नाइट्रोजन स्थिरीकरण

सभी पौधों को उचित वृद्धि और विकास के लिए नाइट्रोजन की आवश्यकता होती है। जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण शब्द का प्रयोग उस प्रक्रिया के लिए किया जाता है जिसमें वायुमंडल से नाइट्रोजन गैस को कुछ पौधों के ऊतकों में शामिल किया जाता है।नाइट्रोजन निर्धारण आवश्यक जैविक प्रक्रिया और नाइट्रोजन चक्र का पहला चरण है, जहां वायुमंडल में नाइट्रोजन को कुछ जीवाणु प्रजातियों जैसे राइजोबियम, एज़ोटोबैक्टर, आदि और अन्य प्राकृतिक घटनाओं द्वारा अमोनिया में परिवर्तित किया जाता है।केवल कुछ पौधे ही मृदा सूक्ष्मजीवों की सहायता से इस प्रकार नाइट्रोजन प्राप्त कर पाते हैं। फलियां नामक पौधों का समूह इसके लिए सुविख्यात है।

नाइट्रोजन स्थिरीकरण

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।

प्रक्रिया

जब कुछ बैक्टीरिया या प्रोकैरियोट वायुमंडलीय नाइट्रोजन को अमोनिया में परिवर्तित करने में सक्षम होते हैं, तो इस प्रक्रिया को जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण कहा जाता है। नाइट्रोजनेज़ एंजाइम डाइनाइट्रोजन को अमोनिया में परिवर्तित करता है।

मुक्त-जीवित नाइट्रोजन स्थिरकों में से कुछ एज़ोटोबैक्टर, बेइजर्निकिया, रोडोस्पिरिलम, सायनोबैक्टीरिया आदि हैं, जबकि सहजीवी नाइट्रोजन स्थिरकर्ता के उदाहरण राइजोबियम और फ्रैंकिया हैं।

अल्फाल्फा और एक सूक्ष्मजीव सहजीवी संबंध या सहजीवन में मेजबान पौधे के कार्य से जुड़े हैं।वे सहजीवी रूप से जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण में मदद करते हैं।

एक सहजीवी बैक्टीरिया जो अक्सर चारा फसलों में शामिल होता है वह राइजोबिया है, क्योंकि इसे राइजोबियम नामक जीवाणु जीनस के हिस्से के रूप में वर्गीकृत किया गया है।ये मिट्टी के जीवाणु पौधे की जड़ों को संक्रमित करते हैं, जिससे नोड्यूल नामक संरचनाएं बनती हैं।जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण के दौरान नोड्यूल्स में रासायनिक प्रतिक्रियाएं होती हैं।

जैव रासायनिक प्रतिक्रिया

जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण प्रक्रिया में कई जटिल जैव रासायनिक प्रतिक्रियाएं शामिल होती हैं, लेकिन इसे निम्नलिखित तरीके से दर्शाया जा सकता है:

N₂ + 8H₂+ 16ATP ------> 2 NH₃ + 2H₂+ 16ADP + 16 Pi

जैविक और गैर जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण के बीच क्या अंतर है?

गैर-सहजीवी नाइट्रोजन स्थिरीकरण से तात्पर्य पौधों की कोशिका के बाहर रहने वाले सूक्ष्मजीवों द्वारा जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण से है, जबकि जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण मिट्टी में पाए जाने वाले विभिन्न प्रकार के मुक्त-जीवित नाइट्रोजन-स्थिरीकरण करने वाले सूक्ष्मजीवों द्वारा वायुमंडलीय नाइट्रोजन को नाइट्रोजन यौगिकों में परिवर्तित करने की एक विधि है।

वायुमंडलीय नाइट्रोजन अन्य रसायनों के साथ आसानी से प्रतिक्रिया करके नए यौगिक नहीं बनाती है, लेकिन जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण में वायुमंडल से नाइट्रोजन गैस कुछ पौधों के ऊतकों में शामिल हो जाती है।

महत्व

जैविक नाइट्रोजन निर्धारण नाइट्रोजन की पुनर्प्राप्ति के लिए महत्वपूर्ण है जो पारिस्थितिकी तंत्र में बैक्टीरिया की गतिविधियों के कारण अपरिवर्तनीय रूप से नष्ट हो जाता है, इसलिए यह पारिस्थितिकी तंत्र में नाइट्रोजन के स्थिर प्रवाह को बनाए रखने में मदद करता है।

जैविक नाइट्रोजन निर्धारण पौधों को नाइट्रोजन की कमी वाली मिट्टी से निपटने में सक्षम बनाता है।

जैविक नाइट्रोजन निर्धारण से फलियों में प्रोटीन की मात्रा बढ़ जाती है।

महत्वपूर्ण स्रोत

सबसे महत्वपूर्ण स्रोत मिट्टी के जीवाणुओं और फलीदार पौधों के बीच सहजीवी अंतःक्रिया है, जिसमें मनुष्यों के लिए महत्वपूर्ण कई फसलें भी शामिल हैं।

अभ्यास प्रश्न

• जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण क्यों महत्वपूर्ण है?
• फलीदार पौधों में नाइट्रोजन स्थिरीकरण का क्या महत्व है?
• जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण का सबसे महत्वपूर्ण स्रोत क्या है?