Η αμμωνοποίηση είναι ένα σημαντικό στάδιο στον κύκλο του αζώτου, ένας φυσικός κύκλος που καθιστά την παροχή αυτού του ουσιαστικού στοιχείου στη Γη διαθέσιμη στους ζωντανούς οργανισμούς. Διενεργείται από μια ποικιλία μικροοργανισμών που βρίσκονται στο έδαφος και το νερό, οι οποίοι διασπούν τις πρωτεΐνες και τα αμινοξέα στη νεκρή φυτική και ζωική ύλη και στα κόπρανα, απελευθερώνοντας αμμωνία, η οποία συνήθως κατακρατείται στο έδαφος ή στο νερό με τη μορφή του ιόντος αμμωνίου. . Άλλες ομάδες μικροοργανισμών στη συνέχεια το μετατρέπουν σε νιτρικό άλας, το οποίο μπορεί να απορροφηθεί από τα φυτά, διατηρώντας τον κύκλο. Επομένως, η αμμωνία είναι απαραίτητη για όλη τη φυτική και ζωική ζωή στον πλανήτη. Στη γεωργία και την κηπουρική, η προσθήκη κομπόστ και κοπριάς στο έδαφος παρέχει μια επιπλέον πηγή αζώτου για αμμωνίαση.
Ο κύκλος αζώτου
Το άζωτο είναι απαραίτητο για όλες τις μορφές ζωής καθώς απαιτείται για τα αμινοξέα, τις πρωτεΐνες και το DNA. Ωστόσο, αν και είναι άφθονο στην ατμόσφαιρα, δεν μπορεί να απορροφηθεί απευθείας στη στοιχειακή του μορφή από τους περισσότερους οργανισμούς. Ορισμένοι τύποι βακτηρίων του εδάφους είναι σε θέση να παγιδεύουν το ατμοσφαιρικό άζωτο – μια διαδικασία γνωστή ως δέσμευση αζώτου – και να το συνδυάζουν με υδρογόνο για να παράγουν αμμωνία, η οποία στη συνέχεια οξειδώνεται νιτροποιώντας βακτήρια σε νιτρώδη και στη συνέχεια σε νιτρικά. Αυτή η μορφή του στοιχείου μπορεί να απορροφηθεί από τα φυτά και να μετατραπεί σε αμινοξέα, τα οποία συνδέονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν πρωτεΐνες. Αυτές οι ενώσεις επιστρέφουν στο έδαφος όταν τα φυτά ή τα ζώα που τις τρώνε πεθαίνουν και μέσω των ζωικών απορριμμάτων, αλλά η πλειοψηφία των οργανισμών δεν μπορεί να τις απορροφήσει και να τις επεξεργαστεί: πρέπει πρώτα να διασπαστούν σε κατάλληλη μορφή.
Η αμμωνοποίηση είναι η διαδικασία —που εκτελείται από διάφορους μικροοργανισμούς— που διασπά πρωτεΐνες, αμινοξέα και άλλες ενώσεις που περιέχουν άζωτο σε νεκρή και απόβλητη οργανική ύλη για να σχηματίσει αμμωνία. Οι πρωτεΐνες αρχικά χωρίζονται σε αμινοξέα, τα οποία είναι ενώσεις που περιέχουν μια ομάδα αμίνης (NH2) από βακτήρια χρησιμοποιώντας ένζυμα γνωστά ως πρωτεάσες. Τα αμινοξέα και άλλες ενώσεις με ομάδες αμίνης, όπως τα νουκλεϊκά οξέα και η ουρία, στη συνέχεια αποσυντίθενται από μικροοργανισμούς γνωστούς ως αμμωνοποιητικά βακτήρια, απελευθερώνοντας αμμωνία (NH3). Αυτό διαλύεται στο νερό και συνήθως σχηματίζει ιόντα αμμωνίου (NH4+), συνδυάζοντας με ιόντα υδρογόνου (H+), τα οποία είναι άφθονα στα περισσότερα εδάφη. Αυτό το αμμώνιο οξειδώνεται σε νιτρώδη και νιτρικά άλατα νιτροποιώντας βακτήρια, με τον ίδιο τρόπο όπως το άζωτο που έχει «μονιμοποιηθεί» από την ατμόσφαιρα.
