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NITROGENO EN LA TIERRA: DEFINICIÓN, CICLOS E IMPORTANCIA

plantas de tratamiento de aguas
Nitrogeno en la tierra

El Nitrógeno, es un componente esencial en el organismo de todos los seres vivos, este elemento, es un nutriente limitante común en la naturaleza. Además, es el componente principal de la atmósfera terrestre, presente en la misma en una forma inerte y no reactiva, ocupando el 78,1% del volumen total de la atmósfera en forma de compuesto N2 gaseoso.


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El Nitrógeno, es un componente esencial en el organismo de todos los seres vivos, ocupando el 3% de la composición elemental de los mismos ya que los átomos de nitrógeno se encuentran generando proteínas y ADN; este elemento, es un nutriente limitante común en la naturaleza y en las actividades agrícolas, es decir que se encuentra en cantidades mínimas, limitando el crecimiento de los organismos.

Además, el Nitrógeno, es el componente principal de la atmósfera terrestre, presente en la misma en una forma inerte y no reactiva, ocupando el 78,1% del volumen total de la atmósfera en forma de compuesto N2 gaseoso, el cual se obtiene a partir de la destilación del aire líquido y es empleado en actividades industriales.

El Nitrógeno se encuentra presente en la Atmósfera Terrestre en forma de N2.

El Nitrógeno se encuentra presente en la Atmósfera Terrestre en forma de N2.

¿Qué Es El Ciclo Del Nitrógeno?

Este ciclo, es un conjunto cerrado de procesos biológicos de carácter abiótico en el cual se basa el suministro de nitrógeno hacia los seres vivos.  Junto con los ciclos del agua y del carbono, el ciclo del nitrógeno es uno de los más importantes ciclos biogeoquímicos del cual depende el equilibrio dinámico de composición de la biosfera.

  • Etapas del Ciclo del Nitrógeno:

A continuación, se describen las principales etapas que ocurren durante el ciclo del nitrógeno:

Nitrificación

Algunas especies de bacterias que se encuentran en el suelo oxidan el amoniaco (NH3) a nitritos (NO2-) generando un proceso conocido como nitrificación, el cual libera energía que las bacterias emplean como fuente de energía primaria.  El compuesto de Nitrito es altamente tóxico para las plantas y la acumulación del mismo es un indicador importante de contaminación del agua.

En cambio, otras especies bacterianas, oxidan el compuesto nitrito a nitrato (NO3-), el cual es la forma en que gran parte del nitrógeno se transfiere del suelo hacia las raíces de los árboles.

Amonificación

La mayoría del nitrógeno presente en la superficie de la Tierra, se produce mediante procesos de descomposición de materia orgánica y, por lo tanto, se encuentra presente en compuestos orgánicos complejos como proteínas, aminoácidos, entre otros.  Estos compuestos orgánicos, suelen degradarse a compuestos simples por organismos que se alimentan de este tipo de componentes (principalmente bacterias y hongos); estos organismos emplean las proteínas y los aminoácidos para generar los nutrientes que necesitan para subsistir y el nitrógeno sobrante, lo liberan en forma de amoníaco (NH3) o amonio (NH+4).   Este proceso es conocido como amonificación.

Asimilación

Cuando el nitrato (NO3-) se encuentra dentro de las células de las plantas, este compuesto se reduce nuevamente a amonio (NH+4).  Los iones de amonio formados durante en este proceso, se transfieren a compuestos que contienen carbono en su estructura para así producir aminoácidos y otras moléculas orgánicas nitrogenadas que la planta necesita para continuar con su desarrollo y crecimiento.

Los compuestos nitrogenados presentes en las plantas vuelven al suelo ya sea cuando estas mueren o cuando los animales que las han consumido arrojan sus desechos o mueren y nuevamente vuelven a ser captados por las raíces como nitrato disuelto en el agua del suelo y se vuelven a convertir en compuestos orgánicos, repitiendo el ciclo nuevamente.

  • Ciclo del Nitrógeno En Ecosistemas Terrestres:

El Dinitrógeno (N2), compuesto presente en la atmósfera, ingresa a la superficie terrestre por medio de organismos celulares tales como bacterias y otros organismos procariotas unicelulares que transforman mediante la fijación de nitrógeno, el N2 en formas biológicamente compatibles.  Algunas de las especies bacterianas fijadoras de nitrógeno viven libremente en el suelo o en el agua, mientras que otras especies viven en el interior de las plantas.

¿Qué Es La Fijación De Nitrógeno?

Es el proceso de transformación del nitrógeno atmosférico, en compuestos nitrogenados tales como amoníaco, nitratos y dióxido de nitrógeno.  La fijación biológica de este elemento, se produce a partir de la actividad de los microorganismos presentes en el suelo y mediante asociaciones simbióticas de los microorganismos con plantas superiores.

