El ciclo del nitrógeno
El nitrógeno es uno de los elementos que más limitan el crecimiento de las plantas. Al igual que el carbono, el nitrógeno tiene su propio ciclo biogeoquímico, que circula por la atmósfera, la litosfera y la hidrosfera (Figura 5). A diferencia del carbono, que se almacena principalmente en las rocas sedimentarias, la mayor parte del nitrógeno se encuentra en la atmósfera como compuesto inorgánico (N2). Es el gas atmosférico predominante, constituyendo aproximadamente el 79% del volumen de la atmósfera. Las plantas, sin embargo, no pueden utilizar el nitrógeno en su forma gaseosa y sólo pueden asimilarlo después de haberlo convertido en amoníaco (NH3) y nitratos (NO3-). Este proceso reductor, llamado fijación del nitrógeno, es una reacción química en la que se recogen electrones de otra molécula. Una pequeña cantidad de nitrógeno es fijada por los rayos, pero la mayor parte del nitrógeno recogido de la atmósfera es eliminado por las bacterias fijadoras de nitrógeno y las cianobacterias (antes llamadas algas azul-verde).
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Ciertas especies de bacterias fijadoras de nitrógeno pueden coexistir íntimamente (simbióticamente) con las legumbres y otras plantas, proporcionándoles el nitrógeno necesario (Figura 6). En esta asociación simbiótica, las bacterias se encajan en nódulos que crecen en las raíces de las plantas, a través de los cuales se obtiene el nitrógeno que han fijado las bacterias residentes. Las cianobacterias han desarrollado relaciones similares con diversas formas de vida, como hepáticas, hornabeques, cícadas y al menos un género de plantas con flor (Gunnera). Su relación simbiótica con los hongos se ha ganado su propia denominación: las especies que coexisten se llaman líquenes.
(Izquierda) Encyclopædia Britannica, Inc.(derecha) fotografía, © John Kaprielian, The National Audubon Society Collection/Photo Researchers
Otros microorganismos realizan importantes tareas que impulsan el ciclo del nitrógeno. Aunque las plantas pueden asimilar tanto el amoníaco como los nitratos, la mayor parte del amoníaco del suelo se convierte en nitritos (NO2-) y luego en nitratos por ciertas bacterias aeróbicas mediante el proceso oxidativo de la nitrificación. Una vez que el nitrógeno ha sido asimilado por las plantas, puede convertirse en formas orgánicas, como aminoácidos y proteínas. Los animales sólo pueden utilizar el nitrógeno orgánico, que obtienen al consumir plantas u otros animales. Cuando estos organismos mueren, algunos microbios, como los detritívoros, pueden participar en la descomposición del nitrógeno orgánico en amoníaco (amonificación), proporcionando un suministro constante de amoníaco que se utiliza en el proceso de nitrificación. Aunque la fijación del nitrógeno atmosférico es una parte esencial del ciclo del nitrógeno, la amonificación y la nitrificación son los métodos predominantes por los que se evita que el nitrógeno orgánico vuelva a la atmósfera y se mantiene en el ciclo a través de la biosfera.
Sin embargo, parte del nitrógeno vuelve a la atmósfera, ya que las bacterias desnitrificantes descomponen los nitratos para obtener oxígeno, liberando así N2 gaseoso. El nitrógeno también se pierde de las plantas y del suelo en entornos terrestres a través de otras vías, como la erosión, la escorrentía, la volatilización del amoníaco en la atmósfera y la lixiviación de los suelos en lagos y arroyos. Finalmente, algunos de estos nutrientes llegan a los océanos cuando los ríos los arrojan a la superficie del océano.