O documento descreve os ciclos do nitrogênio e do fósforo nos ecossistemas. O nitrogênio é fixado no solo por bactérias e plantas leguminosas e é transformado em íons que são absorvidos por plantas. O fósforo é absorvido das rochas pela chuva e utilizado por plantas, sendo reciclado no solo quando os organismos morrem.

1. Ciclo dos Nutrientes
Ciclo do Nitrogênio
O nitrogênio é um componente que entra na composição de duas moléculas orgânicas
de considerável importância para os seres viventes: as proteínas e os ácidos nucléicos.
Embora presente em grande concentração no ar atmosférico, essencialmente na
combinação 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 forma
de N2 e incorporá-lo às suas moléculas orgânicas.
Contudo, a maioria dos organismos não consegue reter e aproveitar o nitrogênio na
forma molecular, obtendo esse nutriente na forma de íons amônio (NH4+), bem como
íons nitrato (NO3-).
Algumas bactérias nitrificantes na superfície do solo realizam a conversão do
nitrogênio, transformam a amônia em nitratos, disponibilizando esse elemento
diretamente 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 no
solo, vivem no interior dos nódulos formados em raízes de plantas leguminosas, como a
soja e o feijão, uma interação interespecífica de mútuo benefício (simbiose). Ao fixarem
o nitrogênio do ar, essas bactérias fornecem parte dele às plantas.
Portanto, a adoção do cultivo das leguminosas é uma prática recomendável à
agricultura, porque desta forma as leguminosas colocam em disponibilidade o
nitrogênio para culturas seguintes, não empobrecendo tanto o solo quanto à questão de
nutrientes disponíveis.
A devolução do nitrogênio à atmosfera, na forma de N2, é feita graças à ação de outras
bactérias, chamadas desnitrificantes. Elas podem transformar os nitratos do solo em N2,
que volta à atmosfera, fechando o ciclo.

2. Visão geral
O processo pelo qual o nitrogênio ou azoto circula através das plantas e do solo pela
ação de organismos vivos é conhecido como Ciclo do Nitrogênio ou ciclo do azoto. O
ciclo do azoto é um dos ciclos mais importantes nos ecossistemas terrestres. O azoto é
usado pelos seres vivos para a produção de moléculas complexas necessárias ao seu
desenvolvimento tais como aminoácidos, proteínas e ácidos nucléicos.
O principal repositório de azoto é a atmosfera (78% desta é composta por azoto) onde se
encontra sob a forma de gás (N2). Outros repositórios consistem em matéria orgânica
nos solos e oceanos. Apesar de extremamente abundante na atmosfera o azoto é
frequentemente o nutriente limitante do crescimento das plantas. Isto acontece porque as
plantas apenas conseguem usar o azoto sob duas formas sólidas: íon de amônio (NH4+) e
íons de nitrato (NO3-), cuja existência não é tão abundante. Estes compostos são obtidos
através de vários processos tais como a fixação e nitrificação. A maioria das plantas
obtém o azoto necessário ao seu crescimento através do nitrato, uma vez que o íon de
amônio lhes é tóxico em grandes concentrações. Os animais recebem o azoto que
necessitam através das plantas e de outra matéria orgânica, tal como outros animais
(vivos ou mortos).

3. Processos do ciclo do azoto
Fixação
A fixação é o processo através do qual o azoto é capturado da atmosfera em estado
gasoso (N2) e convertido em formas úteis para outros processos químicos, tais como
amoníaco (NH3), nitrato (NO3-) e nitrito (NO2-). Esta conversão pode ocorrer através de
vários processos, os quais são descritos nas secções seguintes.
Fixação Biológica
Algumas bactérias têm a capacidade de capturar moléculas de azoto (N2) e transformá-
las em componentes úteis para os restantes seres vivos. Entre estas, existem bactérias
que estabelecem uma relação de simbiose com algumas espécies de plantas
(leguminosas) e bactérias que vivem livres no solo. A simbiose é estabelecida através
do consumo de amoníaco por parte das plantas; amoníaco este que é produzido pelas
bactérias que vivem nos caules das mesmas plantas.
Fixação Atmosférica
A fixação atmosférica ocorre através dos relâmpagos, cuja elevada energia separa as
moléculas de nitrogênio e permite que os seus átomos se liguem com moléculas de
oxigênio existentes no ar formando monóxido de nitrogênio (NO). Este é
posteriormente dissolvido na água da chuva e depositado no solo.
A fixação atmosférica contribui com cerca de 5-8% de todo o nitrogênio fixado.
Fixação Industrial
Através de processos industriais (nomeadamente o processo de Haber-Bosch) é possível
produzir amoníaco (NH3) a partir de azoto (N2) e hidrogênio (H2). O amoníaco é
produzido principalmente para uso como fertilizante cuja aplicação sustenta cerca de
40% da população mundial.
Combustão de combustíveis fósseis
A combustão decorrente dos motores dos automóveis e de centrais de energia liberta
monóxido e dióxido de azoto (NOx). Estes gases são posteriormente dissolvidos na água
da chuva e depositados no solo.
Assimilação

