窒素は、タンパク質や核酸、ATP、クロロフィルにふくまれていて、生物の体に欠かせない元素です。
空気の体積の約 78% は窒素です。しかし、植物も動物も、空気中の窒素をそのまま取りこんで使うことはできません。
植物は土にとけたイオンから窒素を取りこみ、動物はほかの生物を食べて窒素を取りこみます。
植物は、土の水にとけている硝酸イオンやアンモニウムイオンを根から吸収し、体の中へ運びます。
硝酸イオンはアンモニウムイオンに変えられ、これをもとにアミノ酸がつくられます。さらにアミノ酸から、タンパク質や核酸、クロロフィルなどがつくられます。
無機物の窒素から、窒素をふくむ有機物をつくるはたらきを窒素同化といいます。動物は、食べた有機物を分解してできたアミノ酸から、自分のタンパク質をつくります。
落ち葉や動物のふん、遺体にふくまれるタンパク質などは、土の中の菌類や細菌などの分解者によって分解され、アンモニウムイオンになります。
アンモニウムイオンは亜硝酸菌のはたらきで亜硝酸イオンに、亜硝酸イオンは硝酸菌のはたらきで硝酸イオンに変わります。
このはたらきを硝化といい、亜硝酸菌と硝酸菌をまとめて硝化菌とよびます。硝酸イオンは、植物がよく吸収する窒素のかたちです。
空気中の窒素からアンモニウムイオンをつくるはたらきを、窒素固定といいます。窒素固定ができる生物は、一部の細菌にかぎられます。
根粒菌は、ダイズやゲンゲなどのマメ科植物の根に入りこみ、根粒をつくります。根粒菌は植物から有機物を受け取り、つくったアンモニウムイオンを植物にわたします。
アゾトバクターやクロストリジウム、ネンジュモも窒素固定を行います。雷の放電や、化学肥料をつくる工場でも、空気中の窒素が取りこまれています。
土の中の硝酸イオンの一部は、脱窒素細菌のはたらきで窒素になり、空気中へもどります。これを脱窒といいます。
窒素は、窒素固定によって生態系に入り、生物と土の間をめぐったあと、脱窒によって空気中へもどります。