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Nutrientes: nitrogênio
Curso: Ciências BiológicasDisciplina: Limnologia
Prof. José Fernandes Bezerra Neto
Nitrogênio – propriedades básicas
Nitrogênio é relativamente escasso em algumas bacias e portanto pode ser um nutriente limitante em sistemas aquáticos.
Nutriente essencial (p. ex., aminoácidos, ácidos nucleicos, proteínas, clorofila).
Diferenças com o fósforo: Origem não geológica Existe em muitos estados de oxidação
Nitrogênio – formas disponíveis biologicamente
N2 – principal fonte, mas utilizável por somente algumas poucas espécies
Nitrato (NO3-) e amônio (NH4
+) – principais formas de nitrogênio absorvidas pelas plantas Também chamado nitrogênio inorgânico
dissolvido (NID) Nitrogênio total (NT) – inclui:
NID + nitrogênio orgânico dissolvido (NOD) + nitrogênio particulado
Nitrogênio – fontes
Móveis – na forma de nitratos (solúveis), entrada após eventos de chuva.
Íon amônio (NH4+) adsorvido às partículas de solo
Deposição atmosférica Deposição úmida e seca (NO3
- and NH4+)
Gases de combustão (usinas termo-elétricas, escapamento de veículos, chuva ácida), poeira, fertilizantes
Riachos e águas subterrâneas (maioria NO3-)
Esgoto (NO3- e NH4
+) Agricultura - entrada (NO3
- and NH4+)
Regeneração do sedimento e hipolímnio (NH4+)
Nitrogênio - toxicidade
Metamieglobinemia – síndrome do “bebê azul” > 10 mg/L NO3
--N ou > 1 mg/L NO2--N em água de poço
artesiano Usualmente relacionado à contaminação das águas
subterrâneas via água proveniente de práticas agrícolas.
NO3- – possível causa de câncer do estômago e cólon.
NH4+ pode ser tóxica aos peixes em altas
concentrações NH4OH e NH3 em pH elevados
Nitrogênio – estados de oxidação
Diferente do P existem muitos estados de oxidação do nitrogênio.
Os organismos evoluíram maneiras para fazer uso destes estados de oxidação-redução para o metabolismo de energia e a biossíntese
-3 0 + 1 + 2 + 3 + 5
NH4+ N2 N2O NO2 NO2
- NO3-
NH4+-N NO3-
Nitrificação
Nitrogênio – transformação bacteriana
N orgânico NH4-N
Decomposição
•Amonificação heterotrófica ou mineralização. Associada com a respiração óxica ou anóxica
Envolve oxigênio. Autotrófico e quemosintético (“queima” NH4+-N para fixar CO2).
NO3- N2 (gás)
Denitrificação
Processo anóxico. Heterotrófico (“queima" matéria orgânica e respira NO3-, não O2).
Fixação biológica:
é a conversão de N2 à forma inorgânica (NH4)
ocorre em ambiente anóxico (processo redutor) nitrogenase: enzima envolvida
contem Fe e Mb, que podem limitar a fixação quando em baixas concentrações
desnaturada irreversivelmente pelo oxigênio
a importância da fixação para o “pool” de N é variável
•Horne & Goldman (1997)
Nitrogênio – fixação
A fixação de N2 é um processo anaeróbio e as cianobactérias, através do heterocisto, previne a difusão do oxigênio, mas permite a difusão do nitrogênio.
•Fixação de nitrogênio por algas planctônicas
•Wetzel (2001)
•Fixação de nitrogênio por
algas planctônicas
•Horne & Goldman (1994)
Fixação biológica por bactérias de vida livre:
algumas espécies heterotróficas fixam N (ex. Clostridium pasteurianum, Azotobacter sp.)
a fixação ocorre na coluna de água, perifítion e sedimento
fixação ocorre em altas taxas quando as bactérias encontram-se na rizosfera de macrófitas concentram-se no sedimento (especialmente em lagos eutróficos)
Nutrients- The Nitrogen Cycle
•modificado de Horne & Goldman. 1994. Limnology. McGraw Hill.
Nutrientes – ciclo do nitrogênio
Org–N
N2 = Maior reservatório mas
não pode ser utilizado pela maior parte dos organismos
Fixo ou N-disponível
N-organismo + N-detrito+ N-orgânico dissolvido
NH4 +
NO2-
NO3-
-3 +5+4+3+2+10-1-2Estados de oxidação
NO2N2ON2•gases
Formas químicas do nitrogênio em sistemas aquáticos
NH4 +
NO2-
NO3-
N- inorgânico dissolvido (NID)Amônio:
unidade básica para a
biossíntese
Nitrito: usualmentetransiente
Nitrato: maior fração na água de drenagem
Assimilação
(alga + bactéria)
Assimilação
-3 +5+4+3+2+10-1-2Estado de oxidação
Assimilação
Denitrificação
NO2N2ON2
NH4+
NO2-
Decomposição
N-Org
Principais transformações no ciclo N
Fixação - N2
- Bactéria do solo- Cianobactéria - Atividade Industrial- Bactéria Sulfur
Denitrificação(bactéria anóxica)
Nitrificação 1(bactéria óxica)
Nitrificação 2
NO3-
Ammonificação
•gases
Anammox (bactéria anóxica)
Sedimentos Superficiais
N2
AlgaAlgass
óxicos anóxicos
NO3- NH4
+
Nitrificação
Assimilação
Mineralização
NH4+
NitrificaçãoNO2
-, N2ONO
Den
itri
fica
ção
Sed
imen
taçã
o
NID NOP
NOD
Sed
imen
taçã
o
Sedimentos ProfundosEnterradoEnterrado
Amôniavolatilização
Tribut., Subt., PrecipNOD, NOP, NO3
-, NH4+
NO3-
Saída
difusão
N2-fixação
Balanço N em lagos
Mistura
Mineralização
Nutrientes – perfis verticais de verão
•Oligotrófico •Eutrófico
TT
O2 O2
NO3
NO3
NH4
NH4
Pro
f.
•0 •0
• anoxia
anoxia