नाइट्रोजन चक्र

नाइट्रोजन हर जगह है। वास्तव में, मात्रा के हिसाब से नाइट्रोजन गैस पृथ्वी के वायुमंडल का लगभग 78% हिस्सा बनाती है, जो मात्रा के हिसाब से कहीं अधिक हैI नाइट्रोजन पौधों के लिए एक प्रमुख पोषक तत्व है। हालाँकि, वायुमंडल में प्रचुर नाइट्रोजन का उपयोग सीधे पौधों या जानवरों द्वारा नहीं किया जा सकता है। यह जानने के लिए पढ़ें कि नाइट्रोजन चक्र पौधों और अन्य जीवित जीवों के लिए उपयोगी नाइट्रोजन कैसे उपलब्ध कराता है।

• नाइट्रोजन चक्र एक जैव-भू-रासायनिक प्रक्रिया है जिसके माध्यम से नाइट्रोजन कई रूपों में परिवर्तित हो जाती है, जो लगातार वायुमंडल से मिट्टी से जीव में और वापस वायुमंडल में पहुंचती है।
• इसमें नाइट्रोजन स्थिरीकरण, नाइट्रीकरण, विनाइट्रीकरण, क्षय और सड़न जैसी कई प्रक्रियाएं सम्मिलित हैं।
• नाइट्रोजन गैस कार्बनिक और अकार्बनिक दोनों रूपों में सम्मिलित होती है। कार्बनिक नाइट्रोजन जीवित जीवों में सम्मिलित होता है, और वे अन्य जीवित जीवों के सेवन से खाद्य श्रृंखला से गुजरते हैं।
• नाइट्रोजन के अकार्बनिक रूप वायुमंडल में प्रचुर मात्रा में पाए जाते हैं। यह नाइट्रोजन पौधों को सहजीवी बैक्टीरिया द्वारा उपलब्ध कराया जाता है जो अक्रिय नाइट्रोजन को उपयोग योग्य रूप में परिवर्तित कर सकता है - जैसे नाइट्राइट और नाइट्रेट।
• पारिस्थितिकी तंत्र में संतुलन बनाए रखने के लिए नाइट्रोजन विभिन्न प्रकार के परिवर्तनों से गुजरती है। इसके अलावा, यह प्रक्रिया विभिन्न बायोम तक फैली हुई है, जिसमें समुद्री नाइट्रोजन चक्र सबसे जटिल जैव-भू-रासायनिक चक्रों में से एक है।
• "नाइट्रोजन चक्र एक जैव-भू-रासायनिक प्रक्रिया है जो वायुमंडल मेंसम्मिलित निष्क्रिय नाइट्रोजन को जीवित जीवों के लिए अधिक उपयोगी रूप में परिवर्तित करती है।"

नाइट्रोजन चक्र के चरण

नाइट्रोजन चक्र की प्रक्रिया में निम्नलिखित चरण होते हैं -

• नाइट्रोजन स्थिरीकरण ( Nitrogen fixation)
• नाइट्रीकरण ( Nitrification)
• स्वांगीकरण ( Assimilation )
• अमोनीकरण ( Ammonification )
• डिनाइट्रिफिकेशन ( Denitrification )

ये प्रक्रियाएँ कई चरणों में होती हैं और इन्हें नीचे समझाया गया है:-

नाइट्रोजन स्थिरीकरण प्रक्रिया

यह नाइट्रोजन चक्र का प्रारंभिक चरण है। यहां, वायुमंडलीय नाइट्रोजन (N₂) जो मुख्य रूप से अक्रिय रूप में उपलब्ध है, प्रयोग योग्य रूप -अमोनिया (NH₃) में परिवर्तित हो जाती है।

नाइट्रोजन स्थिरीकरण की प्रक्रिया के दौरान, नाइट्रोजन गैस का निष्क्रिय रूप वायुमंडल और सतही जल से मिट्टी में जमा हो जाता है, मुख्य रूप से वर्षा के माध्यम से।

नाइट्रोजन स्थिरीकरण की संपूर्ण प्रक्रिया सहजीवी जीवाणुओं द्वारा पूरी की जाती है, जिन्हें डायज़ोट्रॉफ़्स के नाम से जाना जाता है। इस प्रक्रिया में एज़ोटोबैक्टर और राइजोबियम की भी प्रमुख भूमिका होती है। इन जीवाणुओं में नाइट्रोजनेज़ एंजाइम होता है, जो अमोनिया बनाने के लिए हाइड्रोजन के साथ गैसीय नाइट्रोजन को संयोजित करने की क्षमता रखता है।

नाइट्रोजन निर्धारण या तो वायुमंडलीय निर्धारण द्वारा हो सकता है - जिसमें बिजली चमकाना सम्मिलित है, या उच्च तापमान और दबाव की स्थिति के तहत अमोनिया का निर्माण करके औद्योगिक निर्धारण सम्मिलित है। इसे मानव निर्मित प्रक्रियाओं के माध्यम से भी ठीक किया जा सकता है, मुख्य रूप से औद्योगिक प्रक्रियाएं जो अमोनिया और नाइट्रोजन युक्त उर्वरक बनाती हैं।

