Азотный цикл описывает путь элемента азота через природу. Азот необходим для жизни – он содержится в аминокислотах, белках и генетическом материале. Азот также является самым распространенным элементом в атмосфере (~ 78%). Однако газообразный азот необходимо «закрепить» в другой форме, чтобы его могли использовать живые организмы.
Азотная фиксация
Азот может стать “фиксированным” двумя основными способами:
- Фиксация молнией: энергия молнии вызывает азот (N 2 ) и воду (H 2 O) с образованием аммиака (NH 3 ) и нитратов (NO 3 ). Осадки переносят аммиак и нитраты в землю, где они могут усваиваться растениями.
- Биологическая фиксация: Около 90% фиксации азота осуществляется бактериями. Цианобактерии превращают азот в аммиак и аммоний: N 2 + 3 H 2 → 2 NH 3. Аммиак может быть использован растениями напрямую. Аммиак и аммоний могут подвергаться дальнейшей реакции в процессе нитрификации.
Нитрификация
Нитрификация происходит в результате следующих реакций:
2 NH3 + 3 O2 → 2 NO2 + 2 H + + 2 H2O
2 NO2- + O2 → 2 NO3-
Аэробные бактерии используют кислород для преобразования аммиака и аммония. Бактерии Nitrosomonas превращают азот в нитрит (NO2-), а затем Nitrobacter превращают нитрит в нитрат (NO3-). Некоторые бактерии существуют в симбиотических отношениях с растениями (бобовыми и некоторыми видами клубеньков), а растения используют нитраты в качестве питательного вещества. Между тем животные получают азот, поедая растения или животных, питающихся растениями.
Аммонификация
Когда растения и животные умирают, бактерии превращают азотные питательные вещества обратно в соли аммония и аммиак. Этот процесс преобразования называется аммонификацией. Анаэробные бактерии могут превращать аммиак в газообразный азот в процессе денитрификации:
NO3- + CH2O + H + → ½ N2O + CO2 + 1½ H2O
Денитрификация возвращает азот в атмосферу, завершающую цикл.