4. Os nitratos formados pelo processo de nitrificação são absorvidos pelas plantas e
transformados em compostos carbonados para produzir aminoácidos e outros compostos
orgânicos de nitrogênio.
A incorporação do nitrogênio em compostos orgânicos ocorre em grande parte nas
células jovens em crescimento das raízes.
Mineralização
Através da mineralização (ou decomposição) a matéria orgânica morta é transformada
no ião de amônio (NH4+) por intermédio de bactérias aeróbicas, anaeróbicas e alguns
fungos.
Nitrificação
A oxidação do amoníaco, conhecida como nitrificação, é um processo que produz
nitratos 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 em
nitritos (NO2-) e numa segunda fase (através de outro tipo de bactérias nitrificantes) os
nitritos são convertidos em nitratos (NO3-) prontos a ser assimilados pelas plantas.
Desnitrificação
A desnitrificação é o processo pelo qual o azoto volta à atmosfera sob a forma de gás
quase inerte (N2). Este processo ocorre através de algumas espécies de bactérias (tais
como Pseudomonas e Clostridium) em ambiente anaeróbico. Estas bactérias utilizam
nitratos alternativamente ao oxigênio como forma de respiração e libertam azoto em
estado gasoso (N2).
Eutrofização
A eutrofização corresponde a alterações de um corpo de água como resultado de adição
de 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 estes
sejam sobre-populados por certas espécies de algas podendo ser nocivo para o
ecossistema envolvente.
Repositórios de Azoto
Os principais repositórios de azoto são a Atmosfera, plantas, animais, solos e os
oceanos.
Atmosfera

5. A atmosfera comporta a maior parte do azoto existente na Terra. Este encontra-se
principalmente 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 uma
molécula de N2 na atmosfera é de 10 milhões de anos.
O Azoto encontra-se na atmosfera também sob a forma de monóxido ou dióxido de
azoto (NOx) e sob a forma de óxido nitroso (N2O). Sob a forma de NOx existem 1.3-1.4
TgN 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 animais
Existem cerca de 3 x 104 TgN em plantas e animais, com um tempo de residência de 50
anos.
Solos
Os solos contêm cerca de 9.5 x 104 TgN, com um tempo de residência médio de 2000
anos.
Oceanos
Nos oceanos o azoto encontra-se tanto na superfície como no fundo em forma de
sedimentos (4-5 x 108 TgN) . À superfície encontra-se dissolvido organicamente (2 x
105 TgN).
O azoto transita entre os vários repositórios a diferentes taxas. A tabela seguinte
apresenta os fluxos do azoto entre a atmosfera e os outros repositórios (nomeadamente
plantas 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. 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 20
Influência Humana
Como resultado da utilização intensiva de fertilizantes e da poluição resultante dos
veículos e centrais energéticas, o Homem aumentou significativamente a taxa de
produção de azoto utilizável biologicamente. Esta alteração leva a alterações da
concentração deste nutriente, moderadamente em depósitos de água (através da
eutrofização), e ao excessivo crescimento de determinadas espécies deteriorando o
ambiente que as rodeia.
Poluição
Poluição 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 ser
pouco 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 com
influências das radiações ultravioletas.
Óxidos do Azoto (NOx), particularmente o monóxido e o dióxido do azoto são
altamente reativos, com vidas relativamente curtas, por isso as alterações atmosféricas
são apenas detectadas a nível local e regional. Estas alterações manifestam-se
principalmente através de nevoeiro fotoquímico, que tem conseqüências perigosas para
a saúde humana, assim como para a produtividade dos ecossistemas. O dióxido do azoto
transformado em ácido nítrico compõem a chuva ácida, que destrói monumentos e
acidifica solos e sistemas aquáticos, desencadeando profundas alterações na composição
das suas comunidades bióticas

7. Nitratos (NO3-), que contaminam águas que ao serem ingeridas provocam várias
disfunções fisiológicas.
Apesar dos ecossistemas terrestres serem vulneráveis ao excesso de azoto, os sistemas
aquáticos são os que mais sofrem, porque são os receptores finais do excedente do azoto
que chega por escoamento superficial ou através de descargas diretas de efluentes não
tratados.
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 químico
também faz parte do DNA. Encontra-se na sua maior parte nas rochas e se dissolve com
a água da chuva, sendo levado até os rios e mares, por isso peixes e animais marinhos
são ricos em fósforo.
Boa parte do fósforo de que precisamos são ingeridos quando nos alimentamos de
peixe. Nossos ossos armazenam cerca de 750 g de fósforo sob a forma de fosfato de
cálcio. A falta de fósforo provoca o raquitismo nas crianças e nos adultos tornando seus
ossos quebradiços.
Com a morte das plantas e animais este fósforo retorna ao solo e é absorvido por novas
plantas. Nas rochas fosfáticas é retirado o fosfato, usado em fertilizantes e na fabricação
de detergentes. O uso doméstico desses detergente é a maior causa da poluição dos rios

