नाइट्रोजन चक्र को समझें
जैव-भू-रासायनिक चक्रों में, नाइट्रोजन का सबसे व्यापक रूप से अध्ययन किया जाता है। सारांश की जाँच करें और इसके महत्व को जानें
पृथ्वी पर जीवन के अस्तित्व के लिए नाइट्रोजन एक आवश्यक रासायनिक तत्व है, क्योंकि यह हमारे शरीर में नाइट्रोजनस बेस (जो डीएनए और आरएनए अणु बनाते हैं) के अलावा सभी अमीनो एसिड का एक घटक है। हम जिस हवा में सांस लेते हैं उसका लगभग 78% वायुमंडलीय नाइट्रोजन (N 2) से बना होता है, जो इसका सबसे बड़ा जलाशय है। इसका एक कारण यह है कि N2 नाइट्रोजन का निष्क्रिय रूप है, यानी यह एक ऐसी गैस है जो सामान्य परिस्थितियों में प्रतिक्रियाशील नहीं होती है। इस प्रकार, यह ग्रह के निर्माण के बाद से वातावरण में जमा हो रहा है। इसके बावजूद, कुछ ही जीव इसे अपने आणविक रूप (एन 2) में अवशोषित करने में सक्षम हैं। यह पता चला है कि नाइट्रोजन, लोहे और सल्फर की तरह, एक प्राकृतिक चक्र में भाग लेता है, जिसके दौरान इसकी रासायनिक संरचना प्रत्येक चरण में परिवर्तन से गुजरती है, अन्य प्रतिक्रियाओं के आधार के रूप में कार्य करती है और इस प्रकार अन्य जीवों के लिए उपलब्ध हो जाती है - इसका बहुत महत्व है नाइट्रोजन चक्र (या "नाइट्रोजन चक्र")।
वायुमंडलीय एन 2 को मिट्टी तक पहुंचने के लिए, पारिस्थितिकी तंत्र में प्रवेश करने के लिए, इसे निर्धारण नामक एक प्रक्रिया से गुजरना होगा, जो कि नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया के छोटे समूहों द्वारा किया जाता है, जो नाइट्रोजन को एन 2 के रूप में हटाते हैं और इसे अपने कार्बनिक अणुओं में शामिल करते हैं। जब जीवाणु जैसे जीवित जीवों द्वारा स्थिरीकरण किया जाता है, तो इसे जैविक निर्धारण या बायोफिक्सेशन कहा जाता है। वर्तमान में, नाइट्रोजन निर्धारण के लिए वाणिज्यिक उर्वरकों का उपयोग करना भी संभव है, जो कि औद्योगिक निर्धारण की विशेषता है, कृषि में व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली विधि। इनके अलावा, भौतिक निर्धारण भी होता है, जो बिजली और बिजली की चिंगारियों द्वारा किया जाता है, जिसके माध्यम से नाइट्रोजन का ऑक्सीकरण होता है और वर्षा के माध्यम से मिट्टी में ले जाया जाता है, लेकिन इस विधि में नाइट्रोजन स्थिरीकरण क्षमता कम होती है, जो जीवों के लिए पर्याप्त नहीं है। और पृथ्वी पर जीवन खुद को बनाए रखने के लिए।
बैक्टीरिया, N 2 को स्थिर करते समय अमोनिया (NH 3) छोड़ते हैं। अमोनिया, जब मिट्टी के पानी के अणुओं के संपर्क में होता है, तो अमोनियम हाइड्रॉक्साइड बनाता है, जो आयनित होने पर, अमोनियम (NH 4) का उत्पादन करता है, एक ऐसी प्रक्रिया में जो नाइट्रोजन चक्र का हिस्सा है और इसे अमोनीफिकेशन कहा जाता है। प्रकृति में, अमोनिया और अमोनिया के बीच संतुलन होता है, जो पीएच द्वारा नियंत्रित होता है। ऐसे वातावरण में जहां पीएच अधिक अम्लीय होता है, NH 4 का निर्माण प्रमुख होता है, और अधिक बुनियादी वातावरण में, सबसे सामान्य प्रक्रिया NH 3 का निर्माण होता है। यह अमोनियम मुख्य रूप से उन पौधों द्वारा अवशोषित और उपयोग किया जाता है जिनकी जड़ों से जुड़े बैक्टीरिया होते हैं (बैक्टीरिज़ेट्स)। जब मुक्त-जीवित जीवाणुओं द्वारा उत्पादित किया जाता है, तो यह अमोनियम अन्य जीवाणुओं (नाइट्रोबैक्टीरिया) द्वारा उपयोग के लिए मिट्टी में उपलब्ध हो जाता है।
