseisA combustão decorrente dos motores dos automóveis e de centrais de energia libertamonóxido e dióxido de azoto (NOx). Estes gases são posteriormente dissolvidos na águada chuva e depositados no solo.Assimilação
  4. 4. Os nitratos formados pelo processo de nitrificação são absorvidos pelas plantas etransformados em compostos carbonados para produzir aminoácidos e outros compostosorgânicos de nitrogênio.A incorporação do nitrogênio em compostos orgânicos ocorre em grande parte nascélulas jovens em crescimento das raízes.MineralizaçãoAtravés da mineralização (ou decomposição) a matéria orgânica morta é transformadano ião de amônio (NH4+) por intermédio de bactérias aeróbicas, anaeróbicas e algunsfungos.NitrificaçãoA oxidação do amoníaco, conhecida como nitrificação, é um processo que produznitratos a partir do amoníaco (NH3). Este processo é levado a cabo por bactérias(bactérias nitrificantes) em dois passos: numa primeira fase o amoníaco é convertido emnitritos (NO2-) e numa segunda fase (através de outro tipo de bactérias nitrificantes) osnitritos são convertidos em nitratos (NO3-) prontos a ser assimilados pelas plantas.DesnitrificaçãoA desnitrificação é o processo pelo qual o azoto volta à atmosfera sob a forma de gásquase inerte (N2). Este processo ocorre através de algumas espécies de bactérias (taiscomo Pseudomonas e Clostridium) em ambiente anaeróbico. Estas bactérias utilizamnitratos alternativamente ao oxigênio como forma de respiração e libertam azoto emestado gasoso (N2).EutrofizaçãoA eutrofização corresponde a alterações de um corpo de água como resultado de adiçãode azoto ou fósforo.Os compostos de azoto existentes no solo são transportados através dos cursos de água,aumentando a concentração nos depósitos de água, o que pode fazer com que estessejam sobre-populados por certas espécies de algas podendo ser nocivo para oecossistema envolvente.Repositórios de AzotoOs principais repositórios de azoto são a Atmosfera, plantas, animais, solos e osoceanos.Atmosfera
  5. 5. A atmosfera comporta a maior parte do azoto existente na Terra. Este encontra-seprincipalmente sob a forma de N2. Estima-se que existam 3.9-4.0 x 109 TgN ( TgN =Teragrama de N = 1012 g de N ) na atmosfera. O tempo de residência médio de umamolécula de N2 na atmosfera é de 10 milhões de anos.O Azoto encontra-se na atmosfera também sob a forma de monóxido ou dióxido deazoto (NOx) e sob a forma de óxido nitroso (N2O). Sob a forma de NOx existem 1.3-1.4TgN com um tempo de residência médio de 1 mês. Sob a forma de óxido nitroso (N2O)existem cerca de 1.4 x 103 TgN com um tempo de residência de 100 anos.Plantas e animaisExistem cerca de 3 x 104 TgN em plantas e animais, com um tempo de residência de 50anos.SolosOs solos contêm cerca de 9.5 x 104 TgN, com um tempo de residência médio de 2000anos.OceanosNos oceanos o azoto encontra-se tanto na superfície como no fundo em forma desedimentos (4-5 x 108 TgN) . À superfície encontra-se dissolvido organicamente (2 x105 TgN).O azoto transita entre os vários repositórios a diferentes taxas. A tabela seguinteapresenta os fluxos do azoto entre a atmosfera e os outros repositórios (nomeadamenteplantas e solos). Mundo Habitantes [milhões] 6600 Área terrestre [103 km2] 148939.1 Área arável % 13.13 Input TgN/ano Fixação biológica 30 Importações (rações) 40 Fertilizantes sintéticos 80
