窒素循環(読み)ちっそじゅんかん

日本大百科全書(ニッポニカ)「窒素循環」の解説

窒素循環
ちっそじゅんかん

自然界における窒素は、大気中の分子状窒素をはじめ、硝酸などの無機窒素化合物、タンパク質核酸などの有機窒素化合物など、多種多様な物質として存在する。窒素は、これらの異なった物質に形を変えながら、大気中、生体内、あるいは土壌や水中循環しているわけであり、この現象を窒素循環という。

 窒素は化学的に安定な元素で、分子状の窒素ガスとして空気の約80%を占めている。窒素ガスを直接窒素源として利用できる生物は、ごく限られた種類の細菌、根粒菌、放線菌、藍藻(らんそう)類などにすぎないが、これらは、安定な分子状窒素を他の窒素化合物に変える重要な役割を果たしている。大気中には、少量ではあるが硝酸などの無機窒素化合物が存在し、降雨や塵(ちり)とともに地上に運ばれる。この大部分は地上から放出されたものであるが、一部は大気中で放電や紫外線の作用によって形成されたものである。

 窒素が生物界に取り込まれるおもな入口は緑色植物である。土壌中の硝酸塩やアンモニウム塩のような無機窒素化合物は、植物の根から吸収され、アミノ酸やタンパク質に合成される。植物群落が吸収する無機窒素の量は、群落の種類や環境条件などで異なるが、年間1ヘクタール当り、広葉樹でおおよそ55キログラム、針葉樹で35~45キログラム、耕地で50~90キログラムと推定されている。植物によって同化された窒素の大部分は、枯死体として直接土壌に戻されるが、一部は食物として動物に摂取され、身体の構成や栄養に役だってから、尿素尿酸などの排出物として、あるいは遺体となって土壌に戻される。この量は、森林では吸収される窒素量の80%、耕地では約25%に達するのが普通である。

 土壌に戻された遺体や排出物は、腐敗細菌などの微生物によって次々と段階的に分解され、最終的にはアンモニアや硝酸などの無機物となる。したがって、森林では年間1ヘクタール当り7~11キログラムほどの窒素が窒素固定菌や降雨などによって補給されれば、群落における窒素の平衡が維持される。いわゆる安定な森林とは、この状態をいうわけである。これに対して耕地の場合は、高い生産を維持するために、かなり多量の窒素肥料を補給する必要がある。

 土壌中でのアンモニアは、好気的条件で硝化細菌によって硝酸にまで酸化されるが、嫌気的条件では、硝酸は硝酸呼吸によって還元され、さらに脱窒素細菌によって分子状の窒素に還元されて大気に戻される。

[吉田精一]


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デジタル大辞泉「窒素循環」の解説

ちっそ‐じゅんかん〔‐ジユンクワン〕【窒素循環】

自然界において窒素が巡っている現象。大気中の分子状の窒素が根粒菌・アゾトバクターなどにより硝酸アンモニアとして固定され、これらが緑色植物に吸収されてたんぱく質や核酸の成分となり、動物に摂取されたのち尿あるいは遺体が分解されて再び窒素として大気中に遊離し、これを繰り返すこと。

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ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典「窒素循環」の解説

窒素循環
ちっそじゅんかん
nitrogen cycle

自然界において,さまざまなかたちで行なわれる窒素の循環。窒素は蛋白質核酸に含まれ,地球上の生物に欠かせない。大気の質量の 78%が窒素ガスにあたるが,そのままではほとんどの生物が窒素を利用できず,微生物によって植物が利用できるかたちに変換されることで,最終的にあらゆる生物の生命を支えている。窒素循環の過程は,窒素固定窒素同化(→窒素同化作用),アンモニア化成,硝化脱窒(→脱窒素作用)に分類される。窒素固定とは,窒素ガスを無機窒素化合物に変換するプロセスであり,いくつかの細菌類藍藻類によって行なわれる。少量の窒素ガスは,紫外線といった非生物的な手段や,ハーバー=ボッシュ法によるアンモニアへの変換によって,固定される場合もある。窒素固定により生成された硝酸塩とアンモニアは,藍藻類や高等植物の組織に取り込まれる(窒素同化)。すると動物が藍藻類や植物を食べて,自身の体内に取り込む。生物の死体や排泄物は,微生物によりアンモニア化成というプロセスで分解され,アンモニア(NH3)とアンモニウム塩(NH4+)が生成される(→アンモニア性窒素)。土壌中のアンモニアは,土壌の状態に応じてガス化するか,ほかの窒素化合物に変換される。硝化 nitrificationは硝化細菌が関与するプロセスで,土壌中のアンモニアを硝酸塩(NO3-)に変換する。これにより植物は,硝酸塩を体内に取り込む。さらに硝酸塩は,脱窒素細菌によって脱窒される。脱窒素細菌は水分を多く含む嫌気性土壌で活発に活動し,土壌中の硝酸塩はこの細菌により分解され,窒素ガスとして大気に戻る。(→元素循環

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化学辞典 第2版「窒素循環」の解説

窒素循環
チッソジュンカン
nitrogen cycle

地球上における窒素の循環をいう.大気中に存在する分子状窒素は,窒素固定によってアンモニア,硝酸塩となり,硝酸塩は脱窒により窒素ガスとして大気に還元される.また一方,アンモニアおよび硝酸塩は硝酸同化,窒素同化作用によって有機窒素化合物となり,高等生物のタンパク質,核酸となる.生物の死後,微生物によって酸化的脱アミノ反応を受け,アンモニアとなり大地に還元される.アンモニアは硝化作用によって硝酸塩となる.そのほか,火山活動によって窒素ガスが大気中に放出されたり,火成岩中に含まれる含窒素化合物が水中に浸出する場合がある.以上の純自然系のほかに人工的窒素固定や,その産物の自然界への散布によって,人間による窒素循環の介入があり,環境破壊との相関において注目されつつある.

出典 森北出版「化学辞典(第2版)」化学辞典 第2版について 情報

百科事典マイペディア「窒素循環」の解説

窒素循環【ちっそじゅんかん】

自然界での窒素原子の循環をいう。空気中の窒素は根粒菌,土壌細菌によって固定され,また空中放電で窒素酸化物を生ずる(空中窒素固定)。緑色植物はアンモニア,硝酸の形で窒素を吸収・同化し,タンパク質,核酸などを合成する。これら窒素化合物は食物として動物体に移り,一部は尿素,尿酸などの形で排出される。また,アンモニアや硝酸合成など工業的な遊離窒素固定も行われ,これらも肥料として植物に吸収される。

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