Cykl azotowy

Atrogen jest jednym z pierwiastków, które najprawdopodobniej ograniczają wzrost roślin. Podobnie jak węgiel, azot ma swój własny cykl biogeochemiczny, krążąc w atmosferze, litosferze i hydrosferze (Rysunek 5). W przeciwieństwie do węgla, który jest przechowywany głównie w skałach osadowych, większość azotu występuje w atmosferze jako związek nieorganiczny (N2). Jest on dominującym gazem atmosferycznym, stanowiącym około 79 procent objętości atmosfery. Rośliny nie mogą jednak wykorzystać azotu w formie gazowej i są w stanie go przyswoić dopiero po przekształceniu w amoniak (NH3) i azotany (NO3-). Ten redukcyjny proces, zwany wiązaniem azotu, jest reakcją chemiczną, w której elektrony są pobierane z innej cząsteczki. Niewielka ilość azotu jest wiązana przez błyskawice, ale większość azotu pobieranego z atmosfery jest usuwana przez bakterie wiążące azot i sinice (dawniej nazywane niebiesko-zielonymi algami).

Niektóre gatunki bakterii wiążących azot mogą współistnieć intymnie (symbiotycznie) z roślinami strączkowymi i innymi roślinami, dostarczając im niezbędnego azotu (Rysunek 6). W tym symbiotycznym stowarzyszeniu, bakterie zostają zamknięte w guzkach rosnących na korzeniach roślin, przez które pozyskiwany jest azot, który został utrwalony przez zamieszkujące bakterie. Cyjanobakterie nawiązały podobne relacje z różnymi formami życia, takimi jak wątrobowce, rogowate, cykady i co najmniej jeden rodzaj roślin kwitnących (Gunnera). Ich symbiotyczna relacja z grzybami zyskała własną nazwę – współistniejące gatunki nazywane są porostami.

Inne mikroorganizmy wykonują ważne zadania, które napędzają cykl azotowy. Chociaż rośliny mogą przyswajać zarówno amoniak, jak i azotany, większość amoniaku w glebie jest przekształcana w azotyny (NO2-), a następnie w azotany przez niektóre bakterie tlenowe w procesie oksydacyjnym nitryfikacji. Po przyswojeniu przez rośliny azot może zostać przekształcony w formy organiczne, takie jak aminokwasy i białka. Zwierzęta mogą wykorzystywać tylko azot organiczny, który uzyskują poprzez spożywanie roślin lub innych zwierząt. Kiedy te organizmy umierają, niektóre mikroby, takie jak detrytywiści, są w stanie uczestniczyć w rozkładzie azotu organicznego do amoniaku (amonifikacja), zapewniając stały dopływ amoniaku, który jest wykorzystywany w procesie nitryfikacji. Chociaż wiązanie azotu atmosferycznego jest istotną częścią cyklu azotowego, amonifikacja i nitryfikacja są głównymi metodami, dzięki którym azot organiczny nie wraca do atmosfery i jest utrzymywany w obiegu przez biosferę.

Część azotu wraca jednak do atmosfery, ponieważ bakterie denitryfikacyjne rozkładają azotany w celu uzyskania tlenu, uwalniając gazowy N2. Azot jest również tracony z roślin i gleby w środowiskach lądowych innymi drogami, w tym przez erozję, spływ, ulatnianie się amoniaku do atmosfery i wypłukiwanie z gleby do jezior i strumieni. Ostatecznie niektóre z tych składników odżywczych docierają do oceanów, ponieważ rzeki spłukują je na powierzchnię oceanu.