Il ciclo dell’azoto

L’azoto è uno degli elementi che più probabilmente limita la crescita delle piante. Come il carbonio, l’azoto ha un proprio ciclo biogeochimico, che circola attraverso l’atmosfera, la litosfera e l’idrosfera (Figura 5). A differenza del carbonio, che è immagazzinato principalmente nelle rocce sedimentarie, la maggior parte dell’azoto si presenta nell’atmosfera come un composto inorganico (N2). È il gas atmosferico predominante, costituendo circa il 79% del volume dell’atmosfera. Le piante, tuttavia, non possono usare l’azoto nella sua forma gassosa e sono in grado di assimilarlo solo dopo che è stato convertito in ammoniaca (NH3) e nitrati (NO3-). Questo processo riduttivo, chiamato fissazione dell’azoto, è una reazione chimica in cui gli elettroni sono presi da un’altra molecola. Una piccola quantità di azoto viene fissata dai fulmini, ma la maggior parte dell’azoto raccolto dall’atmosfera viene rimosso dai batteri azotofissatori e dai cianobatteri (un tempo chiamati alghe blu-verdi).

Alcune specie di batteri azotofissatori possono coesistere intimamente (simbioticamente) con legumi e altre piante, fornendo alle piante l’azoto necessario (Figura 6). In questa associazione simbiotica, i batteri vengono inglobati in noduli che crescono sulle radici delle piante, attraverso i quali si ottiene l’azoto che è stato fissato dai batteri residenti. I cianobatteri hanno sviluppato relazioni simili con varie forme di vita, come epatiche, ornielli, cicadi e almeno un genere di piante da fiore (Gunnera). La loro relazione simbiotica con i funghi si è guadagnata una propria denominazione: le specie coesistenti sono chiamate licheni.

Altri microrganismi svolgono compiti importanti che spingono il ciclo dell’azoto. Anche se le piante possono assimilare sia l’ammoniaca che i nitrati, la maggior parte dell’ammoniaca nel suolo è convertita in nitriti (NO2-) e poi in nitrati da certi batteri aerobi attraverso il processo ossidativo della nitrificazione. Una volta che l’azoto è stato assimilato dalle piante, può essere convertito in forme organiche, come aminoacidi e proteine. Gli animali possono usare solo azoto organico, che ottengono consumando piante o altri animali. Quando questi organismi muoiono, alcuni microbi come i detritivori sono in grado di partecipare alla decomposizione dell’azoto organico in ammoniaca (ammonificazione), fornendo una fornitura costante di ammoniaca da utilizzare nel processo di nitrificazione. Anche se la fissazione dell’azoto atmosferico è una parte essenziale del ciclo dell’azoto, l’ammonificazione e la nitrificazione sono i metodi predominanti con cui si evita che l’azoto organico ritorni nell’atmosfera e che continui a circolare nella biosfera.

Alcuna parte dell’azoto ritorna nell’atmosfera, tuttavia, poiché i batteri denitrificanti scompongono i nitrati per ottenere ossigeno, rilasciando così N2 gassoso. L’azoto viene anche perso dalle piante e dal suolo negli ambienti terrestri attraverso altre vie, tra cui l’erosione, il ruscellamento, la volatilizzazione dell’ammoniaca nell’atmosfera e la lisciviazione dal suolo in laghi e corsi d’acqua. Alla fine alcuni di questi nutrienti raggiungono gli oceani quando i fiumi li scaricano sulla superficie dell’oceano.