नाइट्रोजन स्थिरीकरण के प्रकार

वायुमंडलीय स्थिरीकरण:

एक प्राकृतिक घटना जहां बिजली की ऊर्जा नाइट्रोजन को नाइट्रोजन ऑक्साइड में तोड़ देती है, जिसका उपयोग पौधों द्वारा किया जाता है।

औद्योगिक नाइट्रोजन स्थिरीकरण:

यह एक मानव निर्मित विकल्प है जो अमोनिया के उपयोग से नाइट्रोजन स्थिरीकरण में सहायता करता है। अमोनिया का उत्पादन नाइट्रोजन और हाइड्रोजन के सीधे संयोजन से होता है। बाद में, इसे यूरिया जैसे विभिन्न उर्वरकों में परिवर्तित किया जाता है।

जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण:

हम पहले से ही जानते हैं कि पौधों और जानवरों द्वारा नाइट्रोजन का उपयोग सीधे हवा से नहीं किया जाता है। राइजोबियम और नीले-हरे शैवाल जैसे बैक्टीरिया नाइट्रोजन के अनुपयोगी रूप को अन्य यौगिकों में बदल देते हैं जो अधिक आसानी से उपयोग करने योग्य होते हैं। ये नाइट्रोजन यौगिक इन सूक्ष्मजीवों द्वारा मिट्टी में स्थिर हो जाते हैं।

नाइट्रीकरण

इस प्रक्रिया में, मिट्टी में बैक्टीरिया की उपस्थिति से अमोनिया नाइट्रेट में परिवर्तित हो जाता है। नाइट्रोसोमोनस बैक्टीरिया प्रजातियों की मदद से अमोनिया के ऑक्सीकरण से नाइट्राइट बनते हैं। बाद में, उत्पादित नाइट्राइट को नाइट्रोबैक्टर द्वारा नाइट्रेट में बदल दिया जाता है। यह रूपांतरण बहुत महत्वपूर्ण है क्योंकि अमोनिया गैस पौधों के लिए जहरीली है।

नाइट्रीकरण की प्रक्रिया में सम्मिलित प्रतिक्रिया इस प्रकार है:

2NH₃ + 3O₂ → 2NO₂^– + 2H⁺ + 2H₂O

2NO₂^– + O₂ → 2NO₃^–

स्वांगीकरण

प्राथमिक उत्पादक - पौधे अपनी जड़ों की मदद से मिट्टी से नाइट्रोजन यौगिक लेते हैं, जो अमोनिया, नाइट्राइट आयन, नाइट्रेट आयन या अमोनियम आयन के रूप में उपलब्ध होते हैं और पौधे और पशु प्रोटीन के निर्माण में उपयोग किए जाते हैं। इस तरह, जब प्राथमिक उपभोक्ता पौधे खाते हैं तो यह खाद्य जाल में प्रवेश कर जाता है।

अमोनीकरण

जब पौधे या जानवर मर जाते हैं, तो कार्बनिक पदार्थों मेंसम्मिलित नाइट्रोजन वापस मिट्टी में छोड़ दी जाती है। मिट्टी मेंसम्मिलित डीकंपोजर, अर्थात् बैक्टीरिया या कवक, कार्बनिक पदार्थ को वापस अमोनियम में बदल देते हैं। अपघटन की इस प्रक्रिया से अमोनिया उत्पन्न होता है, जिसका उपयोग अन्य जैविक प्रक्रियाओं के लिए किया जाता है।

अनाइट्रीकरण (डिनाइट्रिफिकेशन)

डिनाइट्रिफिकेशन वह प्रक्रिया है जिसमें नाइट्रोजन यौगिक नाइट्रेट (NO₃^-) को गैसीय नाइट्रोजन (N₂) में परिवर्तित करके वायुमंडल में वापस आते हैं। नाइट्रोजन चक्र की यह प्रक्रिया अंतिम चरण है और ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में होती है। विनाइट्रीकरण, विनाइट्रीकृत जीवाणु प्रजातियों- क्लोस्ट्रीडियम और स्यूडोमोनास द्वारा किया जाता है, जो ऑक्सीजन प्राप्त करने के लिए नाइट्रेट को संसाधित करेगा और उपोत्पाद के रूप में मुक्त नाइट्रोजन गैस देगा।

समुद्री पारिस्थितिकी तंत्र में नाइट्रोजन चक्र

नाइट्रोजन चक्र की प्रक्रिया समुद्री पारिस्थितिकी तंत्र में उसी तरह से होती है जैसे स्थलीय पारिस्थितिकी तंत्र में होती है। फर्क सिर्फ इतना है कि यह समुद्री बैक्टीरिया द्वारा किया जाता है।

