Nutrientes:
nitrogênio
Curso: Ciências Biológicas
Disciplina: Limnologia
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.
 Nutriente
essencial (p. ex., aminoácidos,
ácidos nucleicos, proteínas, clorofila).
 Diferenças com o fósforo:
 Origem não geológica
 Existe em muitos estados de oxidação
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
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+)
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
concentrações
 NH4OH e NH3 em pH elevados
peixes
em
altas
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
-3
0
+1
+2
+3
+5
NH4+
N2
N2O
NO2
NO2-
NO3-
Nitrogênio – transformação bacteriana
N orgânico
NH4-N
Decomposição
•Amonificação heterotrófica ou
mineralização. Associada com
a respiração óxica ou anóxica
NH4+-N
NO3Nitrificação
Envolve oxigênio. Autotrófico e
quemosintético (“queima”
NH4+-N para fixar CO2).
NO3N2 (gás)
Denitrificação
Processo anóxico. Heterotrófico
(“queima" matéria orgânica e
respira NO3-, não O2).
 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
•Horne & Goldman
(1997)
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.
•Fixação de nitrogênio por algas planctônicas
•Wetzel (2001)
•Fixação de
nitrogênio por algas
planctônicas
•Horne & Goldman
(1994)
 Fixação biológica por bactérias de vida livre:
 algumas espécies heterotróficas fixam N (ex.
Clostridium pasteurianum, Azotobacter sp.)
 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)
Nutrientes
– cicloThe
do Nitrogen
nitrogênio
NutrientsCycle
•modificado de Horne & Goldman. 1994. Limnology. McGraw Hill.
Formas químicas do nitrogênio em sistemas aquáticos
N-organismo + N-detrito
+ N-orgânico dissolvido
Org–N
Amônio:
unidade básica
para a
biossíntese
NO3- -
NO3
Nitrato: maior
fração na água
de drenagem
NFixo
inorgânico
ou Ndissolvido
disponível
(NID)
NH4 + +
NH4
NO2- -
NO2
N2 = Maior reservatório mas
não pode ser utilizado pela
maior parte dos organismos
Estados de oxidação
-3
-2
-1
N2
N2O
NO2
0
+1
+2
Nitrito:
usualmente
transiente
•gases
+3
+4
+5
Principais transformações no ciclo N
Assimilação
Assimilação
Decomposição
Denitrificação
(alga + bactéria)
N-Org
NO2-
Assimilação
NH4+
NO3-
Nitrificação 2
Nitrificação 1
(bactéria óxica)
Ammonificação
Anammox
Fixação - N2
Denitrificação
(bactéria anóxica)
- Bactéria do solo
- Cianobactéria
- Atividade Industrial
- Bactéria Sulfur
(bactéria anóxica)
N2
N2O
NO2
0
+1
+2
•gases
Estado de oxidação
-3
-2
-1
+3
+4
+5
Balanço N em lagos
N2
Tribut., Subt., Precip
NOD, NOP, NO3-, NH4+
N2-fixação
Assimilação
NH4
Nitrificação
NID
NOP
NOD
Mineralização
Mistura
óxicos
anóxicos
NO3Nitrificação
Mineralização
Saída
Algas
+
NH4+
Sedimentação
Sedimentação
NO3
-
Amônia
volatilização
NO2-, N2O
NO
difusão
Enterrado Sedimentos Superficiais Enterrado
Sedimentos Profundos
Nutrientes – perfis verticais de verão
•Oligotrófico
•0
•0
•Eutrófico
T
T
NO3
NH4
O2
O2
anoxia
•
NO3
anoxia
NH4