Las plantas de tipo leguminosas como el trébol, la alfalfa, el maní, entre otras, aportan en gran parte la fijación de nitrógeno en suelos destinados a actividades agrícolas gracias a bacterias simbióticas conocidas como «rizobios» que se encuentran presentes en los nódulos de sus sistemas radiculares en este tipo de plantas y las cuales generan compuestos nitrogenados que ayudan a la planta crecer y poder competir con otras plantas.  Cuando la planta muere, el nitrógeno que se encontraba fijo en ella se libera y queda disponible para otras plantas, lo que ayuda a fertilizar el suelo en sus alrededores.

Las plantas leguminosas como el maní contienen bacterias que contribuyen en la fijación del nitrógeno en el suelo.

Las plantas leguminosas como el maní contienen bacterias que contribuyen en la fijación del nitrógeno en el suelo.

Este elemento no permanece en el suelo o en el organismo de los seres vivos por largos periodos de tiempo, ya que las bacterias transforman nuevamente el nitrógeno orgánico a N2 gaseoso para ser devuelto a la atmósfera.  Este proceso, implica que las bacterias conviertan los compuestos nitrogenados de los organismos muertos o sus residuos en amoniaco (NH3), el cual se convierte después en nitratos y nitritos para que finalmente los organismos procariontes desnitrificantes transformen estos compuestos en N2 gaseoso.

Esquema del ciclo del nitrógeno en la litósfera.

Esquema del ciclo del nitrógeno en la litósfera.

  • Ciclo del Nitrógeno En Ecosistemas Marinos:

El ciclo de este elemento en este tipo de ecosistemas, ocurre de manera similar al que ocurre en los ecosistemas terrestres ya que los procesos que hacen parte del ciclo son realizados por organismos tales como bacterias y arqueas marinas residentes en los océanos.

El ciclo en estos ecosistemas inicia con la adición de compuestos nitrogenados que llegan al suelo oceánico en forma de sedimentos por medio de procesos que ocurren en superficie como, por ejemplo, la escorrentía; estos sedimentos se compactan y generan rocas sedimentarias, las cuales por medio de procesos geológicos llegan a superficie mediante levantamiento para finalmente poderse encontrar en la superficie terrestre como rocas sedimentarias ricas en nitrógeno.

Esquema que representa el ciclo del nitrógeno en ecosistemas terrestres y marinos.

Esquema que representa el ciclo del nitrógeno en ecosistemas terrestres y marinos.

¿Cuál Es La Importancia Del Nitrógeno En El Planeta?

Este elemento, es uno de los componentes principales que se encuentra presente en los compuestos químicos vitales para el desarrollo y crecimiento de los seres vivos: los aminoácidos y los ácidos nucleicos.  De todos los nutrientes minerales presentes en el planeta, el nitrógeno es el que más efecto causa en el crecimiento de la flora, por lo tanto, influye en la productividad primaria de los ecosistemas y lo que afecta a todos los organismos que dependen de las plantas y la vegetación.  A pesar de la gran cantidad existente de este elemento en la atmósfera, es limitante ya que pocos organismos pueden asimilarlo en forma de compuesto gaseoso N2.  Las plantas pueden asimilarlo de manera eficiente en forma de amonio (NH4+) o nitrato (NO3-), aunque también, estas pueden absorber pequeñas cantidades de aminoácidos y urea. ​

Algunas especies vegetales han establecido relaciones simbióticas con hongos y microorganismos procariontes capaces de transformar el nitrógeno atmosférico en amonio, y a cambio, estos organismos reciben moléculas energéticas de la planta que los hospeda; el nitrógeno reducido es de esta manera incorporado a la cadena trófica. Uno de los ejemplos más conocido es el de la relación simbiótica de las bacterias del género Rhizobium con las plantas leguminosas. Algunos hongos (ectomicorrízicos), extienden sus filamentos más allá del alcance de las raíces, generando micorrizas, las cuales provocan una mayor eficiencia en la absorción de nitritos, nitratos y amonio del suelo en ambientes limitantes para el desarrollo y crecimiento. ​

Las plantas mediante acciones simbióticas con Bacterias y organismos procariotas aprovechan el nitrógeno para su crecimiento y desarrollo.

Las plantas mediante acciones simbióticas con Bacterias y organismos procariotas aprovechan el nitrógeno para su crecimiento y desarrollo.

Factores Que Pueden Provocar La Pérdida De Nitrógeno En El Suelo

  • Clima y Vegetación:

El clima, actuando a través de la temperatura y la humedad, junto con el tipo de vegetación, puede determinar un aumento o una disminución de la cantidad de este elemento en los suelos si:

  • En zonas donde la temperatura es baja, se ve fuertemente afectada la actividad microbiana que la actividad fotosintética de las plantas, lo que reduce la velocidad del ciclo del nitrógeno.
  • En zonas con altas temperaturas, la actividad microbiana aumenta más rápido que la actividad fotosintética de las plantas, lo que produce un aumento de nitrógeno en el suelo.
  • Al generar un aumento en la humedad de los suelos, la velocidad de crecimiento vegetal aumenta y con esto la tasa de producción de materia seca.
  • Efectos Locales:

Topografía

Generalmente, los suelos que se desarrollan sobre superficies planas y bajas contienen mayores contenidos de materia orgánica y producción de nitrógeno que aquellos que se desarrollan sobre pendientes pronunciadas.

