窒素循環
窒素循環は複数の反応に分けられ(右図)、各反応で窒素は様々な化学的形態をとる(N2, NH4, N2O, NO2, NO3など)。それぞれの化合物に対して生産者と分解者(その物質を代謝できる生物)が存在する。地球における窒素の最大の貯蔵所は大気であり、大気の78%は窒素ガス(N2)である。窒素ガスは極めて不活性な物質であり、そのままではほとんどの生物は利用できない。しかし、一部の生物は窒素固定と呼ばれる能力をもち、このプロセスによって窒素ガスは生物に利用可能な形(アンモニア)に化学的に変換される。固定されたアンモニアはイオン化してアンモニウム(NH4)として通常存在する。窒素固定能力を持つ生物(窒素固定菌)はバクテリアかアーキア(メタン菌)であり、真核生物では知られていない。窒素固定菌は、例えばマメ科植物の根に共生する根粒菌が有名であるが、好気性、嫌気性どちらの生物も知られている。
アンモニウムは亜硝酸菌によって代謝され、亜硝酸塩(NO2)に変化する。亜硝酸塩はさらに硝酸菌に利用されて硝酸塩(NO3)に変化する。