8. pelo fósforo. Mesmo a água tratada de esgotos, que volta aos rios, pode ainda conter
fosfatos.
Ciclo do Fósforo
Substâncias químicas (nutrientes) são também necessárias para os depósitos e processos
de um ecossistema. Um dos nutrientes mais importantes para a construção de
organismos é o fósforo. Geralmente o fósforo é mais escasso que outros nutrientes, tais
como o nitrogênio e o potássio. Se o sistema florestal não reciclasse o fósforo, este
poderia ficar tão escasso, que limitaria o crescimento das plantas da floresta.
A entrada e a reciclagem do fósforo pode mostrar-se por separado retirando do
diagrama os itens que não contém fósforo. Na Figura abaixo se mostram os caminhos e
depósitos restantes como o diagrama do Ciclo do Fósforo.
O diagrama mostra a chuva e as rochas como fontes externas de fósforo. O fósforo está
presente como fosfatos inorgânicos que as plantas usam para produzir compostos
orgânicos necessários para a vida. O fósforo nestes compostos, participa da biomassa
que regressa a formas inorgânicas mediante os consumidores, quando eles usam a
biomassa como alimento. O fósforo inorgânico liberado se torna parte do depósito de
nutrientes no solo. Assim, o fósforo se move em um ciclo. Parte flui para fora do
sistema com as águas que saem pela superfície do solo ou percolam para o lençol
freático. O fósforo não tem fase gasosa em seu ciclo.
Ciclo do Fósforo
ciclo do fósforo
Além da água, do carbono, do nitrogênio e do oxigênio, o fósforo também é importante
para os seres vivos. Esse elemento faz parte, por exemplo, do material hereditário e das
moléculas energéticas de ATP.
Em certos aspectos, o ciclo do fósforo é mais simples do que os ciclos do carbono e do
nitrogênio, pois não existem muitos compostos gasosos de fósforo e, portanto, não há

9. passagem pela atmosfera. Outra razão para a simplicidade do ciclo do fósforo é a
existência 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 no
solo. Os animais obtêm fosfatos na água e no alimento.
A decomposição devolve o fósforo que fazia parte da matéria orgânica ao solo ou à
água.
Daí, parte dele é arrastada pelas chuvas para os lagos e mares, onde acaba se
incorporando às rochas. Nesse caso, o fósforo só retornará aos ecossistemas bem mais
tarde, quando essas rochas se elevarem em conseqüência de processos geológicos e, na
superfície, forem decompostas e transformadas em solo.
Assim, existem dois ciclos do fósforo que acontecem em escalas de tempo bem
diferentes. Uma parte do elemento recicla-se localmente entre o solo, as plantas,
consumidores e decompositores, em uma escala de tempo relativamente curta, que
podemos chamar “ciclo de tempo ecológico”. Outra parte do fósforo ambiental
sedimenta-se e é incorporada às rochas; seu ciclo envolve uma escala de tempo muito
mais longa, que pode ser chamada “ciclo de tempo geológico”.

10. CICLO DO CÁLCIO
O Ca é um elemento químico muito importante para os seres vivos. No
vegetais, ele participa principalmente como ativador de enzimas, além de
participar como componente estrutural de sais de compostos pécticos da
lamela média.
A maior participação do cálcio nos animais está relacionada com a formação
de esqueletos, pois ele é parte constituinte dos exoesqueletos de
invertebrados e conchas. Além disso, atua em processos metabólicos: sua
participação é fundamental no processo de coagulação do sangue, além de ser
muito 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 provoca
erosão, levando os sais de cálcio para o solo, de onde são carregados pelas
chuvas para os rios e mares. Assim como ocorre com o fósforo, o cálcio tende
a 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 a
água exerce nos ciclos biogeoquímicos; no ciclo do cálcio, como no ciclo das
rochas, sua presença é de suma importância para que os ciclos possam ser
reiniciados. O mecanismo que rege o ciclo do cálcio segue mais ou menos os
seguintes passos. Inicialmente o CO2 atmosférico dissolve-se na água da
chuva, produzindo H2CO3. Essa solução ácida, nas águas superficiais ou

11. subterrâneas, facilita a erosão das rochas silicatadas e provoca a liberação de
Ca2+ e HCO3–, entre outros produtos, que podem ser lixiviados para o oceano.
Nos oceanos, Ca2+ e HCO3– são absorvidos pelos animais que o utilizam na
confecção de conchas carbonatadas, que são os principais constituintes dos
seus exoesqueletos. Com a morte desses organismos, seus esqueletos se
depositam no fundo do mar, associam-se a outros tipos de resíduos e originam
uma rocha sedimentar, depois de um longo período de tempo. Esses
sedimentos 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 crosta
terrestre podem fazer com que essas rochas sedimentares alcancem a
superfície, completando o ciclo.
Os vegetais absorvem do solo os sais de cálcio, e os animais o obtêm através
da cadeia alimentar. Com a decomposição dos animais e vegetais mortos, o
cálcio retorna ao solo.
Resumindo temos:
ou ainda....