Koloběh dusíku

Dusík je jedním z prvků, které s největší pravděpodobností omezují růst rostlin. Stejně jako uhlík má i dusík svůj vlastní biogeochemický cyklus, který koluje v atmosféře, litosféře a hydrosféře (obrázek 5). Na rozdíl od uhlíku, který je uložen především v sedimentárních horninách, se většina dusíku vyskytuje v atmosféře jako anorganická sloučenina (N2). Je převládajícím atmosférickým plynem a tvoří přibližně 79 % objemu atmosféry. Rostliny však dusík v plynné formě nedokážou využít a jsou schopny jej asimilovat až po přeměně na amoniak (NH3) a dusičnany (NO3-). Tento redukční proces, nazývaný fixace dusíku, je chemická reakce, při níž jsou elektrony odebírány z jiné molekuly. Malé množství dusíku je fixováno bleskem, ale většinu dusíku získaného z atmosféry odstraňují dusík fixující bakterie a sinice (dříve nazývané sinice).

Některé druhy bakterií vázajících dusík mohou úzce koexistovat (symbioticky) s luštěninami a jinými rostlinami a dodávat jim potřebný dusík (obr. 6). V tomto symbiotickém spojení se bakterie zapouzdřují do uzlin, které rostou na kořenech rostlin a jejichž prostřednictvím získávají dusík, který byl fixován rezidentními bakteriemi. Sinice navázaly podobné vztahy s různými formami života, jako jsou játrovky, rohoviny, cykasy a přinejmenším jeden rod kvetoucích rostlin (Gunnera). Jejich symbiotický vztah s houbami si vysloužil vlastní označení – souběžně žijící druhy se nazývají lišejníky.

Další mikroorganismy plní důležité úkoly, které pohánějí koloběh dusíku. Ačkoli rostliny mohou asimilovat amoniak i dusičnany, většina amoniaku v půdě je přeměněna na dusitany (NO2-) a poté na dusičnany některými aerobními bakteriemi prostřednictvím oxidačního procesu nitrifikace. Jakmile je dusík asimilován rostlinami, může být přeměněn na organické formy, jako jsou aminokyseliny a bílkoviny. Živočichové mohou využívat pouze organický dusík, který získávají konzumací rostlin nebo jiných živočichů. Když tyto organismy uhynou, mohou se někteří mikrobi, jako jsou detritivoři, podílet na rozkladu organického dusíku na amoniak (amonifikace), čímž zajišťují stálý přísun amoniaku, který se využívá v procesu nitrifikace. Ačkoli je fixace atmosférického dusíku nezbytnou součástí koloběhu dusíku, jsou amonifikace a nitrifikace převládajícími metodami, kterými se zabraňuje návratu organického dusíku do atmosféry a udržuje se jeho koloběh v biosféře.

Některý dusík se však do atmosféry vrací, protože denitrifikační bakterie rozkládají dusičnany za účelem získání kyslíku, čímž se uvolňuje plynný N2. Dusík se z rostlin a půdy v suchozemském prostředí ztrácí také jinými cestami, včetně eroze, odtoku, odpařování amoniaku do atmosféry a vyplavování z půdy do jezer a potoků. Nakonec se část těchto živin dostane do oceánů, když je řeky spláchnou na hladinu oceánu.