窒素循環は、窒素が大気、陸域、海洋の生態系の間を循環する際に、窒素がさまざまな化学形態に変換される生物地球化学的循環です。窒素変換は、生物学的または物理的プロセスを通じて行うことができます。
窒素循環の重要なプロセスには、硝化、脱窒、固定、およびアンモニア化が含まれます。地球の大気の大部分は窒素です。 78% を占め、主要な窒素源となっています。ただし、大気中の窒素は、生物学的用途に利用できる量が限られています。これにより、多くの種類の生態系で使用可能な窒素が不足します。
窒素の利用可能性は、分解や一次生産などの重要な生態系プロセスの速度に影響を与える可能性があるため、窒素循環は生態学者にとって非常に興味深いものです。化石燃料の燃焼、人工窒素肥料の使用、廃水中の窒素の放出などの人間の活動により、地球規模の窒素循環が大きく変化しました。地球規模の窒素循環の人間による改変は、自然環境のシステムと人間の健康に悪影響を及ぼす可能性があります。
窒素循環プロセス
窒素は、有機窒素、亜硝酸塩 (NO - 2 )、アンモニウム (NH 4 + )、亜酸化窒素 (N 2 O)、硝酸塩 (NO 3 )、無機窒素ガス (N 2 ) または一酸化窒素 (NO)。
有機窒素は、腐植、生物、または有機物の分解の中間生成物の形をとることができます。窒素循環プロセスは、窒素をある形態から別の形態に変換することです。これらのプロセスの多くは、窒素を蓄積したりエネルギーを収穫したりするために、微生物によって行われます。例えば、動物の尿に含まれる窒素廃棄物は、土壌中の硝化バクテリアによって分解され、植物に利用されます。
窒素固定
工業的、生物学的および大気プロセスによる窒素ガスの亜硝酸塩および硝酸塩への変換は、窒素固定として知られています。大気中の窒素は、植物が吸収できるように（固定）、または使用可能な形に加工する必要があります。固定は落雷によって行うことができますが、そのほとんどはジアゾ栄養菌と呼ばれる自由生活または共生細菌によって行われます.ほとんどの生物学的窒素固定は、さまざまな細菌や一部の古細菌に見られる Mo-ニトロゲナーゼの活性によって行われます。自由生活性バクテリアの例はアゾトバクターです。リゾビウムのような共生窒素固定細菌は、通常、エンドウ豆やアルファルファなどのマメ科植物の根粒に住んでいます。次に、それらは植物と相利共生関係を形成し、炭水化物と引き換えにアンモニアを生成します.
同化
植物は、根毛を通して土壌からアンモニウムまたは硝酸塩を吸収することがあります。硝酸塩が吸収されると、最初に亜硝酸イオンに還元され、次にアンモニウムイオンに還元され、クロロフィル、アミノ酸、核酸に取り込まれます。
アンモニア化
動物や植物が死ぬか、動物が老廃物を排泄するとき、窒素の最初の形態は有機物です。菌類またはバクテリアは、残骸中の有機窒素をアンモニウム (NH 4 + ) に変換します。このプロセスは、無機化またはアンモニア化として知られています。関連する酵素には、Gln 合成酵素や Glu デヒドロゲナーゼなどがあります。
硝化
アンモニウムから硝酸塩への変換は、土壌に生息するバクテリアやその他の硝化バクテリアによって行われます。ニトロソモナス種のような細菌は、硝化の第一段階であるアンモニウムの酸化を行います。これにより、アンモニアが亜硝酸塩に変換されます。 Nitrobacter のような他の細菌種は、亜硝酸塩 (NO 2 ) を硝酸塩 (NO - 3 ) に酸化します。
脱窒
脱窒とは、硝酸塩を還元して窒素ガスに戻すことです。これで窒素循環が完了します。このプロセスは、嫌気性条件下で、パラコッカスやシュードモナスなどの細菌種によって行われます。
その他のプロセス
窒素固定は、ほとんどの生態系で植物が利用できる窒素の主な供給源であるにもかかわらず、窒素が豊富な岩盤がある地域では、この岩石の分解も窒素源として機能します。
