چکیده

زمین وارد یک عصر جدید شده است که در آن انسان عامل اصلی تغییر سیستم زمین است. فشارهای انسان بر سیستم زمین به اندازهای رسیده است که تغییر ناگهانی محیطزیست جهانی غیر قابل انکار است. پیشبینی شده است که انسان در معرض سه خطر بزرگ کاهش تنوع زیستی، تغییرات آب و هوایی و تغییر در چرخه جهانی نیتروژن قرار دارد. بسیاری از فرآیندها در مقیاس جهانی مانند تغییرات آب و هوایی و تغییر در چرخه عناصر شیمیایی، در درجه اول اثرات آنها در مقیاس زیر سیستم زمین تولید میشود. تغییر در چرخه جهانی نیتروژن به وسیله فعالیتهای انسان از جمله تغییرکاربری زمین، مصرف بیرویه کودهای شیمیایی و سموم کشاورزی بهعنوان یک مشکل محیطزیستی مطرح است و مطالعه نحوه چرخش و میزان انباشت این عنصر در اجزای مختلف اکوسیستم زمین بسیار حائز اهمیت است. با توجه به اهمیت موضوع، در این پژوهش، نحوهی چرخش و راههای ورود این عنصر در طبیعت مورد بررسی قرار میگیرد.

کلمات کلیدی: اکوسیستم زمین، چرخه نیتروژن، محیطزیست.

-۱مقدمه

رشد تمام موجودات زنده به قابلیت استفاده آنها از مواد معدنی وابسته است و در این میان نقش نیتروژن قابل چشمپوشی نیست. نیتروژن در مقیاس وسیعی مورد نیاز است و از اجزای اصلی سازنده پروتیئنها و اجزا دیگر مواد سلولی است .[ ۱] چرخه زیست-زمین-شیمیایی در ساده-ترین تعریف خود عبارت است از حرکت یا چرخه عناصر شیمیایی در هوا، آب، خاک و بخش زنده زمین. چرخههای زیست-زمین-شیمیایی همگی پیچیده هستند و بیوتای زمین، چرخه مواد شیمیایی بین هوا و آب و خاک را عمیقا دگرگون کرده است. در چرخهی شیمیایی بومسازگان را میتوان به عنوان سیستمی دید که قسمتهای مختلفش حکم مخازن را برای هر عنصر دارند. عناصر بین این مخازن با شدت و میزانهای متفاوت جابجا میشوند .[۲] تغییر کاربری زمین و پوشش گیاهی در طول تاریخ در ابتدا به علت رشد جمعیت صورت گرفته و پیشرفت فنآوری و فرصتهای اقتصادی باعث دخالت انسان به طور مشخص در تغییر تعداد زیادی از اکوسیستمها شده است. انسان با فنآوریهای جدید خود شروع به تغییر در انتقال مواد شیمیایی نموده است. این فعالیتها اگرچه برای جامعه سودمند است اما خطرات بزرگی نیز به همراه دارد.

-۲فرآیند چرخه نیتروژن

فرآیندهای شیمیایی و زیستی که سبب جابجایی نیتروژن
در لیتوسفر، اتمسفر، هیدروسفر و بیوسفر میشوند، چرخهی
زیستی نیتروژن را تشکیل میدهند. چرخه نیتروژن شامل مراحل خاصی است که در آن نیتروژن به اشکال مختلف دیگر تبدیل میشود. نیتروژن آلی که در موادی مثل برگها و گیاهان مرده در خاک وجود دارد توسط میکروارگانیسمها به نیتروژن غیر آلی تبدیل میشود. گیاهان این فرمهای قابل دسترس نیتروژن غیر آلی را جذب کرده تا به خوبی رشد کنند. این اشکال نیتروژن همیشه مورد استفاده گیاه قرار نمیگیرند زیرا به علت عدم جذب توسط ذرات خاک، آبشویی شده و وارد آبهای زیرزمینی می شوند و یا اینکه به صورت نیتروژن گازی شکل در آمده و پس از خروج از خاک وارد اتمسفر میشوند. اما انواع خاصی از میکروارگانیسمها در خاک زندگی میکنند که نیتروژن گازی شکل را به اشکال غیر آلی تبدیل میکنند تا مورد استفاده گیاه قرار گیرد. وقتی گیاهی میمیرد بقای آن بر روی زمین افتاده و میکروبهای خاصی سریعا عمل تجزیه گیاه مرده را (که شامل نیتروژن آلی است) شروع کرده و آن را به نیتروژن غیر آلی تبدیل میکنند و این چرخه ادامه می-یابد.

-۳راههای ورود نیتروژن به محیطزیست

نیتروژن در حالت طبیعی بر انعطافپذیری کلی بومسازگان از طریق اسیدی کردن محیطهای زمینی و پرغذایی در سیستمهای ساحلی و آب شیرین اثر کند و آهستهای دارد .[۹] امروزه مصرف بی رویه کودهای شیمیایی و سموم کشاورزی تقریبا در کلیه نقاط دنیا موجب تخریب زمین بوم شده است. در ایران کاربرد کودهای شیمیایی در سالهای اخیر چندین برابر شده که آثار سو آن به تدریج با آلودگی منابع آب و خاک پدیدار می-شود که متأسفانه تجزیههای خاک و گیاه نقشی در توصیههای کودی و مصرف کود نداشته است .[۳] در گذشته کودهای ازته فقط از طریق طبیعت تأمین میشد. در اوایل قرن بیست و یک دانشمندان متوجه شدند که با تخلیه الکتریکی و سایر فرآیندهای صنعتی میتوان ازت هوا را به طریقه صنعتی تثبیت کرد. امروزه تثبیت صنعتی ازت، منبع عمده تجاری کود ازته و منبع بزرگی در چرخه ازت است. جمع کل تثبیت نیتروژن از طریق فرآیندهای زیستی و تثبیت نیتروژن از طریق فرآیندهای غیر زیستی به صورت جدول شماره (۱) است .[۵]

جدول (۱) جمع کل تثبیت نیتروژن از طریق فرآیندهای زیستی و غیر
زیستی (تن در سال)
تثبیت غیرزیستی نیتروژن (×۱۰۶) تثبیت زیستی نیتروژن (×۱۰۶)
صنعتی ۵۰ زمینهای کشاورزی ۹۰
رعد و برق ۱۰ جنگلها و زمینهای ۵۰
غیرکشاورزی

احتراق ۲۰ دریاها ۳۵

تغییر و تبدیل در چرخه نیتروژن توسط بشر امری واضح است. تبدیل انسان محور از طریق چهار فرآیند رخ میدهد:

-۱تثبیت صنعتی نیتروژن از اتمسفر به آمونیاک -۲تثبیت کشاورزی نیتروژن از اتمسفر از طریق کشت محصولات لگومینه -۳احتراق سوختهای فسیلی -۴سوزاندن زیست توده