Nitrogen Cycle Basics

Nitrogen Cycle

The nitrogen cycle is the process by which nitrogen is converted between its various forms in the environment.

Nitrogen Forms

• N2 (Nitrogen gas): atmospheric nitrogen, makes up 78% of the air
• NH3 (Ammonia): a toxic compound, found in soil and water
• NO2 (Nitrite): a toxic compound, found in soil and water
• NO3 (Nitrate): a nutrient for plants, found in soil and water

Steps of the Nitrogen Cycle

1. Nitrogen Fixation: conversion of N2 to NH3 or NO3, occurs through:
   • Lightning: natural process, accounts for 5-10%
   • Legume symbiosis: bacteria in legume roots, accounts for 10-15%
   • Industrial fixation: Haber-Bosch process, accounts for 50-60%
2. Ammonification: conversion of organic matter to NH3, occurs through:
   • Decomposition: breakdown of organic matter by microorganisms
3. Nitrification: conversion of NH3 to NO2 and then NO3, occurs through:
   • Microorganisms: nitrifying bacteria, such as Nitrosomonas and Nitrobacter
4. Denitrification: conversion of NO3 back to N2, occurs through:
   • Microorganisms: denitrifying bacteria, such as Pseudomonas and Bacillus
5. Assimilation: uptake of NO3 by plants and conversion to organic nitrogen compounds
6. Ammonium immobilization: uptake of NH3 by microorganisms and conversion to organic nitrogen compounds

Human Impact on the Nitrogen Cycle

• Excess nitrogen: from industrial fixation, fertilizers, and animal waste, leading to:
  • Eutrophication: excessive algal growth in water bodies, depleting oxygen
  • Air pollution: formation of ground-level ozone and smog
  • Soil acidification: decreased soil pH, affecting plant growth and microbial activity

Azot Döngüsü

Azot Formları

• N2 (Azot Gazı): atmosferik azot, havanın %78'ini oluşturur
• NH3 (Amonya): toksik bir bileşik, toprak ve suda bulunur
• NO2 (Nitrit): toksik bir bileşik, toprak ve suda bulunur
• NO3 (Nitrât): bitkiler için bir besin, toprak ve suda bulunur

Azot Döngüsü Adımları

• Azot Fiksasyonu: N2'nin NH3 veya NO3'e dönüştürülmesi, aşağıdaki yollarla gerçekleşir:
  • Şimşek: doğal bir süreç, %5-10'unu oluşturur
  • Legüm Sentezi: bakteri tarafından legüm köklerinde, %10-15'inu oluşturur
  • Endüstriyel Fiksasyon: Haber-Bosch süreci, %50-60'nını oluşturur
• Amonifikasyon: organik maddenin NH3'e dönüştürülmesi, aşağıdaki yollarla gerçekleşir:
  • Çözülme: mikroorganizmalar tarafından organik maddenin parçalanması
• Nitrifikasyon: NH3'ün NO2 ve ardından NO3'e dönüştürülmesi, aşağıdaki yollarla gerçekleşir:
  • Mikroorganizmalar: nitriifying bakterileri, örn. Nitrosomonas ve Nitrobacter
• Denitrifikasyon: NO3'ün N2'ye dönüştürülmesi, aşağıdaki yollarla gerçekleşir:
  • Mikroorganizmalar: denitrifying bakterileri, örn. Pseudomonas ve Bacillus
• Asimilasyon: bitkilerin NO3'ü alması ve organik azot bileşiklerine dönüştürülmesi
• Amonyum Immobilizasyonu: mikroorganizmaların NH3'ü alması ve organik azot bileşiklerine dönüştürülmesi

İnsan Etkisi Azot Döngüsü Üzerinde

• Fazla Azot: endüstriyel fiksasyon, gübreler ve hayvan atıklarından kaynaklanan, aşağıdaki sonuçları doğurur:
  • Ötrofikasyon: su bünyelerinde aşırı algal büyüme, oksijeni azaltır
  • Hava Kirliliği: yer seviyesindeki ozon ve sis oluşumu
  • Toprak Asitleşmesi: toprak pH'sinin azalması, bitki büyümesi ve mikrobiyal aktiviteyi etkiler