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 peixes em altas concentrações NH4OH e NH3 em pH elevados

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 + 1 + 2 + 3 + 5 NH4+ N2 N2O NO2 NO2- NO3-

Nitrogênio – transformação bacteriana Amonificação heterotrófica ou mineralização. Associada com a respiração óxica ou anóxica N orgânico NH4-N Decomposição NH4+-N NO3- Nitrificação Envolve oxigênio. Autotrófico e quemosintético (“queima” NH4+-N para fixar CO2). NO3- N2 (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 – ciclo do nitrogênio Nutrients- The Nitrogen Cycle modificado de Horne & Goldman. 1994. Limnology. McGraw Hill.

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

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

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

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