生物地球化学的サイクルの中で、窒素が最も広く研究されています。要約を確認し、その重要性を知る

窒素は、窒素塩基（DNAおよびRNA分子を構成する）に加えて、私たちの体のすべてのアミノ酸の成分であるため、地球上の生命の存在に不可欠な化学元素です。私たちが呼吸する空気の約78％は、最大の貯留層である大気（N 2）からの窒素で構成されています。この理由の1つは、N 2が不活性型の窒素である、つまり、一般的な状況では反応しないガスであるためです。このように、惑星の形成以来、それは大気中に蓄積されてきました。それにもかかわらず、分子の形（N 2）でそれを吸収する能力を持っている生物はほとんどいません。鉄や硫黄のような窒素は、その化学構造が各段階で変換を受ける自然のサイクルに参加していることがわかります。他の反応の基礎として機能し、他の生物が利用できるようになります。これは、窒素サイクル（または「窒素サイクル」）の非常に重要なことです。

大気中のN2が土壌に到達して生態系に入るには、固定と呼ばれるプロセスを経る必要があります。固定とは、窒素をN 2の形で除去し、有機分子に組み込む硝化細菌の小グループによって実行されます。細菌などの生物によって固定が行われる場合、それは生物学的固定または生体固定と呼ばれます。現在、農業で広く使用されている方法である工業用固定を特徴付ける、窒素固定用の市販の肥料を使用することも可能です。これらに加えて、雷や電気火花によって行われる物理的固定もあり、それによって窒素が酸化され、雨によって土壌に運ばれますが、このような方法では窒素固定の能力が低下します。これは、地球上の生物や生命が自分自身を維持するのに十分ではありません。

バクテリアがN2を固定すると、アンモニア（NH 3）を放出します。アンモニアは、土壌の水分子と接触すると水酸化アンモニウムを形成し、イオン化されると、窒素サイクルの一部であり、アンモニア化と呼ばれるプロセスでアンモニウム（NH 4）を生成します。自然界では、アンモニアとアンモニウムのバランスが取れており、pHによって制御されます。 pHがより酸性である環境では、NH 4の形成が優勢であり、より塩基性の環境では、最も一般的なプロセスはNH3の形成です。このアンモニウムは、主に根に細菌が関連している植物（bacteriorrizas）によって吸収され、使用される傾向があります。自由生活細菌によって生成される場合、このアンモニウムは他の細菌（ニトロバクテリア）が使用するために土壌で利用できる傾向があります。

ニトロバクテリアは化学合成剤です。つまり、それらは自家栄養生物（独自の食物を生産する）であり、化学反応から生存に必要なエネルギーを取り除きます。このエネルギーを得るために、彼らはアンモニウムを酸化し、それを亜硝酸塩（NO 2-）に変換し、後で硝酸塩（NO 3-）に変換する傾向があります。窒素サイクルのこのプロセスは、硝化と呼ばれます。

硝酸塩は土壌中に遊離したままであり、自然に無傷の環境に蓄積する傾向がないため、植物に吸収される、脱窒される、または水域に到達するという3つの異なる経路をたどることができます。脱窒と水域への硝酸塩の流入の両方が環境に悪影響を及ぼします。

環境への影響

脱窒（または脱窒）は、脱窒剤と呼ばれる細菌によって実行されるプロセスであり、硝酸塩を再びN 2に変換し、窒素を大気に戻します。 N 2に加えて、生成できる他のガスは、大気中の酸素と結合して酸性雨の形成を促進する一酸化窒素（NO）、および重要な原因ガスである一酸化窒素（N 2 O）です。地球温暖化を悪化させる温室効果。

硝酸塩が水域に到達する3番目の経路は、富栄養化と呼ばれる環境問題を引き起こします。このプロセスは、湖やダムの水の中の栄養素（主に窒素化合物とリン）の濃度の増加を特徴としています。この過剰な栄養素は、藻類の増殖の加速を促進し、光の通過を妨げ、水生環境のバランスを崩します。水生環境でこの過剰な栄養素を提供する別の方法は、適切な処理をせずに下水を放出することです。

考慮すべきもう1つの問題は、窒素が同化能力を超える量で存在する場合、植物にも有害である可能性があるという事実です。したがって、土壌に固定された過剰な窒素は、植物の成長を制限し、作物に害を及ぼす可能性があります。したがって、炭素/窒素比は、分解プロセスに関与する微生物のコロニーの代謝が常に活発になるように、コンポストプロセスでも考慮する必要があります。

人間による窒素吸収

人間や他の動物は、その物質を吸収した植物の摂取から、またはフードチェーンによれば、これらの植物を食べた他の動物の摂取から硝酸塩にアクセスできます。この硝酸塩は、ある生物（有機物）の死後、または窒素化合物を含む排泄物（ほとんどの陸生動物では尿素または尿酸、魚の排泄物ではアンモニア）によってサイクルに戻ります。したがって、分解するバクテリアは有機物に作用してアンモニアを放出します。アンモニアは、アンモニウムを変換するのと同じニトロバクテリアによって亜硝酸塩と硝酸塩に変換され、サイクルに統合されます。

肥料の代替品

これまで見てきたように、土壌への窒素の固定はプラスの効果を生み出す可能性がありますが、プロセスが過剰に発生すると、環境にマイナスの結果をもたらす可能性があります。窒素サイクルにおける人類の干渉は、固定される窒素の濃度を増加させる（肥料の使用による）産業固定によるものであり、上記のような問題を引き起こします。

肥料を使用するための代替案は、作物の輪作、窒素固定植物と非固定植物の交互培養です。窒素固定植物は、マメ科植物（豆や大豆など）で発生するように、根に細菌やその他の固定生物が関連付けられている植物です。回転は、肥料の使用よりも安全な量の窒素の固定を促進し、植物の同化能力と互換性のある栄養素を提供し、それらの発達を促進し、水体に到達する栄養素の速度を低下させます。「グリーンマニュア」と呼ばれる同様のプロセスを適用して、肥料を置き換えることもできます。

このプロセスは、窒素固定植物を栽培し、種子を生成する前にそれらをブラッシングし、それらをマルチとして所定の位置に残して、他の種の後の培養を行うことができるようにすることからなる。以下に、記事全体で見られた内容の要約を示す画像を示します。

ANAMMOX

英語の頭字語（アンモニアの嫌気性酸化を意味する）は、水とガスからアンモニアを除去するための革新的な生物学的プロセスを指しています。

アンモニアを亜硝酸塩と硝酸塩に硝化して脱窒してN2の形に戻す必要がないため、これはショートカットで構成されます。ANAMMOXプロセスでは、アンモニアは直接窒素ガス（N 2）に変換されます。最初の大規模ステーションは2002年にオランダに設置され、2012年にはすでに11の施設が稼働していました。

効率的で持続可能であるANAMMOXプロセスは、100 mg / lを超える濃度で排水からアンモニアを除去するために使用できます。反応器内では、硝化細菌とANAMMOXが共存し、前者はアンモニアの約半分を窒化物（組成に窒素を含む化合物）に変換し、ANAMMOX細菌は窒化物とアンモニアを窒素ガスに変換することで作用します。