窒素循環
窒素循環とは、自然界に存在する窒素が、生物が利用する様々な形態に変化する方法のことです。
空気は約78％が窒素です。窒素の化学物質は生命に必要です。窒素は、タンパク質、DNA、RNAに必要なものです。植物では、光合成や成長に窒素が必要です。しかし、生物は空気中の元素窒素をこれらのために使うことができません。空気中の窒素（N2）を生物が利用できる形に変えるために必要なのが窒素固定です。窒素の固定は、ほとんどがバクテリアと呼ばれる微生物によって行われています。これらの細菌は、N2と水素ガス（H2）を組み合わせてアンモニア（NH3）を作る酵素を持っています。
これらの細菌のいくつかは、植物（主にマメ科植物）の根に住んでいます。これらの根の中で、彼らは植物のためにアンモニアを作り、植物は彼らに炭水化物を与える。他の植物は、根を通して土壌から窒素化合物を取り出します。動物の窒素はすべて植物を食べることから来ています。
土壌中のアンモニウム（NH4）は、死んだ生物をその部分に分解する窒素固定細菌や分解者、細菌や菌類によって作られます。この過程をアンモニウム化といいます。アンモニウムは正の電荷を持っています。土の中の粘土や腐葉土と容易に結合します。アンモニアやアンモニウムは魚などの動物には毒になります。そのため、下水などの排水は定期的に測定されます。アンモニアの濃度が高すぎると硝化が起こらなければならない。
硝化とは、アンモニアとアンモニウムが細菌によって亜硝酸塩（NO2-）に酸化され、硝酸塩（NO3-）になることです。亜硝酸塩と硝酸塩はマイナスの電荷を持っているため、土壌と容易に結合せず、雨や灌漑の際に土壌から洗い流されてしまいます。飲料水に含まれる硝酸塩濃度が高いと、赤ちゃんにとって有害であり、ブルーベビー症候群を引き起こす可能性があります。また、硝酸塩濃度が高いと、湖やプールで藻類が増えすぎてしまうこともあります。この富栄養化は、魚や他の水生動物にとって有害です。そのため、肥料の使用は抑制されています。
酸素がないところでは、一部のバクテリアが硝酸塩を窒素ガス（N2）にしてエネルギーを取り出します。これにより、再び窒素の循環が始まります。このプロセスを脱窒といいます。
窒素循環
質問と回答
Q: 窒素サイクルとは何ですか?
A:窒素循環とは、自然界に存在する窒素が、生物に利用できるさまざまな形に変化する過程のことです。
Q: 空気はどれくらいの割合で窒素が含まれているのですか?
A:空気は約78％が窒素で構成されています。
Q: 窒素は生物にとってどのような役割を担っていますか?
A:タンパク質、DNA、RNA、植物の光合成や生育に重要な役割を果たしています。
Q:元素状窒素はどのようにして生命に利用できるようになるのですか?
A:元素状窒素は、窒素固定と呼ばれるプロセスを経て、生命に利用可能な形に変換されます。このプロセスには、窒素を水素ガス（H2）と結合させてアンモニア（NH3）を作る酵素を持つバクテリアが関与しているのが一般的です。
Q: 植物はどのようにして必要な窒素を得るのですか?
A:植物は、根の中にいるバクテリアか、根を通して土壌から取り出した化合物から、必要な窒素を摂取します。すべての動物は植物を食べることで窒素を摂取しています。
Q: アンモニウム濃度が高くなると、どのようなプロセスが起こるのでしょうか?
A: アンモニウム濃度が高すぎると、バクテリアによってアンモニアとアンモニウムが亜硝酸（NO2-）に、さらに硝酸（NO3-）に酸化される硝化というプロセスが起こらなければなりません。硝酸塩の濃度が高いと、飲料水に含まれる場合はブルーベイビー症候群の原因となり、湖やプールに含まれる場合は藻の繁殖が激しくなることがあります。
Q: 脱窒はどのようにしてサイクルをやり直すのですか?
A 脱窒は、バクテリアが硝酸塩を窒素ガス（N2）に変換し、その過程でエネルギーを放出し、サイクルをやり直すことで起こります。