Orientación De La Pendiente

Por ejemplo, hacia el hemisferio sur, los suelos que se encuentran orientados hacia el Norte, reciben mayores cantidades de radiación solar y tienen mayores concentraciones de este elemento que los suelos orientados en otras direcciones.

Manejo Del Suelo

El contenido de nitrógeno en el suelo puede cambiar drásticamente debido al manejo que se le dé al suelo, por ejemplo, cuando se pasa de un campo natural a un campo de cultivos. Ya que cuando se emplea el suelo para cultivos, el riesgo de erosión aumenta, y ocurre una pérdida de las fracciones más finas de los primeros centímetros del suelo; estas fracciones, generalmente presentan altos contenidos de organismos generadores del ciclo de este elemento.

Al alterar el suelo con fines agrícolas se pierden capas finas del suelo que contienen organismos productores de amonio, nitritos y nitratos.

Al alterar el suelo con fines agrícolas se pierden capas finas del suelo que contienen organismos productores de amonio, nitritos y nitratos.

Factores que ayudan en la recuperación de nitrógeno en el suelo

  • Fijación No Simbiótica:

 La fijación no simbiótica de nitrógeno en el suelo, se puede realizar mediante microorganismos tales como bacterias de vida libre y algas azul-verde.

  • Fijación Simbiótica:

El nitrógeno generado mediante la fijación simbiótica entre especies de leguminosas y bacterias fijadoras de este elemento, es importante para los suelos que se emplean en actividades agrícolas ya que los organismos encargados de transformar el N2 atmosférico, alimentan no sólo las plantas donde se hospedan si no también el suelo que les rodea.

  • Uso de Fertilizantes Inorgánicos Y Abonos Orgánicos:

Para que los suelos empleados para cultivos puedan tener un alto rendimiento y sean rentables, requieren de buenas concentraciones de nitrógeno; si el suelo no es capaz de aportar todo el elemento que requiere para su desarrollo y crecimiento, se puede suministrar parte de este como fertilizante.  Este tipo de fertilizantes, pueden ser de origen inorgánico, generados mediante procesos de síntesis química (es decir, generados mediante producción en laboratorios) o pueden provenir de fuentes orgánicas que presenten concentraciones de nitrógeno en su composición (como, por ejemplo, estiércol).

  • Aporte Mediante Las Lluvias:

Las principales formas de este elemento que se aportan mediante los fenómenos de precipitación son Amoniaco (NH3), Nitrato (NO3), Dióxido de Nitrógeno (NO2) y Óxido de Nitrógeno N2O.  Gran parte de estos compuestos se producen en el suelo, se transfieren hacia la atmósfera mediante procesos como la volatilización y la desnitrificación, y vuelven a caer con la lluvia en sectores cercanos a su lugar de procedencia.

La precipitación ayuda a aportar nitrógeno al suelo.

La precipitación ayuda a aportar nitrógeno al suelo.

Efectos Del Nitrógeno Sobre La Salud De Los Seres Humanos

Las moléculas de nitrógeno, en estado natural, se encuentran principalmente en la atmósfera.  En la superficie del planeta se encuentra en forma de nitratos y nitritos en el agua y en el suelo.

El ser humano influye en el aumento de las concentraciones naturales de nitritos y nitratos debido al uso para actividades agrícolas de abonos orgánicos que contienen nitratos.  Además, algunas industrias emiten grandes cantidades de nitrógeno y estas vierten este compuesto en las fuentes hídricas que son empleadas para el consumo humano.

Estos son los efectos más comunes que tienen los compuestos a base de nitrógeno en la salud de los seres humanos:

  • Disminución en la capacidad de transporte de oxígeno por la sangre.
  • Disminución de la glándula tiroides
  • Baja capacidad de almacenamiento de la vitamina A.
  • Aumenta la producción de nitrosaminas, las cuales son conocidas como una de las causas más comunes de cáncer.
NITROGENO EN LA TIERRA: DEFINICIÓN, CICLOS E IMPORTANCIA
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Sobre el Autor

Fibras y Normas de Colombia S.A.S.

Fibras y Normas de Colombia es una empresa que ha sido fundada desde el 2004 y se ha encargado de suministrar agua potable a todos los rincones del país, con la finalidad de llevar hasta los lugares mas recónditos el beneficio de este magnifico recurso natural. Ademas, enfatizamos las prioridades de las personas y nos involucramos en proyectos educativos para compartir los conocimientos en la ciencia del tratamiento de aguas, para impartir nuevas tecnologías que favorezcan el desarrollo de la omnisciencia.

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