Απώλεια αζώτου από το έδαφος
Αν και, υπό ιδανικές συνθήκες, το άζωτο ανακυκλώνεται στο έδαφος, μερικές φορές μπορεί να χαθεί. Η αμμωνία που απελευθερώνεται από τη διαδικασία αμμωνοποίησης συνήθως μετατρέπεται σε NH4+, το οποίο τείνει να παραμείνει στο έδαφος, όπου ανακυκλώνεται ξανά όπως περιγράφεται παραπάνω. Στα αλκαλικά εδάφη, ωστόσο, τα ιόντα Η+ δεν είναι διαθέσιμα και η αμμωνία, η οποία είναι αέριο, μπορεί να διαρρεύσει, με αποτέλεσμα την απώλεια αζώτου. Ένας πιο συνηθισμένος λόγος απώλειας αζώτου είναι η έκπλυση νιτρικών αλάτων, τα οποία είναι πολύ διαλυτά, από το νερό. Εάν οποιαδήποτε από αυτές τις διεργασίες συμβαίνει με μεγαλύτερο ρυθμό από τη στερέωση, μπορεί να υπάρξει συνολική απώλεια του στοιχείου, με αποτέλεσμα την κακή ανάπτυξη των φυτών.
Αντικατάσταση χαμένου αζώτου
Υπάρχουν δύο βασικοί τρόποι με τους οποίους το χαμένο άζωτο μπορεί να αντικατασταθεί σε γεωργική γη και σε κήπους. Τα νιτρικά λιπάσματα παρέχουν το στοιχείο σε διαλυτή, άμεσα χρησιμοποιήσιμη μορφή και χρησιμοποιούνται συνήθως σε αγροκτήματα. Η οργανική ύλη σε αποσύνθεση, όπως το λίπασμα και η κοπριά, παρέχουν το στοιχείο μέσω της αμμωνοποίησης των ενώσεων του αζώτου από μικροοργανισμούς. Τα λιπάσματα μπορεί να παράγουν ταχύτερα αποτελέσματα, αλλά τα νιτρικά άλατα μερικές φορές μπορούν να ξεπλυθούν πριν απορροφηθούν από τα φυτά. Το κομπόστ και η κοπριά έχουν το πλεονέκτημα ότι το χρησιμοποιήσιμο άζωτο απελευθερώνεται πιο αργά, αλλά η διασπορά κοπριάς σε γεωργική γη μπορεί να προκαλέσει προβλήματα με την οσμή στους γύρω κατοίκους.
Προβλήματα που προκύπτουν από την περίσσεια αζώτου
Οι γεωργικές πρακτικές μπορεί να έχουν ως αποτέλεσμα υπερβολικές ποσότητες διαθέσιμου αζώτου που εισέρχονται στο περιβάλλον. Για παράδειγμα, τα νιτρικά άλατα που ξεπλένονται από γεωργική γη σε ρυάκια και λίμνες μπορεί να οδηγήσουν σε υπερβολική ανάπτυξη φυκιών και άλλων μικροοργανισμών, ένα φαινόμενο γνωστό ως ευτροφισμός. Εάν αυτές οι ενώσεις βρουν το δρόμο τους στο πόσιμο νερό, μπορεί να προκαλέσουν προβλήματα υγείας. Αυτά τα προβλήματα οφείλονται συνήθως στην υπερβολική χρήση νιτρικών λιπασμάτων, αλλά μπορεί επίσης να προκύψουν από την αμμωνοποίηση και την επακόλουθη νιτροποίηση της κοπριάς. Η χρήση υπερβολικών ποσοτήτων οργανικών αποβλήτων, όπως η κοπριά, μπορεί επίσης να οδηγήσει σε συσσώρευση αμμωνίας σε επίπεδα που είναι τοξικά για τα φυτά, όταν η αμμωνία παράγει περισσότερη από αυτή την ένωση από ό,τι μπορούν να αντιμετωπίσουν τα νιτροποιητικά βακτήρια.