يعتبر النيتروجين بأنه من أهم العناصر الموجودة على الأرض، وهو من أهم العناصر الغذائية التي تأخذها الكائنات الحية، كما أن النيتروجين هو المكون الرئيسي الموجود في الهواء الذي نتنفسه، ولكن في هذا الشكل لا يمكن الوصول إليه من قبل غالبية الكائنات الحية.
يتكون ما يقرب من 78٪ من الغلاف الجوي من هذا الغاز عديم اللون والرائحة وغير السام، وبشكل عام لا يمكن للنباتات استخدام غاز النيتروجين بشكل مباشر، وبالتالي يجب تحويله إلى مركب نترات بواسطة بكتيريا تعمل على تثبيت النيتروجين في التربة، وتُعرف العملية التي يصبح من خلالها هذا العنصر متاحًا للكائنات الحية لامتصاصه باسم دورة النيتروجين.
يوجد النيتروجين في شكلين رئيسيين في الغلاف الجوي: أولها N2 وهو جزيء يتكون من ذرتين من النيتروجين، ولا يمكن الوصول إلى هذا التنسيق بالنسبة لغالبية الكائنات الحية على الأرض، مما يجعله موردًا قيمًا ونادرًا للغاية ويمكن أن يمنع العديد من النظم البيئية من النمو، والشكل الآخر هو NH3 وهو جزيء يشتمل على ذرة نيتروجين وثلاث ذرات هيدروجين والذي يُعرف أكثر باسم الأمونيا.
هناك العديد من الاختلافات الأخرى للنيتروجين الموجودة في العالم سواء كانت من صنع الإنسان أو عضوية، ولهذا السبب يعد النيتروجين عنصرًا متعدد الاستخدامات، ويشهد العديد من التغييرات خلال دورة النيتروجين، حيث تعتمد غالبية التغييرات التي يمر بها النيتروجين في هذه الدورة على سبيل المثال على النترجة والتحليل ونزع النتروجين والتثبيت، وتكون في الغالب على الكائنات الحية الصغيرة مثل البكتيريا والفطريات.
هي عبارة عن دورة متكررة من العمليات التي يتحرك خلالها النيتروجين عبر الكائنات الحية وغير الحية مثل الغلاف الجوي والتربة والماء والنباتات والحيوانات والبكتيريا، ومن أجل التحرك خلال الأجزاء المختلفة من الدورة يجب أن يغير النيتروجين أشكاله، حيث يوجد النيتروجين في الغلاف الجوي كغاز (N2 )، ولكنه موجود في التربة كأكسيد النيتروجين (NO)، وعند استخدامه كسماد يمكن العثور عليه في أشكال أخرى مثل الأمونيا (NH3).
تنقسم دورة النيتروجين إلى خمس عمليات رئيسية، وهذه العمليات هي تثبيت النيتروجين والاستيعاب والتموين والنترة ونزع النتروجين، وكل من هذه تلعب دورًا مهمًا في حركة النيتروجين عبر النظم البيئية المختلفة على الأرض، ولفهم هذه العمليات تتبع النقاط التالية:
مثل معظم الدورات والعمليات الطبيعية الأخرى تتعطل دورة النيتروجين بشدة بسبب النشاط البشري، حيث يؤدي استخدام بعض الأسمدة القائمة على النيتروجين وحرق الوقود الأحفوري إلى زيادة كمية النيتروجين القابل للاستخدام بيولوجيًا الموجود عادةً في النظام البيئي في أي وقت، وغالبًا ما يكون هذا النيتروجين عاملاً مقيدًا مهمًا للنظم البيئية، وبالتالي فإن النشاط البشري الذي يزيد من تثبيت النيتروجين في نيتروجين قابل للاستخدام له تأثير عميق على نمو النظم البيئية في جميع أنحاء العالم.
يمكن للكثير من النيتروجين أن يسمم بالفعل العديد من النظم البيئية، مما قد يؤدي إلى اختلال التوازن في العناصر الغذائية الموجودة في النباتات والأشجار، مما له تأثير عميق ليس فقط على دورة النيتروجين والنظام البيئي ولكن أيضًا على دورة الكربون.
وبالمثل فإن الوفرة المفرطة للنيتروجين الثابت الموجود في التربة يمكن أن تتسبب في تسرب النترات إلى النظم البيئية القائمة على الماء، وكذلك إيجاد طريقها إلى مياه الشرب للإنسان والحيوان على حد سواء، كما يمكن أن تؤدي الزيادة في النيتروجين إلى انخفاض مستويات الأكسجين في الماء، مما يتسبب في موت النباتات والحيوانات على حد سواء، ويمكن أن يحفز نمو الطحالب الضارة، ويمكن أن يغير بشكل كبير توازن النظام البيئي ككل.