안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.
질소순환은 식량생산에서 중심적인 역할을 수행함으로서 에너지 수요 측면에서 우리에게 있어 좀 더 친숙한 기술이다. 식물이 식량을 만들기 위해 공기를 포함한 환경으로부터 질소를 추출하는 것처럼, 질소순환은 지구 및 생명의 화학이 일어나는 메커니즘 중 하나이다. 이러한 점에서 지구 질소순환에서 농업의 효과를 관리하는 것이 지속발전을 위해 중요한 도전거리가 되고 있다.
질소는 아미노산의 중요한 구성성분이고 뉴클레오티드(핵산(DNA, RNA)의 기본 단위)이며, 결과적으로 모든 생명체에 필요한 구성성분이다. 운좋게 질소의 공급은 무한대이다. 질소는 공기의 주요 성분으로, 두개의 질소 원자로 구성된 질소분자 형태로 대기에서 4/5 정도를 차지하고 있다. 그러나 불행하게도 분자가 쉽게 화학적 반응을 할 수 없기 때문에, 이러한 질소는 생명체가 쉽게 이용할 수 없다. 자연 상태에서 질소를 쪼개는 것은 벼락규모의 에너지를 필요로 하거나, 특정한 미생물 형태의 전문화된 화학적 능력을 필요로 한다.
이러한 미생물들은 일반적으로 토양에 살며, 때로는 특정 식물 뿌리의 공생기에서 살기도 한다. 미생물은 환경으로부터 질소를 변환시키기 위해 효소를 활용하고, 식물은 고정이라는 과정에서 질소를 영양소로 사용한다. 식물은 이러한 고정질소를 식물과 동물 모두에게 매우 필수적인 다양한 분자형태에서 탄소와 결합된 형태로 유기적 질소로 전환한다.
이러한 과정과 반대되는 것이 탈질소과정으로 이는 생물체가 질소 영양분을 에너지 원천으로 사용하고, 순환을 완전히 끝낸 질소분자를 공기에 되돌리는 과정을 의미한다. 또한 탈질소과정은 또한 대기 중에 공해물질인 질소 부산물을 생산한다.
