Conteúdos
Após trabalhar os ciclos do carbono e do oxigênio, chegamos ao último ciclo biogeoquímico desta sequência de planos de aulas. Neste plano de aula iremos contemplar o ciclo do nitrogênio, sua importância e de que maneira as ações antrópicas interferem nesse ciclo.
- O que são ciclos biogeoquímicos?;
- Principais elementos envolvidos nos ciclos biogeoquímicos;
- Como interferem no ambiente; e
- Quais ações antrópicas interferem nos ciclos biogeoquímicos.
Objetivos
- Compreender o ciclo biogeoquímico do nitrogênio; e
- Interpretar os efeitos das ações antrópicas sobre esse ciclo.
Ensine também:
Ciclos biogeoquímicos: o ciclo do carbono
Ciclos bioquímicos: ciclo do oxigênio
Palavras-chave:
Biologia. Química. Ciclos biogeoquímicos. Nitrogênio.
Anos:
1ª, 2ª e 3ª série do Ensino Médio.
Previsão para aplicação:
4 aulas (50 min./aula).
Proposta de trabalho:
A sugestão é que você faça uma primeira conversa com a turma, com o objetivo de identificar os conhecimentos prévios dos alunos. Para isso, você pode fazer perguntas relembrando o que foi aprendido nas aulas anteriores, como: O que são ciclos biogeoquímicos? Como os elementos percorrem o ambiente? Onde podemos encontrar o elemento químico nitrogênio?
Utilize alguma estratégia de anotação, para registrar e retomar no momento de consolidação da aprendizagem.
1ª Etapa: Ciclos biogeoquímicos: ciclo do nitrogênio
Convide os alunos a relembrarem a composição da atmosfera. Nesse momento, espera-se que os alunos se recordem da aula anterior (ciclo do oxigênio) e lembrem-se que a atmosfera é composta por 78% de gás nitrogênio (N2). Ou seja, o nitrogênio é um elemento muito importante para a manutenção da vida no planeta Terra. Mas será que todos os organismos conseguem absorver e metabolizar o N2?
Apresente o ciclo do nitrogênio aos alunos e peça que eles o desenhem:
Considerando que as plantas e animais (incluindo os seres humanos) não conseguem absorver o nitrogênio atmosférico, como é que ele está presente nesses organismos? Para melhor compreensão, dividimos o ciclo do nitrogênio em 4 etapas.
- Fixação: o nitrogênio atmosférico é capturado apenas por seres vivos unicelulares, conhecidos como bactérias fixadoras de nitrogênio (gênero Rhizobium), que metabolizam o N2, transformando-o em amônia (NH3).
- Amonificação: nesta etapa o nitrogênio orgânico, na forma de amônia (NH3), é mineralizado em amônio (NH4+), por meio de ação enzimática e na presença de água. A forma amônia é insolúvel em água e altamente tóxica aos tecidos vegetais. Participam desse processo seres heterótrofos, que utilizam a matéria orgânica como energia.
- Nitrificação: as bactérias nitrificantes, presentes no solo, transformam a amônia em nitritos, e depois em nitratos, que serão utilizados pelas plantas para a formação de moléculas orgânicas. Os animais absorvem o nitrogênio quando consomem as plantas.
- Desnitrificação: o nitrogênio retorna para o ambiente pela excreção animal (excretas nitrogenadas – presença de ureia e ácido úrico) e pela morte de plantas e animais. Tanto excrementos quanto animais e plantas mortos, sofrem ação de organismos decompositores – fungos e bactérias –, originando amônia, que será transformada em nitratos. As bactérias desnitrificantes transformam nitratos e nitritos em nitrogênio gasoso, retornando assim para a atmosfera.
Acerca do ciclo do nitrogênio, destaque os seguintes pontos:
- É o ciclo biogeoquímico mais importante, uma vez que sustenta a vida na Terra;
- É fixado por bactérias fixadoras de nitrogênio, presentes no solo e em raízes de leguminosas;
- É metabolizado e transformado em amônia (NH3);
- A ação de bactérias nitrificantes transforma a amônia (tóxica para plantas) em nitritos e nitratos, que serão absorvidos e transformados em proteínas, entrando na cadeia trófica; e
Na decomposição de animais e plantas mortos, excrementos nitrogenados, haverá produção de amônia, que será transformada em nitritos e nitratos, sendo que as bactérias desnitrificantes transformam essas moléculas em nitrogênio gasoso, completando seu ciclo e retornando para atmosfera.
2ª Etapa: Viajando com o nitrogênio
Com o intuito de compreender e fixar as etapas do ciclo do nitrogênio, proponho o jogo virtual “Viajando com o nitrogênio”. A princípio, o jogo consiste em “viajar” pelo ciclo do nitrogênio, passando por moléculas e organismos envolvidos nesse ciclo. Inicialmente, o jogador toma a forma de uma molécula de nitrogênio molecular e deve clicar nos seres vivos mostrados na tela, para descobrir se tal organismo assimila a molécula. O link para baixar o arquivo está disponível em: [BDC] Viajando com o Nitrogênio – Volume único (unicamp.br).
