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Nutrientes: nitrogênio

Curso: Ciências Biológicas Disciplina: Limnologia. Nutrientes: nitrogênio. 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.

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Nutrientes: nitrogênio

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Presentation Transcript

  1. Curso: Ciências Biológicas Disciplina: Limnologia Nutrientes: nitrogênio Prof. José Fernandes Bezerra Neto

  2. 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

  3. 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

  4. 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+)

  5. 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

  6. 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

  7. Nitrogênio – transformação bacteriana • Amonificação heterotrófica ou mineralização. Associada com a respiração óxica ou anóxica N orgânico NH4-N Decomposição Envolve oxigênio. Autotrófico e quemosintético (“queima” NH4+-N para fixar CO2). NH4+-N NO3- Nitrificação Processo anóxico. Heterotrófico (“queima" matéria orgânica e respira NO3-, não O2). NO3- N2 (gás) Denitrificação

  8. 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

  9. Horne & Goldman (1997)

  10. 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.

  11. Fixação de nitrogênio por algas planctônicas • Wetzel (2001)

  12. Fixação de nitrogênio por algas planctônicas • Horne & Goldman (1994)

  13. Fixação biológica por bactérias de vida livre: • algumas espécies heterotróficas fixam N (ex. Clostridiumpasteurianum, Azotobactersp.) • 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)

  14. Nutrientes – ciclo do nitrogênio Nutrients- The Nitrogen Cycle • modificado de Horne & Goldman. 1994. Limnology. McGraw Hill.

  15. Formas químicas do nitrogênio em sistemas aquáticos Org–N NO3- NO3- NO2- NO2- NH4+ NH4+ N2 N2O NO2 • gases Estados de oxidação -3 -2 -1 +1 +2 +3 +4 +5 0 N-organismo + N-detrito + N-orgânico dissolvido Nitrato: maior fração na água de drenagem N- inorgânico dissolvido (NID) Fixo ou N-disponível Amônio: unidade básica para a biossíntese Nitrito: usualmentetransiente N2 = Maior reservatório mas não pode ser utilizado pela maior parte dos organismos

  16. Principais transformações no ciclo N Assimilação N-Org NO2- NO3- NH4+ Nitrificação 1 (bactéria óxica) Nitrificação 2 Ammonificação Anammox (bactéria anóxica) N2 N2O NO2 • gases Estado de oxidação -3 -2 -1 +1 +2 +3 +4 +5 0 Assimilação (alga + bactéria) Assimilação Decomposição Denitrificação Denitrificação (bactéria anóxica) Fixação - N2 - Bactéria do solo - Cianobactéria - Atividade Industrial - Bactéria Sulfur

  17. Balanço N em lagos Nitrificação Tribut., Subt., Precip NOD, NOP, NO3-, NH4+ N2 Amônia volatilização N2-fixação Assimilação Saída Algas NO3- NH4+ Denitrificação NID NOP NOD Mineralização Mistura Sedimentação NO3- óxicos anóxicos Sedimentação NO2-, N2O NO Nitrificação NH4+ Mineralização difusão Enterrado Enterrado SedimentosSuperficiais Sedimentos Profundos

  18. 0 T T NO3 Prof. NH4 O2 O2 NH4 NO3 Nutrientes – perfis verticais de verão • Oligotrófico • Eutrófico • 0 anoxia • anoxia

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