नाइट्रोबैक्टीरिया रसायन संश्लेषक हैं, अर्थात्, वे स्वपोषी प्राणी हैं (जो अपना भोजन स्वयं बनाते हैं), जो रासायनिक प्रतिक्रियाओं से उनके अस्तित्व के लिए आवश्यक ऊर्जा निकालते हैं। इस ऊर्जा को प्राप्त करने के लिए, वे अमोनियम का ऑक्सीकरण करते हैं, इसे नाइट्राइट (NO 2 -) में और बाद में नाइट्रेट (NO 3 -) में बदल देते हैं। नाइट्रोजन चक्र की इस प्रक्रिया को नाइट्रिफिकेशन कहा जाता है।
नाइट्रेट मिट्टी में मुक्त रहता है, और स्वाभाविक रूप से बरकरार वातावरण में जमा होने की कोई प्रवृत्ति नहीं होती है, जिसका अर्थ है कि यह तीन अलग-अलग पथ ले सकता है: पौधों द्वारा अवशोषित किया जा सकता है, विकृत हो सकता है, या जल निकायों तक पहुंच सकता है। जल निकायों में विनाइट्रीकरण और नाइट्रेट के प्रवाह दोनों के पर्यावरण के लिए नकारात्मक परिणाम हैं।
पर्यावरण पर प्रभाव
डेनिट्रिफिकेशन (या डिनाइट्रिफिकेशन) बैक्टीरिया द्वारा की जाने वाली एक प्रक्रिया है जिसे डेनिट्रिफायर कहा जाता है, जो नाइट्रेट को फिर से एन 2 में बदल देता है, नाइट्रोजन को वायुमंडल में लौटा देता है। एन 2 के अलावा, अन्य गैसों का उत्पादन किया जा सकता है, नाइट्रिक ऑक्साइड (एनओ), जो वायुमंडलीय ऑक्सीजन के साथ जोड़ती है, एसिड वर्षा के गठन के पक्ष में है, और नाइट्रस ऑक्साइड (एन 2 ओ), जो एक महत्वपूर्ण प्रेरक गैस ग्रीनहाउस प्रभाव है, जो ग्लोबल वार्मिंग को बढ़ा रहा है।
तीसरा मार्ग, जिसमें नाइट्रेट जल निकायों तक पहुंचता है, एक पर्यावरणीय समस्या का कारण बनता है जिसे यूट्रोफिकेशन कहा जाता है। इस प्रक्रिया को झील या बांध के पानी में पोषक तत्वों (मुख्य रूप से नाइट्रोजन यौगिकों और फास्फोरस) की एकाग्रता में वृद्धि की विशेषता है। पोषक तत्वों की यह अधिकता शैवाल के त्वरित गुणन को बढ़ावा देती है, जो जलीय पर्यावरण को असंतुलित करते हुए प्रकाश के मार्ग में बाधा उत्पन्न करती है। जलीय वातावरण में इस अतिरिक्त पोषक तत्वों को प्रदान करने का एक अन्य तरीका पर्याप्त उपचार के बिना इसमें सीवेज छोड़ना है।
विचार करने के लिए एक और मुद्दा यह है कि नाइट्रोजन पौधों के लिए हानिकारक भी हो सकता है जब मात्रा में मौजूद हो जो उनकी आत्मसात क्षमताओं से परे हो। इस प्रकार, मिट्टी में निर्धारित नाइट्रोजन की अधिकता पौधों की वृद्धि को सीमित कर सकती है, फसलों को नुकसान पहुंचा सकती है। इस प्रकार, खाद बनाने की प्रक्रियाओं में कार्बन/नाइट्रोजन अनुपात पर भी विचार किया जाना चाहिए, ताकि अपघटन प्रक्रिया में शामिल सूक्ष्मजीवों की कॉलोनियों के चयापचय हमेशा सक्रिय रहें।
मनुष्यों द्वारा नाइट्रोजन का अवशोषण
मनुष्यों और अन्य जानवरों के पास पौधों के अंतर्ग्रहण के माध्यम से नाइट्रेट तक पहुंच होती है जो इस पदार्थ को अवशोषित करते हैं या, खाद्य श्रृंखला के अनुसार, इन पौधों पर खिलाए गए अन्य जानवरों के अंतर्ग्रहण के माध्यम से। यह नाइट्रेट एक जीव की मृत्यु (कार्बनिक पदार्थ) या उत्सर्जन (यूरिया या यूरिक एसिड के, अधिकांश भूमि जानवरों में, और अमोनिया, मछली के मलमूत्र में) से चक्र में लौटता है जिसमें नाइट्रोजनयुक्त यौगिक होते हैं। इस प्रकार, विघटित बैक्टीरिया अमोनिया को छोड़ने वाले कार्बनिक पदार्थों पर कार्य करेंगे। अमोनिया को उसी नाइट्रोबैक्टीरिया द्वारा नाइट्राइट्स और नाइट्रेट्स में भी परिवर्तित किया जा सकता है जो चक्र में एकीकृत होकर अमोनिया को परिवर्तित करते हैं।
