Der Weg des Stickstoffs durch seinen biogeochemischen Kreislauf umfasst den Weg, den er aus der Atmosphäre durch die Fixierung im Boden, die Aufnahme in Tiere und schließlich die Freisetzung zurück in die Atmosphäre zurücklegt. Der biogeochemische Stickstoffkreislauf ist äußerst wichtig für Leben auf der Erde, weil Stickstoff für alle wichtigen biologischen Moleküle benötigt wird, einschließlich Aminosäuren, DNA und RNA.
Der Stickstoffkreislauf umfasst vier Hauptprozesse: Stickstofffixierung, Nitrifikation, Denitrifikation und Ammonifikation.
Die Stickstofffixierung ist ein wesentlicher Prozess, der von Bakterien oder Archaeen, den sogenannten Diazotrophen, durchgeführt wird, die entweder alleine im Boden oder in den Wurzelknoten von Pflanzen, hauptsächlich Hülsenfrüchten, leben können. Die Diazotrophen haben ein spezifisches Enzym namens Nitrogenase, das eine Reaktion zwischen atmosphärischem Stickstoff und Wasserstoffmolekülen zu Ammoniak ermöglichen kann. Ammoniak kann von Pflanzen aufgenommen und verwendet werden, um die für das Leben notwendigen biologischen Moleküle zu erzeugen.
Die Nitrifikation wird von verschiedenen Bakterienarten durchgeführt, die das Ammoniak in Nitrite und Nitrate umwandeln können. Die Umwandlung von Nitriten in Nitrate ist wichtig, da zu viel Nitrit im Boden das Pflanzenleben schädigt. Ähnlich wie Ammoniak werden Nitrate von Pflanzen aufgenommen und in biologische Moleküle eingebaut.
Die Denitrifikation wird von einigen Bakterienarten durchgeführt. Dies führt zur Reduktion des Stickstoffs in Nitraten zurück zu Stickstoffgas, das in die Atmosphäre freigesetzt wird.
Ammonifikation tritt auf, wenn verwesende Pflanzen und Tiere abgebaut werden. Der Stickstoff wird wieder in Ammonium umgewandelt und kann dann als Ammoniak wieder in den Stickstoffkreislauf eintreten.