3ª Etapa: Interferência humana no ciclo do nitrogênio
Sugiro que inicie a aula perguntando aos alunos quais atividades humanas interferem no ciclo do nitrogênio. A partir das respostas obtidas, pontue as duas atividades principais que interferem no ciclo:
- Queima de combustíveis fósseis; e
- Fertilizantes que contêm nitrogênio, utilizados na agricultura.
Explique que ambos os processos aumentam os níveis dos compostos que contêm nitrogênio na atmosfera.
Altos níveis de nitrogênio atmosférico — além de N2 — estão associados a efeitos nocivos, como a produção de chuva ácida, com ácido nítrico (HNO3), e contribuições para o efeito estufa — como o óxido nitroso (N2O).
Além disso, quando os fertilizantes artificiais, que contêm nitrogênio e fósforo, são utilizados na agricultura, o excesso de fertilizantes acaba indo para lagos, riachos e rios por escoamento superficial, podendo causar a eutrofização dessas águas. Para melhor compreensão e discussão do que causa, o que é e as consequências da eutrofização, utilize o texto “Eutrofização” disponível em: http://ecologia.ib.usp.br/lepac/conservacao/ensino/des_eutro.htm.
Principais pontuações sobre eutrofização:
- Acúmulo de nutrientes na água;
- Aumento de algas e cianobactérias na superfície da água;
- Baixa oxigenação da água;
- Redução da passagem de luz para plantas e algas do fundo realizarem a fotossíntese; e
- Plantas e animais começam a morrer.
4ª Etapa: Proposta de atividade
Como sugestão de atividade, proponha que os alunos formem grupos e desenvolvam um podcast sobre os impactos da monocultura nos corpos hídricos, discutindo como a atividade agrícola interfere no ciclo do nitrogênio e apresentando alternativas para a preservação da vida no solo e nas águas. Você pode sugerir, ainda, que eles convidem pessoas para darem entrevistas sobre: agricultura orgânica, agricultura regenerativa, preservação dos corpos hídricos e novas tecnologias a cerca do tema.
Inserir em plataformas digitais e disponibilizar QR Code pelo ambiente da escola pode ser uma estratégia para que a comunidade escolar tenha acesso ao trabalho realizado pelos alunos.
5ª Etapa: Preparando para o ENEM
Com o objetivo de consolidar a aprendizagem e preparar o aluno para as questões do ENEM, abaixo seguem duas questões relacionadas ao ciclo do nitrogênio:
- (ENEM 2020) A rotação de culturas, juntamente com a cobertura permanente e o mínimo envolvimento do solo, compõem os princípios básicos do sistema de plantio direto. O aumento da diversidade biológica do solo contribui para a estabilidade da produção agrícola por causa de diversos fatores, entre eles o processo de fixação biológica de nitrogênio, realizado por bactérias.
FRANCHINI, J. C. et al. Importância da rotação de culturas para a produção agrícola sustentável no Paraná. Londrina: Embrapa Soja, 2011 (adaptado).
Nesse processo biológico, ocorre a transformação de:
- N2 em NH3
- NO3 –em N2
- NH3 em NH4 +
- NO2– em NO3 –
- NH4 + em NO2–
- (ENEM 2017) Uma grande virada na moderna história da agricultura ocorreu depois da Segunda Guerra Mundial. Após a guerra, os governos haviam se deparado com um enorme excedente de nitrato de amônio, ingrediente usado na fabricação de explosivos. A partir daí as fábricas de munição foram adaptadas para começar a produzir fertilizantes tendo como componente principal os nitratos.
SOUZA, F.A. Agricultura natural/orgânica como instrumento de fixação biológica e manutenção do nitrogênio no solo: um modelo sustentável de MDL. Disponível em: www.planetaorganico.com.br Acesso em: 17 jul. 2015 (adaptado)
No ciclo natural do nitrogênio, o equivalente ao principal componente desses fertilizantes industriais é produzido na etapa de
- Nitratação
- Nitrosação
- Amonificação
- Desnitrificação
- Fixação biológica de N2
Gabarito: 1- A; 2-A.
Plano de aula elaborado pela Professora Larissa B Gallo Astolfi.
Revisão textual: Professora Daniela Leite Nunes.
Coordenação Pedagógica: Professora Dr.ª Aline Bitencourt Monge.
Materiais Relacionados
● O ciclo do nitrogênio| Ecologia |Biologia |Khan Academy
Acesso em: 14 de novembro de 2022.
● Jogo “Viajando com o nitrogênio”
Acesso em: 14 de novembro de 2022.
● Irrigação alternativa – Revista Fapesp
Acesso em: 15 de novembro de 2022.
● Ciclos biogeoquímicos/Biologia/Quer que desenhe?
Acesso em: 13 de outubro de 2022.