窒素（N 2 ）は、タンパク質を構成するアミノ酸や核酸などの有機分子の構成に関与しており、生物にとって極めて重要な化学元素です。大気は約 80% の窒素がガスの形で構成されており、植物はアンモニア (NH 3 ) または硝酸塩 (NO – 3 ) の形でのみ、動物はアミノ酸の形でのみ窒素を利用できます。したがって、一部の微生物を除いて、生物はこのガスを大気中に存在する形で利用することができないことがわかります。
大気中に存在する窒素は、主にシアノバクテリアのNostocおよびAnabaenaによって、また土壌中に自由に生息する細菌 ( Azotobacter属) またはマメ科植物の根に関係する細菌( Rhizobium属) によって固定されます。マメ科植物ではない植物の根に関係し、これらの植物の根に結節を形成する特定の真菌もあります。私たちはこの結合を菌根と呼んでいますが、すべての菌根が真菌によって形成されるわけではないことを覚えておく価値があります。
これらすべての微生物は、大気中に存在する窒素をアンモニアに変換します。マメ科植物の根には、数百万もの根粒菌属の細菌によって形成された無数の根粒が見つかります。これらの細菌は窒素を固定し、水素と反応してアンモニアを生成します。このアンモニアの一部は植物に供給され、残りの一部は土壌に放出されます。このように、細菌は植物に窒素を供給することで生きた肥料として働き、植物は細菌に住処と餌を提供するので、植物と細菌の間には相利関係があると言えます。
土壌中で利用可能になるアンモニアは、微生物の固定による窒素の固定によって生じますが、別の部分は、排泄物や死体に存在するタンパク質、核酸、窒素残留物の分解によって生じます。細菌、菌類、分解者によって窒素がアンモニアに変換されるとき、私たちはこのプロセスをアンモニア化 と呼びます。このプロセスでは、細菌や真菌は代謝に必要なエネルギーを獲得し、分解はこれらの微生物の細胞呼吸の産物です。
土壌中に存在するアンモニアを利用できる植物もあれば、硝酸塩 (NO – 3 ) を利用できる植物もあります。アンモニアを硝酸塩に形成するプロセスは、硝化と呼ばれます。硝化プロセスは 2 つの段階に分かれており、最初の段階はニトロソ化と呼ばれます。ニトロソ化では、植物によって使用されなかったアンモニアの一部が、ニトロソモナス属、ニトロソコッカス属、およびニトロソロバス属の硝化細菌によって亜硝酸塩に酸化されます。このプロセスではエネルギーが放出され、これらの細菌はそれを使用して有機化合物を生成します。
硝化のもう 1 つの段階は硝化 と呼ばれ、この段階では細菌によって形成された亜硝酸塩はすべて土壌中に除去され、ニトロバクター属の細菌によって酸化されて硝酸塩に変換されます。培地に入ると、硝酸塩は植物に直接吸収され、有機分子、主にタンパク質や核酸の生成に使用されます。動物は、植物や植物を食べる他の動物を食べることによって、食物を通じて必要な窒素を得ることができます。
土壌中には、硝酸塩を使って有機化合物を酸化してエネルギーを生成するシュードモナス・デニトリフィカンスと呼ばれる細菌が存在します。これらの細菌が脱窒と呼ばれるこのプロセスを実行すると、土壌中で利用可能な硝酸塩の一部がガスの形で窒素に変化して大気中に戻り、サイクルが終了して土壌中の硝酸塩レベルが安定に保たれます。
植物や野菜の分解は窒素循環にとって非常に重要であることを覚えておくと良いでしょう。なぜなら、分解中に、これらの生物の構造の一部である窒素がアンモニアに変換され、土壌中で利用可能になり、窒素循環を通過するからです。再度硝化処理を行います。
作物の生産量を増やすために、多くの農家は窒素、リン、カリウムなどの元素を肥料や合成肥料の形で土壌に供給し、野菜がこれらの元素をより有効に活用して生産性を高めています。
作物の生産性を高めるもう 1 つの方法は、根に窒素固定細菌を宿すマメ科植物を、根に窒素固定細菌を持たないため、利用可能な窒素しか得ることができない他の非マメ科植物と一緒に栽培することです。土の中。私たちはこれを間作プランテーションと呼びます。
輪作は、マメ科植物と米、トウモロコシ、小麦などの他の作物を交互に植えることによって窒素塩を土壌に戻すため、農家によって広く使用されている農法でもあります。この慣行を利用して、マメ科植物は他の作物が土壌から除去した窒素塩を置き換えます。
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