Ciclul azotului
Nitrogenul este unul dintre elementele care limitează cel mai probabil creșterea plantelor. La fel ca și carbonul, azotul are propriul său ciclu biogeochimic, circulând prin atmosferă, litosferă și hidrosferă (figura 5). Spre deosebire de carbon, care este stocat în principal în rocile sedimentare, cea mai mare parte a azotului se găsește în atmosferă sub formă de compus anorganic (N2). Acesta este gazul atmosferic predominant, constituind aproximativ 79% din volumul atmosferei. Cu toate acestea, plantele nu pot utiliza azotul în forma sa gazoasă și îl pot asimila numai după ce a fost transformat în amoniac (NH3) și nitrați (NO3-). Acest proces reductiv, numit fixare a azotului, este o reacție chimică în care electronii sunt preluați de la o altă moleculă. O cantitate mică de azot este fixată de fulgere, dar cea mai mare parte a azotului recoltat din atmosferă este eliminată de bacteriile fixatoare de azot și de cianobacterii (denumite anterior alge verzi-albastre).
Encyclopædia Britannica, Inc.
Certe specii de bacterii fixatoare de azot pot coexista în mod intim (simbiotic) cu legumele și alte plante, furnizând plantelor azotul necesar (figura 6). În cadrul acestei asocieri simbiotice, bacteriile se înglobează în noduli care cresc pe rădăcinile plantelor, prin intermediul cărora se obține azotul care a fost fixat de către bacteriile rezidente. Cianobacteriile au dezvoltat relații similare cu diverse forme de viață, cum ar fi hepatofloră, cornofloră, cicade și cel puțin un gen de plante cu flori (Gunnera). Relația lor simbiotică cu ciupercile și-a câștigat propria denumire – speciile coexistente se numesc licheni.
(Stânga) Encyclopædia Britannica, Inc.; (dreapta) fotografie, © John Kaprielian, The National Audubon Society Collection/Photo Researchers
Alte microorganisme îndeplinesc sarcini importante care propulsează ciclul azotului. Deși plantele pot asimila amoniacul, precum și nitrații, cea mai mare parte a amoniacului din sol este transformat în nitriți (NO2-) și apoi în nitrați de către anumite bacterii aerobe prin procesul oxidativ de nitrificare. Odată ce azotul a fost asimilat de plante, acesta poate fi transformat în forme organice, cum ar fi aminoacizii și proteinele. Animalele pot utiliza numai azotul organic, pe care îl obțin prin consumul de plante sau de alte animale. Pe măsură ce aceste organisme mor, anumiți microbi, cum ar fi detritivorii, sunt capabili să participe la descompunerea azotului organic în amoniac (amonificare), asigurând o rezervă constantă de amoniac care să fie utilizat în procesul de nitrificare. Deși fixarea azotului atmosferic este o parte esențială a ciclului azotului, amonificarea și nitrificarea sunt metodele predominante prin care azotul organic este împiedicat să se întoarcă în atmosferă și este menținut în ciclu prin biosferă.
O parte din azot se întoarce totuși în atmosferă, deoarece bacteriile denitrificatoare descompun nitrații pentru a obține oxigen, eliberând astfel N2 gazos. De asemenea, azotul se pierde din plante și din sol în mediile terestre prin alte căi, inclusiv prin eroziune, scurgere, volatilizarea amoniacului în atmosferă și leșierea din soluri în lacuri și cursuri de apă. În cele din urmă, o parte din acești nutrienți ajung în oceane, pe măsură ce râurile îi aruncă la suprafața oceanului.