  6. 6. Fixação atmosférica 60 Output TgN/ano Produtos vegetais Produtos animais Emissões gasosas (animais) Desnitrificação (solos) 12.2 Emissões gasosas (solos) 6.9 Emissões aquáticas 122 Emissões industriais 20Influência HumanaComo resultado da utilização intensiva de fertilizantes e da poluição resultante dosveículos e centrais energéticas, o Homem aumentou significativamente a taxa deprodução de azoto utilizável biologicamente. Esta alteração leva a alterações daconcentração deste nutriente, moderadamente em depósitos de água (através daeutrofização), e ao excessivo crescimento de determinadas espécies deteriorando oambiente que as rodeia.PoluiçãoPoluição provocada pelas influências antropogênicas do ciclo do azoto pode manifestar-se através de (Naturlink 2000):Óxido nitroso (N2O), gás libertado essencialmente por via da combustão e o fato de serpouco reativo na troposfera permite exercer os seus efeitos nocivos durante muitos anos.O seu efeito na estratosfera assenta na deterioração da camada protetora de ozônio cominfluências das radiações ultravioletas.Óxidos do Azoto (NOx), particularmente o monóxido e o dióxido do azoto sãoaltamente reativos, com vidas relativamente curtas, por isso as alterações atmosféricassão apenas detectadas a nível local e regional. Estas alterações manifestam-seprincipalmente através de nevoeiro fotoquímico, que tem conseqüências perigosas paraa saúde humana, assim como para a produtividade dos ecossistemas. O dióxido do azototransformado em ácido nítrico compõem a chuva ácida, que destrói monumentos eacidifica solos e sistemas aquáticos, desencadeando profundas alterações na composiçãodas suas comunidades bióticas
  7. 7. Nitratos (NO3-), que contaminam águas que ao serem ingeridas provocam váriasdisfunções fisiológicas.Apesar dos ecossistemas terrestres serem vulneráveis ao excesso de azoto, os sistemasaquáticos são os que mais sofrem, porque são os receptores finais do excedente do azotoque chega por escoamento superficial ou através de descargas diretas de efluentes nãotratados.Fósforo é um elemento químico que brilha no escuro e pega fogo em contato com o ar.Por isso fósforo em grego significa “aquele que traz a luz”. Esse elemento químicotambém faz parte do DNA. Encontra-se na sua maior parte nas rochas e se dissolve coma água da chuva, sendo levado até os rios e mares, por isso peixes e animais marinhossão ricos em fósforo.Boa parte do fósforo de que precisamos são ingeridos quando nos alimentamos depeixe. Nossos ossos armazenam cerca de 750 g de fósforo sob a forma de fosfato decálcio. A falta de fósforo provoca o raquitismo nas crianças e nos adultos tornando seusossos quebradiços.Com a morte das plantas e animais este fósforo retorna ao solo e é absorvido por novasplantas. Nas rochas fosfáticas é retirado o fosfato, usado em fertilizantes e na fabricaçãode detergentes. O uso doméstico desses detergente é a maior causa da poluição dos rios
  8. 8. pelo fósforo. Mesmo a água tratada de esgotos, que volta aos rios, pode ainda conterfosfatos.Ciclo do FósforoSubstâncias químicas (nutrientes) são também necessárias para os depósitos e processosde um ecossistema. Um dos nutrientes mais importantes para a construção deorganismos é o fósforo. Geralmente o fósforo é mais escasso que outros nutrientes, taiscomo o nitrogênio e o potássio. Se o sistema florestal não reciclasse o fósforo, estepoderia ficar tão escasso, que limitaria o crescimento das plantas da floresta.A entrada e a reciclagem do fósforo pode mostrar-se por separado retirando dodiagrama os itens que não contém fósforo. Na Figura abaixo se mostram os caminhos edepósitos restantes como o diagrama do Ciclo do Fósforo.O diagrama mostra a chuva e as rochas como fontes externas de fósforo. O fósforo estápresente como fosfatos inorgânicos que as plantas usam para produzir compostosorgânicos necessários para a vida. O fósforo nestes compostos, participa da biomassaque regressa a formas inorgânicas mediante os consumidores, quando eles usam abiomassa como alimento. O fósforo inorgânico liberado se torna parte do depósito denutrientes no solo. Assim, o fósforo se move em um ciclo. Parte flui para fora dosistema com as águas que saem pela superfície do solo ou percolam para o lençolfreático. O fósforo não tem fase gasosa em seu ciclo.Ciclo do Fósforociclo do fósforoAlém da água, do carbono, do nitrogênio e do oxigênio, o fósforo também é importantepara os seres vivos. Esse elemento faz parte, por exemplo, do material hereditário e dasmoléculas energéticas de ATP.Em certos aspectos, o ciclo do fósforo é mais simples do que os ciclos do carbono e donitrogênio, pois não existem muitos compostos gasosos de fósforo e, portanto, não há
