O ciclo do azoto

Nitrogénio é um dos elementos mais susceptíveis de limitar o crescimento das plantas. Como o carbono, o nitrogênio tem seu próprio ciclo biogeoquímico, circulando através da atmosfera, litosfera e hidrosfera (Figura 5). Ao contrário do carbono, que é armazenado principalmente em rochas sedimentares, a maior parte do nitrogênio ocorre na atmosfera como um composto inorgânico (N2). É o gás atmosférico predominante, constituindo cerca de 79 por cento do volume da atmosfera. As plantas, porém, não podem usar nitrogênio em sua forma gasosa e só são capazes de assimilá-lo depois de convertido em amônia (NH3) e nitratos (NO3-). Este processo redutor, chamado fixação de nitrogênio, é uma reação química na qual os elétrons são captados de outra molécula. Uma pequena quantidade de nitrogênio é fixada por raios, mas a maior parte do nitrogênio colhido da atmosfera é removido por bactérias fixadoras de nitrogênio e cianobactérias (anteriormente chamadas de algas verde-azuladas).

Certas espécies de bactérias fixadoras de nitrogênio podem coexistir intimamente (simbioticamente) com leguminosas e outras plantas, fornecendo as plantas com o nitrogênio necessário (Figura 6). Nesta associação simbiótica, as bactérias ficam encerradas em nódulos que crescem nas raízes das plantas, através dos quais se obtém o nitrogênio que foi fixado pelas bactérias residentes. As cianobactérias desenvolveram relações semelhantes com várias formas de vida, tais como hepáticas, córneas, cicas e pelo menos um gênero de plantas floríferas (Gunnera). Sua relação simbiótica com fungos ganhou sua própria designação – as espécies coexistentes são chamadas de líquens.

Outros microrganismos desempenham tarefas importantes que impulsionam o ciclo do nitrogénio ao longo. Embora as plantas possam assimilar amoníaco assim como nitratos, a maior parte do amoníaco no solo é convertido em nitritos (NO2-) e depois em nitratos por certas bactérias aeróbicas através do processo oxidativo de nitrificação. Uma vez assimilado pelas plantas, o nitrogénio pode ser convertido em formas orgânicas, tais como aminoácidos e proteínas. Os animais só podem utilizar nitrogênio orgânico, que obtêm consumindo plantas ou outros animais. À medida que estes organismos morrem, certos micróbios como os detritivores podem participar na decomposição do nitrogénio orgânico em amoníaco (amonificação), proporcionando um fornecimento constante de amoníaco para ser utilizado no processo de nitrificação. Embora a fixação do nitrogênio atmosférico seja uma parte essencial do ciclo do nitrogênio, amonificação e nitrificação são os métodos predominantes pelos quais o nitrogênio orgânico é impedido de retornar à atmosfera e é mantido ciclando através da biosfera.

Algum nitrogênio retorna à atmosfera, entretanto, como bactérias desnitrificadoras quebram os nitratos para obter oxigênio, liberando assim o N2 gasoso. O nitrogênio também é perdido das plantas e do solo em ambientes terrestres através de outras rotas, incluindo erosão, escoamento, volatilização de amônia na atmosfera, e lixiviação dos solos para lagos e córregos. Eventualmente alguns destes nutrientes chegam aos oceanos à medida que os rios os lançam na superfície do oceano.