Imagem de Chris Abney no Unsplash
Fixação biológica do nitrogênio (FBN) é o nome dado ao processo de transformação do nitrogênio atmosférico em uma forma assimilável pelas plantas, realizado por bactérias do gênero Rhizobium ou por cianobactérias. Naturalmente, poucos seres têm a capacidade de absorver o nitrogênio puro. Estas bactérias são os únicos organismos capazes de incluir o nitrogênio em suas moléculas orgânicas, disponibilizando-o para as plantas.
O nitrogênio tem um papel fundamental para o desenvolvimento vegetal, contribuindo para o crescimento da planta. Quando esse elemento está em escassez no solo, as plantas tendem a atrofiar, se desenvolvendo de forma precária. Por isso, a fixação biológica do nitrogênio é muito importante.
Esse processo também pode ser realizado a partir de fertilizantes nitrogenados, que introduzem nitrogênio diretamente no solo. No entanto, essa prática está relacionada a diversos impactos ambientais e à saúde humana.
Os ciclos biogeoquímicos podem ser definidos como os processos naturais nos quais ocorre a ciclagem de elementos químicos, ou seja, sua passagem do meio ambiente (componentes físico-químicos) para os organismos vivos, e destes de volta para o meio.
Esses ciclos envolvem organismos vivos, meio terrestre (parte não viva) e elementos químicos, e por isso recebem a denominação de biogeoquímicos. Nos ciclos biogeoquímicos, os elementos são absorvidos por seres vivos e utilizados em diversas reações químicas fundamentais para a sua manutenção e sobrevivência.
Posteriormente, esses elementos retornam ao meio ambiente pelo processo de decomposição ou por mecanismos como a transpiração, respiração e eliminação de fezes. Dessa maneira, esses ciclos confirmam a lei de conservação das massas, que diz que nenhuma matéria pode ser criada ou destruída, mas sim reciclada.
A contínua passagem dos elementos através dos seres vivos e dos elementos não vivos da Terra garante a sua disponibilidade constante na natureza. Em um ecossistema natural e livre de atividades humanas, esses ciclos permanecem em equilíbrio. No entanto, eles têm sofrido diversas alterações que impedem que esses elementos cheguem até os seres vivos.
Os principais ciclos biogeoquímicos encontrados na natureza são o ciclo da água, do carbono, do oxigênio, do nitrogênio e do fósforo.
O ciclo do nitrogênio consiste na incorporação de átomos de nitrogênio de substâncias inorgânicas do meio ambiente em moléculas orgânicas de seres vivos, e sua posterior devolução ao meio não-vivo. Átomos de nitrogênio fazem parte de diversas substâncias orgânicas importantes, como as proteínas e os ácidos nucleicos.
O maior reservatório de nitrogênio do planeta é a atmosfera, onde esse elemento químico aparece na forma de gás nitrogênio (N2), ocupando cerca de 79% do volume do ar atmosférico. A grande maioria dos seres vivos não consegue utilizar nitrogênio em sua forma molecular. Por isso, dependem de umas algumas espécies de bactérias, conhecidas como bactérias fixadoras de nitrogênio, que são capazes de utilizar diretamente o gás nitrogênio, incorporando os átomos do elemento em suas moléculas orgânicas. Essa incorporação de nitrogênio molecular em compostos orgânicos é chamada de fixação biológica do nitrogênio.
As bactérias fixadoras de nitrogênio podem ser de vida livre, como as cianobactérias, ou habitar o interior das células de organismos eucariontes, como os rizóbios, que vivem associados às raízes de plantas leguminosas.
As bactérias do gênero Rhizobium invadem as raízes de plantas leguminosas, instalando-se e reproduzindo-se no interior de suas células. As invasoras estimulam a multiplicação das células infectadas, o que leva à formação de nódulos. Graças à associação com os rizóbios, as plantas leguminosas podem viver em solos pobres em compostos de nitrogênio.
Os rizóbios, por sua vez, também se beneficiam dessa associação, já que utilizam substâncias orgânicas produzidas pelas plantas como alimento. Ao morrer e se decompor, as plantas leguminosas liberam, na forma de amônia, o nitrogênio de suas moléculas orgânicas, fertilizando o solo.
O nitrogênio é um elemento químico fundamental para o desenvolvimento das plantas. No entanto, como visto anteriormente, ele é difícil de ser assimilado. Atualmente, também pode-se fazer uso de fertilizantes nitrogenados para a fixação de nitrogênio, caracterizando a fixação industrial, método muito utilizado na agricultura.
Apesar de suas vantagens para a produção agrícola, esse fertilizante é o mais prejudicial para o meio ambiente. A produção de fertilizantes nitrogenados demanda cerca de 94% da energia utilizada para a produção de fertilizantes. Além disso, a sua produção usa uma grande quantidade de combustíveis fósseis, que liberam poluentes atmosféricos.
Quando aplicado no solo, o fertilizante de nitrogênio pode sofrer o fenômeno de lixiviação, atingindo corpos hídricos. Dessa forma, a água é contaminada, prejudicando o ecossistema aquático. Altas concentrações de substâncias como a amônia podem provocar a morte de peixes ou danos no seu desenvolvimento.
Outra consequência da presença de fertilizante nitrogenado em ambientes aquáticos é o processo de eutrofização, que consiste em uma alta proliferação de algas. A eutrofização gera um aumento na quantidade de algas nos corpos hídricos e a redução da fotossíntese.
Por fim, a presença desse componente no ambiente se dá por conta do seu caráter alcalino. Com isso, as moléculas de amônia reagem com componentes de caráter ácido, como o dióxido de enxofre (SO2), e formam aerossóis atmosféricos. Esses aerossóis contribuem para a poluição atmosférica e prejudicam a qualidade do ar. Um exemplo são os materiais particulados, como o MP2.5, que contribuem para o fenômeno da chuva ácida.
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