नाइट्रोजन युक्त यौगिक समुद्र में गिर जाते हैं क्योंकि तलछट लंबे समय तक संकुचित हो जाती है और तलछटी चट्टान का निर्माण करती है। भूवैज्ञानिक उत्थान के कारण ये तलछटी चट्टानें भूमि की ओर खिसकती हैं। प्रारंभ में, यह ज्ञात नहीं था कि ये नाइट्रोजन युक्त तलछटी चट्टानें नाइट्रोजन का एक आवश्यक स्रोत हैं। लेकिन, हाल के शोधों से साबित हुआ है कि चट्टानों के अपक्षय के कारण इन चट्टानों से नाइट्रोजन पौधों में जारी होती है।

नाइट्रोजन चक्र का महत्व

नाइट्रोजन चक्र का महत्व इस प्रकार है:

• पौधों को नाइट्रोजन यौगिकों से क्लोरोफिल को संश्लेषित करने में मदद करता है।
• जैव रासायनिक प्रक्रिया के माध्यम से अक्रिय नाइट्रोजन गैस को पौधों के लिए उपयोगी रूप में परिवर्तित करने में मदद करता है।
• अमोनीकरण की प्रक्रिया में, बैक्टीरिया जानवरों और पौधों के पदार्थ को विघटित करने में मदद करते हैं, जो अप्रत्यक्ष रूप से पर्यावरण को साफ करने में मदद करता है।
• नाइट्रेट और नाइट्राइट मिट्टी में छोड़े जाते हैं, जो खेती के लिए आवश्यक पोषक तत्वों के साथ मिट्टी को समृद्ध करने में मदद करते हैं।
• नाइट्रोजन कोशिका का एक अभिन्न घटक है और यह कई महत्वपूर्ण यौगिकों और महत्वपूर्ण जैव अणुओं का निर्माण करता है।
• नाइट्रोजन का चक्रण मानव गतिविधियों जैसे ईंधन के दहन और नाइट्रोजन उर्वरकों के उपयोग से भी होता है। ये प्रक्रियाएँ वायुमंडल में नाइट्रोजन युक्त यौगिकों के स्तर को बढ़ाती हैं। नाइट्रोजन युक्त उर्वरक झीलों, नदियों में बह जाते हैं और परिणामस्वरूप सुपोषण होता है।

निष्कर्ष

• वायुमंडल में नाइट्रोजन प्रचुर मात्रा में है, लेकिन यह पौधों या जानवरों के लिए तब तक अनुपयोगी है जब तक इसे नाइट्रोजन यौगिकों में परिवर्तित नहीं किया जाता है।
• नाइट्रोजन-फिक्सिंग बैक्टीरिया वायुमंडलीय नाइट्रोजन को नाइट्रोजन यौगिकों में स्थिर करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं जिनका उपयोग पौधों द्वारा किया जा सकता है।
• पौधे अपनी जड़ों के माध्यम से मिट्टी से उपयोगी नाइट्रोजन यौगिकों को अवशोषित करते हैं। फिर, इन नाइट्रोजन यौगिकों का उपयोग पादप कोशिका में प्रोटीन और अन्य यौगिकों के उत्पादन के लिए किया जाता है।
• पशु इन पौधों या नाइट्रोजन युक्त अन्य जानवरों का सेवन करके नाइट्रोजन को आत्मसात करते हैं। मनुष्य इन पौधों और जानवरों से प्रोटीन का सेवन करते हैं। नाइट्रोजन तब हमारे शरीर तंत्र में समाहित हो जाती है।
• नाइट्रोजन चक्र के अंतिम चरण के दौरान, बैक्टीरिया और कवक कार्बनिक पदार्थों को विघटित करने में मदद करते हैं, जहां नाइट्रोजन यौगिक मिट्टी में घुल जाते हैं जो पौधों द्वारा फिर से उपयोग किया जाता है।
• फिर कुछ बैक्टीरिया इन नाइट्रोजन यौगिकों को मिट्टी में परिवर्तित करके नाइट्रोजन गैस में बदल देते हैं। अंततः, यह वायुमंडल में वापस चला जाता है।
• प्रक्रियाओं के ये सेट लगातार दोहराए जाते हैं और इस प्रकार वायुमंडल में नाइट्रोजन का प्रतिशत बनाए रखते हैं।

अभ्यास प्रश्न

1.जीवन के लिए नाइट्रोजन क्यों महत्वपूर्ण है?

2. पौधों को नाइट्रोजन की आवश्यकता क्यों होती है?

3. नाइट्रोजन चक्र प्रक्रिया को समझाने वाले विभिन्न चरणों की सूची बनाएं।

4. पौधे का कौन सा भाग नाइट्रोजन स्थिरीकरण में सम्मिलित होता है?

5. नाइट्रोजन चक्र का नामांकित चित्र बनाइये