Appunti di ecologia

Nitrificazione

NITRIFICAZIONE è un'ossidazione dell'ammonio, che si trova nel suolo. L'ammonio viene ossidato da 2 gruppi di organismi. Un gruppo opera una prima ossidazione dell'ammonio (NH4+) a nitrito (NO2-), il secondo gruppo ossida NO2- a NO3- (nitrato). Questi organismi sono detti nitrificanti e dal punto di vista trofico sono i chemioautotrofi. Cioè sono quelli che ossidano i composti inorganici ridotti. Questa reazione libera energia, che richiedono per fissare l'anidride carbonica per formare carboidrati.

N.B I nitrificanti ossidano l'ammonio a nitrato per ricavare energia NON per il proprio metabolismo, ma solo ed esclusivamente per fissare la CO2. La nitrificazione è inibita da basse concentrazioni di ossigeno, visto che è un'ossidazione. Se non c'è la nitrificazione, vuol dire che l'ammonio non viene trasformato in nitrato. Quindi l'unica e dominante forma di azoto in questi suoli è quella minerale.

le piante devono assolutamente utilizzare quella forma. Le tundre, le risaie sono degli esempi in cui l'ossigeno è limitante. Il suolo è fatto da una componente solida, liquida e gassosa. L'aria e l'acqua si vanno a sistemare tra le particelle. Se abbiamo un suolo saturo d'acqua, come nel caso di tundre e risaie, non ci sarà aria. Non c'è aria, non c'è ossigeno, non c'è nitrificazione, quindi l'unica forma di azoto è l'ammonio e le piante ci vivono. La nitrificazione è accoppiata alla fissazione della CO2. DENITRIFICAZIONE Si parte da nitrato e si arriva all'azoto molecolare. Abbiamo chiuso il ciclo. Il nitrato viene utilizzato da organismi anaerobi facoltativi. Sono degli organismi che per vivere utilizzano l'ossigeno se è presente, altrimenti riescono a vivere anche in assenza. Quindi al posto dell'ossigeno devono utilizzare un composto diverso. Questo deve

essere al massimo stato diossidazione, e il nitrato lo è, e serve ad accettare elettroni durante il processo di respirazione. Quindi la denitrificazione non è altro che una respirazione anaerobia. (Troveremo una tappa simile nel ciclo dello zolfo, dove gli organismi sono però anaerobi obbligati).

Se l'ossigeno è presente in condizioni basse, ma non è del tutto assente, la denitrificazione non porta all'azoto molecolare, ma si formano dei composti intermedi. Tra questi c'è il protossido d'azoto (N2O), uno dei gas ad effetto serra, che ha un potere di trattenere il calore superiore a quello della CO2. Il protossido d'azoto si può formare anche in eccesso di denitrificazione (dall'ammonio si può arrivare a N2O, prima di arrivare a NO2- o NO3-). Quando le condizioni di temperatura, pH, disponibilità di ossigeno, non sono ottimali per la nitrificazione o denitrificazione nel loro insieme, si possono

Liberare dei composti intermedi.

PROBLEMATICA AMBIENTALE CORRELATA AL CICLO DELL'AZOTO: AGGIUNTA DEI FERTILIZZANTI

Nel suolo l'azoto rappresenta un fattore limitante. Quindi l'uomo, per avere il massimo di produzione della coltura, spinge la produzione con l'aggiunta di fertilizzanti a base di azoto e fosforo (anche questo può essere un fattore limitante la produzione). Quando l'uomo aggiunge questi fertilizzanti, li aggiunge in quantità superiore al fabbisogno, diventando l'azoto addirittura in eccesso. Tutto l'azoto in eccesso, innanzitutto con l'acqua di irrigazione, ma poi anche con le precipitazioni, in qualche modo o per ruscellamento o per percolamento, raggiunge i corpi idrici. Immaginiamo che arrivi l'azoto in un lago. Quest'ultimo ha una sua omeostasi, cioè un suo stato di equilibrio. A un certo punto arrivano dei nutrienti in più che vengono da fuori: nitrato e fosfato. Questi due sono anche risorsa.

