วัฏจักรไนโตรเจน

วัฏจักรไนโตรเจน () คือ วัฏจักรทางชีวธรณีเคมี ซึ่งอธิบายถึงการแปลงสภาพของไนโตรเจนและสารประกอบที่มีไนโตรเจนเป็นส่วนประกอบในธรรมชาติ

หลักการแปลงสภาพพื้นฐาน. 
แหล่งกำเนิดหลักของไนโตรเจนนั้นมาจากอากาศ ซึ่งอยู่ในรูปของ N2 ในอากาศอยู่ประมาณ 78% ก๊าซไนโตรเจนนี้คือส่วนสำคัญในกระบวนการทางชีววิทยาหลายกระบวนการ เช่นการที่ไนโตรเจนเป็นส่วนประกอบในกรดอะมิโน (ที่จริงแล้วคำว่า "อะมิโน" มาจากก๊าซซึ่งมีไนโตรเจนประกอบเป็นองค์ประกอบส่วนใหญ่) , เป็นองค์ประกอบในโปรตีน และเป็นสารหลักๆ ในสารทั้ง 4 ที่อยู่ในกรดนิวคลีอิกต่างๆ เช่น DNA วัฏจักรไนโตรเจนเป็นส่วนที่จำเป็นในการแปลงสภาพจากไนโตรเจนในรูปของก๊าซไปสู่รูปแบบสารที่สิ่งมีชีวิตสามารถนำไปใช้ได้

สิ่งมีชีวิตทุกชนิดต้องการไนโตรเจนในรูปแบบต่างๆกัน แต่มีสิ่งมีชีวิตไม่กี่ชนิดเท่านั้นที่ตรึงก๊าซไนโตรเจนจากบรรยากาศมาใช้ได้

การตรึงไนโตรเจน

สิ่งมีชีวิตที่ตรึงไนโตรเจนได้ 
สิ่งมีชีวิตที่ตรึงไนโตรเจนได้มี 2 กลุ่มใหญ่ๆคือ
 จุลินทรีย์ที่ตรึงไนโตรเจนได้อย่างเป็นอิสระ ในดินจะเป็นกิจกรรมของจุลินทรีย์ เช่น Azotobactor, Beijerinckia, Pseudomonas, Rlebsiella และแอกติโนมัยสีตบางตัว โดยทั่วไปอัตราการตรึงไนโตรเจนจะต่ำ เว้นแต่เมื่อเข้าไปอยู่ในไรโซสเฟียร์และได้รับสารอินทรีย์จากรากพืช อัตราการตรึงไนโตรเจนจะสูงขึ้น ในน้ำจะเป็นกิจกรรมของสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน เช่น Anabeana, Nostoc, Aphanizomehon,Gloeotrichia, Calothrix 
 จุลินทรีย์ที่ตรึงไนโตรเจนเมื่ออยู่ร่วมกับสิ่งมีชีวิตอื่น มีหลายกลุ่มได้แก่ 
 แบคทีเรีย Frankia เป็นการเกิดปมระหว่าง Actinorhizea (Frankia) กับพืชใบเลี้ยงคู่ที่ไม่ใช่พืชตระกูลถั่ว ส่วนใหญ่เป็นไม้พุ่มหรือไม้ยืนต้น พบในเขตอบอุ่น แต่ก็มีหลายชนิดพบในเขตร้อนด้วย เช่น Purshia tridenta ซึ่งเป็นพืชเศรษฐกิจในแอฟริกา หรือสนประดิพัทธ์และสนทะเล (สกุล Casuarina) ที่ปลูกได้ในประเทศไทย Frankia เป็นแบคทีเรียที่พบในปมของพืชที่ไม่ใช่พืชตระกูลถั่ว เป็นสกุลที่มีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกับแอกติโนมัยสีท แบ่งได้เป็นกลุ่มที่สร้างสปอแรงเจียภายในปม ซึ่งเจริญได้ช้า ตรึงไนโตรเจนได้น้อย คัดแยกให้บริสุทธิ์ได้ยาก กับกลุ่มที่ไม่สร้างสปอแรงเจีย ที่เจริญได้เร็วกว่า
 สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินที่อยู่ร่วมกับพืช ที่สำคัญคือ Anabeana ที่อยู่ร่วมกับแหนแดง และ Nostoc ซึ่งอยู่ร่วมกับปรง และไลเคน อย่างไรก็ตาม สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินมีแหล่งอาศัยที่หลากหลายกว่าระบบการตรึงไนโตรเจนอื่นๆ และที่น่าสังเกตคือในขณะที่ไรโซเบียมและ Frankia อยู่ร่วมกับพืชชั้นสูง แต่สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินจะอยู่ร่วมกับพืชที่มีวิวัฒนาการต่ำกว่า เช่น ไลเคน ลิเวอร์เวิร์ต เฟิน จิมโนเสปิร์ม เป็นต้น
 ไรโซเบียมที่อยู่ในปมของพืชตระกูลถั่ว เป็นระบบที่มีประสิทธิภาพมากเมื่อเทียบกับระบบอื่นๆ

การเปลี่ยนรูปของไนโตรเจนหลังการตรึง 
เมื่อก๊าซไนโตรเจนถูกตรึงโดยสิ่งมีชีวิต จะอยู่ในรูปแอมโมเนียมอิออน ส่วนหนึ่งจะนำไปใช้ในกระบวนการสร้างสารอินทรีย์ ส่วนหนึ่งจะถูกเปลี่ยนเป็นไนไตรท์ และไนเตรต โดยแบคทีเรีย Nitrosomonas และ Nitrobactor ตามลำดับ กระบวนการนี้เรียกว่าไนตริฟิเคชัน ในขณะที่ไนโตรเจนที่อยู่ในสารอินทรีย์เมื่อถูกย่อยสลายจะได้แอมโมเนียมอิออนเช่นเดียวกัน

การเปลี่ยนแอมโมเนียมอิออนไปเป็นไนเตรตอิออนมีผลต่อการเคลื่อนย้ายของไนโตรเจนในดิน เพราะไนเตรตอิออนละลายน้ำได้ดีถูกดูดซับโดยอนุภาคของดินได้น้อย จึงถูกชะและพัดพาไปโดยกระแสน้ำได้ง่าย นอกจากนั้น ไนเตรตอิออนส่วนหนึ่งจะถูกใช้โดย Denitrifying bacteria ได้เป็นก๊าซไนโตรเจนซึ่งจะระเหยออกจากดินกลับสู่ชั้นบรรยากาศในที่สุด

อ้างอิง 

การเลี้ยงปลา
นิเวศวิทยา
ปฐพีศาสตร์
การเผาผลาญไนโตรเจน
เมแทบอลิซึม