उर्वरकों का एक विकल्प
जैसा कि हमने देखा, मिट्टी में नाइट्रोजन के स्थिरीकरण का सकारात्मक प्रभाव हो सकता है, लेकिन प्रक्रिया अधिक मात्रा में होती है, इसके पर्यावरण के लिए नकारात्मक परिणाम हो सकते हैं। नाइट्रोजन चक्र में मानवता का हस्तक्षेप औद्योगिक निर्धारण (उर्वरक के उपयोग के माध्यम से) के माध्यम से होता है, जो नाइट्रोजन की एकाग्रता को स्थिर करने के लिए बढ़ाता है, जिससे ऊपर वर्णित समस्याएं होती हैं।
उर्वरकों के उपयोग का एक विकल्प फसल चक्रण, नाइट्रोजन-फिक्सिंग और गैर-नाइट्रोजन-फिक्सिंग पौधों की बारी-बारी से संस्कृतियां होंगी। नाइट्रोजन-फिक्सिंग प्लांट वे होते हैं जिनमें बैक्टीरिया और अन्य फिक्सिंग जीव अपनी जड़ों से जुड़े होते हैं, जैसा कि फलीदार पौधों (जैसे बीन्स और सोयाबीन) में होता है। रोटेशन उर्वरकों के उपयोग की तुलना में सुरक्षित मात्रा में नाइट्रोजन के निर्धारण का पक्ष लेगा, पौधों की आत्मसात क्षमता के अनुकूल पोषक तत्व प्रदान करेगा, उनके विकास का पक्ष लेगा और जल निकायों तक पहुंचने वाले पोषक तत्वों के स्तर को कम करेगा। "हरी खाद" नामक एक समान प्रक्रिया का उपयोग उर्वरकों के स्थान पर भी किया जा सकता है।
इस प्रक्रिया में नाइट्रोजन-फिक्सिंग पौधों की खेती करना और बीज पैदा करने से पहले उन्हें बुवाई करना, उन्हें गीली घास के रूप में छोड़ देना, ताकि बाद में अन्य प्रजातियों की संस्कृतियां बनाई जा सकें। ठीक नीचे हम एक छवि देख सकते हैं जो हमें पूरे लेख में देखी गई बातों का सारांश देती है:
एनामॉक्स
अंग्रेजी में संक्षिप्त नाम (जिसका अर्थ है अमोनिया का अवायवीय ऑक्सीकरण) पानी और गैसों से अमोनिया को हटाने के लिए एक नवीन जैविक प्रक्रिया का नाम देता है।
यह एक शॉर्टकट है, क्योंकि अमोनिया को नाइट्राइट में नाइट्राइट करने की आवश्यकता नहीं होगी और नाइट्रेट को एन 2 फॉर्म में वापस करने के लिए नाइट्रेट करने की आवश्यकता नहीं होगी। ANAMMOX प्रक्रिया के साथ, अमोनिया सीधे नाइट्रोजन गैस (N 2) में परिवर्तित हो जाएगी। पहला बड़े पैमाने पर स्टेशन 2002 में नीदरलैंड में स्थापित किया गया था, और 2012 तक, पहले से ही 11 सुविधाएं संचालन में थीं।
कुशल और टिकाऊ, ANAMMOX प्रक्रिया का उपयोग अमोनिया को 100 मिलीग्राम / लीटर से अधिक सांद्रता में अपशिष्टों से निकालने के लिए किया जा सकता है। रिएक्टरों के अंदर, नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया और ANAMMOX सह-अस्तित्व, जहां पूर्व अमोनिया के लगभग आधे हिस्से को नाइट्राइड्स (रासायनिक यौगिक जिनकी संरचना में नाइट्रोजन होता है) में बदल देता है, और ANAMMOX बैक्टीरिया नाइट्राइड और अमोनिया को नाइट्रोजन गैस में बदलकर कार्य करता है।
अमोनिया के अवायवीय ऑक्सीकरण को आशाजनक दिखाया गया है, और पहले से ही औद्योगिक प्रक्रियाओं जैसे अपशिष्ट जल उपचार, जैविक ठोस अपशिष्ट, खाद्य और उर्वरक उद्योगों में पाया जा सकता है।