per gli organismi autotrofi dellago. Quindi maggiore disponibilità di risorsa, maggiore produzione anche al livello del lago. Quindi biomassa algale superiore a quella dell'equilibrio. Quindi produzione primaria più alta, produzione secondaria più alta, produzione della comunità più alta. Il problema sorge quando gli organismi terminano il loro ciclo vitale e si depositano sui sedimenti. La decomposizione richiede ossigeno, ma, vista l'enorme quantità di necromassa che arriva al sedimento, la richiesta di ossigeno per degradarla completamente è così elevata tanto che l'ossigeno in queste condizioni diventa un fattore limitante. Quindi non si va più incontro al processo di decomposizione classico di ossidazione, ma di fermentazione. Si hanno dei prodotti ridotti. Invece di avere CO2, NO2, SO2, che sono tutti composti che si liberano dall'ossidazione di composti organici, si formano composti ridotti (metano, ammonio,

idrogeno solforato). Inoltre, viste le condizioni di anossia, l'ossigeno diventa un fattore limitante la respirazione di tutti gli organismi. Quindi l'ossigeno è un fattore limitante non solo per la decomposizione, ma anche per la respirazione. A questo punto si ha la moria degli organismi. Ci può essere l'apporto non solo di nitrato e fosfato, ma anche in generale di sostanza organica. Con l'aggiunta di nitrato e fosfato si ha un aumento di produzione, ma con l'aggiunta di sostanza organica non si ha neanche il ciclo della materia, dato che va direttamente sul fondo. Quindi i comparti ambientali sono correlati. Siamo partiti dall'aggiunta di fertilizzanti nel suolo, che si sono ritrovati nel corpo idrico. I vari fertilizzanti, oltre al lago, possono arrivare al mare, ma l'effetto è meno spinto grazie alle correnti.

Ciclo del fosforo (P)
Il fosforo è un elemento che rientra a far parte della biomassa di tutti gli organismi,

è parte dell'ATP, è parte degli acidi nucleici, è parte dei fosfolipidi di membrana, lo si può definire quindi una componente essenziale per tutti gli organismi. Il ciclo del P ha degli aspetti comuni al ciclo del N e S, ma si differenzia da quest'ultimi e dal ciclo del carbonio perché non cambia lo stato di ossidazione, vale a dire che il P è sotto forma di fosfato sempre, sia come componente organica che inorganica. Il P in forma gassosa è pressoché assente (in aria è quasi del tutto assente). Il P è presente nel suolo e nei sedimenti, esso deriva essenzialmente dalla degradazione del substrato, delle rocce. Il P presente nei cristalli, nelle rocce, lo si trova in una forma complessata, perciò viene reso biodisponibile grazie all'azione di piante e micorrize. Le piante attraverso i famosi essudati radicali fanno variare il pH della rizosfera, questo significa dare la possibilità al P di

Passare da una forma complessata ad una ionica. La pianta assorbe ioni, nel caso del fosforo assorbe il fosfato, questo all'inizio si trova complessato all'interno della roccia, di minerali, ecc, l'essudato radicale liberato dalla pianta attraverso le radici fa variare il pH immediatamente vicino alla roccia o al minerale, e in questo modo il P abbandona la forma complessata e diventa ione, quindi biodisponibile.

Biodisponibilità: un elemento può essere utilizzato dagli organismi. (per esempio quando si dice che c'è molto P nel suolo non necessariamente significa che è presente in concentrazioni sufficienti da essere utilizzato dalle piante, in quanto si trova in forma complessata).

