Ciclul nutrienților este unul dintre cele mai importante procese care au loc într-un ecosistem. Ciclul nutrienților descrie utilizarea, mișcarea și reciclarea nutrienților în mediu. Elemente valoroase precum carbonul, oxigenul, hidrogenul, fosforul și azotul sunt esențiale pentru viață și trebuie reciclate pentru ca organismele să existe. Ciclurile nutrienților includ atât componente vii, cât și componente non-vii și implică procese biologice, geologice și chimice. Din acest motiv, aceste circuite de nutrienți sunt cunoscute sub numele de cicluri biogeochimice.
Ciclurile biogeochimice pot fi clasificate în două tipuri principale: cicluri globale și cicluri locale. Elemente precum carbonul, azotul, oxigenul și hidrogenul sunt reciclate prin medii abiotice, inclusiv atmosfera, apa și solul. Deoarece atmosfera este principalul mediu abiotic din care sunt recoltate aceste elemente, ciclurile lor sunt de natură globală. Aceste elemente se pot deplasa pe distanțe mari înainte de a fi preluate de organismele biologice. Solul este principalul mediu abiotic pentru reciclarea elementelor precum fosforul, calciul și potasiul. Ca atare, mișcarea lor este de obicei într-o regiune locală.
Ciclul carbonului
Carbonul este esențial pentru toată viața, deoarece este principalul constituent al organismelor vii. Servește ca componentă de bază pentru toți polimerii organici, inclusiv carbohidrații, proteinele și lipidele. Compușii de carbon, cum ar fi dioxidul de carbon (CO2) și metanul (CH4), circulă în atmosferă și influențează clima globală. Carbonul este circulat între componentele vii și non-vii ale ecosistemului în principal prin procesele de fotosinteză și respirație. Plantele și alte organisme fotosintetice obțin CO2 din mediul lor și îl folosesc pentru a construi materiale biologice. Plantele, animalele și descompunătorii (bacteriile și fungii) returnează CO2 în atmosferă prin respirație. Mișcarea carbonului prin componentele biotice ale mediului este cunoscută sub numele de ciclul rapid al carbonului. Durează mult mai puțin timp pentru ca carbonul să se deplaseze prin elementele biotice ale ciclului decât durează pentru a se deplasa prin elementele abiotice. Poate dura până la 200 de milioane de ani pentru ca carbonul să se deplaseze prin elemente abiotice precum roci, sol și oceane. Astfel, această circulație a carbonului este cunoscută sub numele de ciclul lent al carbonului.
Pașii ciclului carbonului
- CO2 este îndepărtat din atmosferă de organismele fotosintetice (plante, cianobacterii etc.) și utilizat pentru a genera molecule organice și a construi masă biologică.
- Animalele consumă organismele fotosintetice și dobândesc carbonul depozitat în producători.
- CO2 este returnat în atmosferă prin respirație în toate organismele vii.
- Descompunătorii descompun materia organică moartă și în descompunere și eliberează CO2.
- O parte din CO2 este returnat în atmosferă prin arderea materiei organice (incendii de pădure).
- CO2 prins în rocă sau combustibili fosili poate fi returnat în atmosferă prin eroziune, erupții vulcanice sau arderea combustibililor fosili.
Ciclul azotului
Similar cu carbonul, azotul este o componentă necesară a moleculelor biologice. Unele dintre aceste molecule includ aminoacizi și acizi nucleici. Deși azotul (N2) este abundent în atmosferă, majoritatea organismelor vii nu pot utiliza azotul sub această formă pentru a sintetiza compuși organici. Azotul atmosferic trebuie mai întâi fixat sau convertit în amoniac (NH3) de anumite bacterii.
Pașii ciclului azotului
- Azotul atmosferic (N2) este convertit în amoniac (NH3) de bacteriile fixatoare de azot în mediile acvatice și din sol. Aceste organisme folosesc azotul pentru a sintetiza moleculele biologice de care au nevoie pentru a supraviețui.
- NH3 este ulterior convertit în nitrit și nitrat de bacteriile cunoscute sub numele de bacterii nitrificatoare.
- Plantele obțin azot din sol prin absorbția amoniului (NH4-) și nitraților prin rădăcinile lor. Nitrații și amoniul sunt utilizați pentru a produce compuși organici.
- Azotul sub formă organică este obținut de animale atunci când consumă plante sau animale.
- Descompunătorii returnează NH3 în sol prin descompunerea deșeurilor solide și a materiei moarte sau în descompunere.
- Bacteriile nitrificatoare convertesc NH3 în nitrit și nitrat.
- Bacteriile denitrificatoare convertesc nitritul și nitratul în N2, eliberând N2 înapoi în atmosferă.
Ciclul oxigenului
Oxigenul este un element esențial pentru organismele biologice. Marea majoritate a oxigenului atmosferic (O2) provine din fotosinteză. Plantele și alte organisme fotosintetice utilizează CO2, apă și energie luminoasă pentru a produce glucoză și O2. Glucoza este utilizată pentru a sintetiza molecule organice, în timp ce O2 este eliberat în atmosferă. Oxigenul este îndepărtat din atmosferă prin procesele de descompunere și respirație în organismele vii.
Ciclul fosforului
Fosforul este o componentă a moleculelor biologice precum ARN, ADN, fosfolipide și adenozin trifosfat (ATP). ATP este o moleculă cu energie ridicată produsă prin procesele de respirație celulară și fermentație. În ciclul fosforului, fosforul este circulat în principal prin sol, roci, apă și organisme vii. Fosforul se găsește organic sub formă de ion fosfat (PO43-). Fosforul este adăugat în sol și apă prin scurgerile rezultate din eroziunea rocilor care conțin fosfați. PO43- este absorbit din sol de plante și obținut de consumatori prin consumul de plante și alte animale. Fosfații sunt adăugați înapoi în sol prin descompunere. Fosfații pot deveni, de asemenea, prinși în sedimente în mediile acvatice. Aceste sedimente care conțin fosfați formează roci noi în timp.
