질소순환

단백질과 핵산의 성분인 질소는 지구에 존재하는 생물에게 꼭 필요한 원소이다. 대기의 80％가 질소기체로 구성되어 있지만 대부분은 유기체에 유용하지 않은 형태로 존재한다. 그러나 미생물에 의한 일련의 변환을 통해 질소는 식물에 유용한 형태로 변하고, 궁극적으로 식물은 모든 동물의 생명을 유지시키는 먹이로 사용된다. 순차적으로 일어나지는 않지만 단계를 분류하면 질소고정, 질소동화(窒素同化), 암모니아화 반응, 질산화 반응, 탈질산화 반응 순으로 일어난다.

질소고정은 질소기체가 무기질소화합물로 전환되는 과정으로 90％가량은 특정 세균과 남조류에 의해 일어난다. 적은 양은 무생물적 방법(번개, 자외선 조사, 전기적 방법 등)에 의해 고정되며, 하버-보슈법을 통해 암모니아로 전환된다(→ 하버-보슈법). 질소고정 과정에서 생긴 질산염과 암모니아는 조류(藻類)와 고등식물의 특정 조직 화합물로 동화된다.

이 조류와 식물을 섭취한 동물은 이들 화합물을 자신의 신체 구성 화합물로 전환시킨다. 모든 생물의 잔류물과 노폐물은 미생물에 의해 암모니아화 과정에서 암모니아로 분해된다(산소가 없는 상태에서 역겨운 냄새가 나는 부패물이 생기며 이는 곧 암모니아로 전환됨). 암모니아는 토양에 그대로 남아 있거나 토양의 조건에 따라 다른 질소화합물로 전환될 수 있다.

질산화 반응은 질화세균에 의해 일어나며 토양의 암모니아를 질산염으로 변화시키고, 식물은 이 물질을 자신의 세포조직의 일부로 만든다. 질산염은 또한 탈질소세균에 의해 물질대사가 된다(탈질소세균). 이 세균은 물이 밴 혐기성 토양 속에서 특히 활성이 크다. 이러한 세균의 작용은 토양 내 질산염을 없애고 대기 중에 유리질소를 생기게 한다.