Altri organismi che sono in grado di rendere disponibile il P, e quindi trasformarlo in forma ionica sono le micorrize. Le micorrize grazie alle ife fungine, che si allungano all'interno del substrato, e per azione meccanica, alterano il minerale per una

variazione anche in questo caso di pH, e possono rendere il P in forma ionica e poi trasferirlo alle piante con cui vivono in simbiosi. Un fattore ecologico importante per la disponibilità degli elementi nel suolo è il pH (a certi valori di pH un certo elemento è biodisponibile o no). Per il P, il pH è molto importante in quanto solo a pH neutro, il P può essere sotto forma di fosfato ionico e quindi solubile in acqua, ciò è necessario perché così le piante per flusso passivo assorbono l'acqua e tutto ciò in essa disciolto, che dal suolo va alle radici e poi al resto della pianta. Per pH basico o acido il P è legato o al ferro e all'alluminio, o al calcio quindi in una forma complessata, quindi non può essere utilizzato dagli organismi a meno che non vari il pH. Ciclo del P Il P passa dalla componente non vivente a quella vivente. Ecosistema terrestre: partiamo dal suolo.biologica il P viene reso in forma anionica (fosfato). disciolto in acqua viene assorbito dalle piante viene organicato (ma sempre sottoforma di fosfato: fa parte dell'ATP, degli acidi nucleici, ecc.) E una volta all'interno degli organismi produttori, viene trasferito attraverso la catena trofica a tutti gli organismi eterotrofi. Alla fine del ciclo vitale gli organismi si depositano sul suolo, vengono degradati dai decompositori, i quali liberano il fosfato dalla componente organica e lo trasformano nel fosfato inorganico, che sarà di nuovo reso disponibile agli organismi autotrofi. La stessa cosa succede nei sistemi acquatici con l'unica differenza che invece di parlare di suolo si parla di sedimenti. Ci sono inoltre delle vie di passaggio del P dall'ecosistema terrestre a quello acquatico. Per esempio: il nitrato di fosfato è un prodotto solubile, può essere quindi dilavato dalle acque di precipitazione, o per ruscellamento, e il P può

raggiungere i corpi idrici. In più il P, come lo zolfo(S), è generalmente un nutriente limitante la produttività delle colture, quindi in questo caso l'uomo aggiunge fertilizzanti a base di fosfato. I fertilizzanti sono in eccesso, non tutto il fosfato utilizzato dall'uomo viene usato dalla coltura; in parte questo P viene dilavato e si ha il fenomeno della trofizzazione come si è visto per il nitrato.

Dall'ambiente acquatico all'ambiente terrestre si ha il passaggio di fosforo, che non è uguale a quello che dall'ambiente terrestre passa all'ambiente acquatico, questo è in quantità generalmente ridotta, e la via di passaggio del fosforo dall'ambiente acquatico a quello terrestre è il guano, ovvero le feci degli uccelli che si nutrono di pesci.

ZOLFO (S)

Il ciclo dello zolfo è uguale a quello dell'azoto, non ci sono delle grosse variazioni.

Lo zolfo è importante perché

zolfo è presente in quantità molto più ridotte. Tuttavia, nonostante la sua presenza limitata, il zolfo svolge un ruolo fondamentale nella struttura e nella funzione delle biomolecole. Il zolfo è un componente essenziale degli amminoacidi solforati, come la cisteina e la metionina, che sono fondamentali per la struttura delle proteine. Questi amminoacidi contengono un gruppo -SH (gruppo tiolo) che può formare legami disolfuro con altri gruppi -SH, stabilizzando così la struttura tridimensionale delle proteine. Inoltre, il zolfo è coinvolto nella sintesi di altre molecole biologicamente importanti, come i coenzimi a base di tioesteri (ad esempio il coenzima A) e il glutatione, un antiossidante chiave nel nostro organismo. Nonostante la sua importanza, il zolfo è presente in quantità molto più basse rispetto ad altri elementi come il carbonio, l'azoto e il fosforo. Tuttavia, la sua presenza è essenziale per la vita e per il corretto funzionamento degli organismi.