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