  9. 9. passagem pela atmosfera. Outra razão para a simplicidade do ciclo do fósforo é aexistência de apenas um composto de fósforo realmente importante para os seres vivos:o íon fosfato.As plantas obtêm fósforo do ambiente absorvendo os fosfatos dissolvidos na água e nosolo. Os animais obtêm fosfatos na água e no alimento.A decomposição devolve o fósforo que fazia parte da matéria orgânica ao solo ou àágua.Daí, parte dele é arrastada pelas chuvas para os lagos e mares, onde acaba seincorporando às rochas. Nesse caso, o fósforo só retornará aos ecossistemas bem maistarde, quando essas rochas se elevarem em conseqüência de processos geológicos e, nasuperfície, forem decompostas e transformadas em solo.Assim, existem dois ciclos do fósforo que acontecem em escalas de tempo bemdiferentes. Uma parte do elemento recicla-se localmente entre o solo, as plantas,consumidores e decompositores, em uma escala de tempo relativamente curta, quepodemos chamar “ciclo de tempo ecológico”. Outra parte do fósforo ambientalsedimenta-se e é incorporada às rochas; seu ciclo envolve uma escala de tempo muitomais longa, que pode ser chamada “ciclo de tempo geológico”.
  10. 10. CICLO DO CÁLCIOO Ca é um elemento químico muito importante para os seres vivos. Novegetais, ele participa principalmente como ativador de enzimas, além departicipar como componente estrutural de sais de compostos pécticos dalamela média.A maior participação do cálcio nos animais está relacionada com a formaçãode esqueletos, pois ele é parte constituinte dos exoesqueletos deinvertebrados e conchas. Além disso, atua em processos metabólicos: suaparticipação é fundamental no processo de coagulação do sangue, além de sermuito útil no processo de contração muscular.A fonte primária de cálcio na natureza são, sem dúvida, as rochas calcárias,que, devido à ação de agentes diversos, sofrem intemperismo, o qual provocaerosão, levando os sais de cálcio para o solo, de onde são carregados pelaschuvas para os rios e mares. Assim como ocorre com o fósforo, o cálcio tendea se acumular no fundo do mar.O intemperismo pode ser entendido como o conjunto de processos mecânicos,químicos e biológicos que ocasionam a destruição física e química das rochas,formando os solos. Mais uma vez, fica muito claro a grande participação que aágua exerce nos ciclos biogeoquímicos; no ciclo do cálcio, como no ciclo dasrochas, sua presença é de suma importância para que os ciclos possam serreiniciados. O mecanismo que rege o ciclo do cálcio segue mais ou menos osseguintes passos. Inicialmente o CO2 atmosférico dissolve-se na água dachuva, produzindo H2CO3. Essa solução ácida, nas águas superficiais ou
  11. 11. subterrâneas, facilita a erosão das rochas silicatadas e provoca a liberação deCa2+ e HCO3–, entre outros produtos, que podem ser lixiviados para o oceano.Nos oceanos, Ca2+ e HCO3– são absorvidos pelos animais que o utilizam naconfecção de conchas carbonatadas, que são os principais constituintes dosseus exoesqueletos. Com a morte desses organismos, seus esqueletos sedepositam no fundo do mar, associam-se a outros tipos de resíduos e originamuma rocha sedimentar, depois de um longo período de tempo. Essessedimentos de fundo, rico em carbonato, participando do ciclo tectônico,podem migrar para uma zona de pressão e temperatura mais elevadas,fundindo parcialmente os carbonatos. As mudanças lentas e graduais da crostaterrestre podem fazer com que essas rochas sedimentares alcancem asuperfície, completando o ciclo.Os vegetais absorvem do solo os sais de cálcio, e os animais o obtêm atravésda cadeia alimentar. Com a decomposição dos animais e vegetais mortos, ocálcio retorna ao solo.Resumindo temos:ou ainda....

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