El nitrógeno (N2) es un elemento básico en la fabricación de proteínas, ácidos nucleicos, fosfolípidos y carbohidratos; así como también es el gas más abundante de la atmósfera (78%). Sin embargo, los seres vivos no lo podemos asimilar directamente. Por ello, necesita ser trasformado mediante el ciclo del nitrógeno o ciclo biogeoquímico del nitrógeno, el cual os explicamos aquí en qué cosiste, cuáles son sus pasos o etapas, y su importancia, junto a varios esquemas e imágenes del ciclo del nitrógeno resumen.
¿Qué es el ciclo del nitrógeno o ciclo biogeoquímico del nitrógeno? Definición
El ciclo del nitrógeno es el proceso biogeoquímico mediante el cual el nitrógeno (N2) se transforma y circula entre atmósfera, suelo, agua y seres vivos.
Así pues, a través del ciclo del nitrógeno o ciclo biogeoquímico del nitrógeno, este elemento, que es muy importante, abundante en la atmósfera, pero no asimilable directamente, se recicla en la naturaleza y se pone a disposición de los seres vivos, mediante un conjunto de transformaciones químicas y procesos biológicos y abióticos.
¿Dónde ocurre el ciclo del nitrógeno?
Como veremos, el ciclo del nitrógeno ocurre de forma continua y simultánea en la atmósfera, el suelo, el agua y los seres vivos, impulsado principalmente por microorganismos del suelo.
Cuáles son las etapas del ciclo del nitrógeno (resumen)
El ciclo nitrógeno es algo complejo, pero aquí te resumimos brevemente sus etapas:
1. Fijación del nitrógeno atmosférico:
El nitrógeno de la atmósfera (N2) pasa al suelo en forma de amonio y amoníaco o de óxidos de nitrógeno.
2. Nitrificación:
El amonio y el amoníaco son transformados en nitritos y nitratos.
3. Asimilación:
Los nitratos son tomados (asimilados) por las plantas y luego por los animales. Cuando son excretados pasan de nuevo al suelo.
4. Amonificación:
La descomposición de los excrementos y de cadáveres libera el nitrógeno en forma de amoníaco (NH3) o amonio (NH4+).
5. Desnitrificación:
Nitratos son degradados en el suelo y se libera nitrógeno gaseoso de vuelta a la atmósfera.
Esquema del ciclo del nitrógeno y resumen del ciclo
En Internet es posible conseguir el ciclo del nitrógeno en PDF o esquemas del ciclo biogeoquímico del nitrógeno, pero aquí os presentamos una explicación resumida del ciclo biogeoquímico del nitrógeno acompañada de un dibujo o esquema del ciclo del nitrógeno claro, que permite comprender visualmente las distintas etapas y transformaciones del nitrógeno en la naturaleza.
Según este esquema y a modo de ciclo del nitrógeno resumen, en primer lugar, tiene lugar la fijación biológica del nitrógeno mediante bacterias fijadoras. Dado que la mayoría de los seres vivos no pueden utilizar el nitrógeno atmosférico, es necesario que el nitrógeno esté presente en los minerales del suelo o del agua, el cual llega hasta ahí a través de este proceso (principalmente).
Después de la fijación, tiene lugar la nitrificación a través de bacterias, para obtener nitritos y nitratos ya asimilables por las plantas y animales.
Además, las descargas eléctricas oxidan el nitrógeno y pueden dar lugar también a nitratos en el suelo directamente.
Tras la asimilación en la cadena trófica, el nitrógeno de los animales muertos y de la materia orgánica es liberado por los descomponedores, y finalmente, es transformado por bacterias desnitrificantes de nuevo en nitrógeno gaseoso que vuelve a la atmósfera, cerrando así el ciclo.
Asimismo, como vemos, en el ciclo de nitrógeno tienen lugar las siguientes transformaciones químicas o proceso del nitrógeno:
- Obtención de amonio (NH₄⁺) y amoníaco (NH3): El nitrógeno gaseoso atmosférico (N2) pasa a amonio o amoníaco por acción de bacterias fijadoras.
- Nitritos (NO₂⁻): El amonio y el amoníaco son oxidados a nitritos por bacterias nitrosantes durante la nitrificación.
- Nitratos (NO₃⁻): Los nitritos son transformados en nitratos, que son la principal forma de nitrógeno asimilada por las plantas.
- Liberación de Amonio (NH₄⁺) y amoníaco (NH3): El nitrógeno es liberado en forma de amonio o amoníaco durante la descomposición de la materia orgánica, después de morir los animales.
- Nitrógeno gaseoso (N2): bacterias desnitrificantes en ausencia de oxígeno en el suelo, degradan nitratos y liberan nitrógeno gaseoso de vuelta a la atmósfera.
Etapas del ciclo del nitrógeno proceso completo
Ahora sí vamos a ver en detalle las fases del ciclo del nitrógeno o ciclo del nitrógeno pasos.
1. Fijación del nitrógeno:
La fijación del nitrógeno atmosférico puede ocurrir de forma abiótica (sin intervención de los seres vivos) o biótica (a través de los organismos vivos):
Fijación del nitrógeno abiótica:
En la fijación de nitrógeno abiótica, el nitrógeno atmosférico se convierte en óxidos de nitrógeno por la acción de rayos eléctricos de las tormentas, lo que facilita su incorporación directa a los suelos.
Fijación del nitrógeno biótica:
El nitrógeno también entra en el ciclo de la vida a través de la fijación biológica de nitrógeno en la que bacterias que fijan el nitrógeno atmosférico lo incorporan en sus macromoléculas, convirtiendo el nitrógeno gaseoso (N2) a amonio (NH4) y amoníaco (NH3).
Estas bacterias, algas y hongos, denominados en su conjunto organismos diazótrofos, pueden vivir libremente en el suelo o agua, como las bacterias pertenecientes a los géneros Azotobacter, Klebsiella y algunas cianobacterias; o ser simbiontes de plantas, como las bacterias del género Rhizobium que viven en nódulos de las raíces de leguminosas y algunas plantas leñosas, los hongos Frankia, o los helechos acuáticos Azolla que albergan cianobacterias.
2. Nitrificación:
A continuación, el amonio y el amoníaco son oxidados y transformados en nitritos (NO2–) (nitritación) por bacterias nitrosantes, como las Nitrosomonas. Este proceso, genera energía que es liberada y utilizada por estas bacterias como fuente de energía primaria.
Y luego, seguidamente, estos nitritos se transforman en nitratos (NO3–) (nitratación), por acción de las bacterias nitrificantes, como las Nitrobacter.
3. Asimilación:
Los nitratos son el compuesto nitrogenado que los vegetales absorben a través de las raíces. Dentro de las células vegetales, el nitrato se transforma en amonio y es utilizado en la síntesis de aminoácidos, ácidos nucleicos y clorofila.
Los aminoácidos forman parte de las proteínas, que luego son consumidas por los animales herbívoros, y después por otros consumidores secundarios que incorporan así el nitrógeno a su sistema. Finalmente, este es excretado como desecho, en la urea u orina, regresando al suelo.
4. Amonificación:
La descomposición de los excrementos anteriores y de los tejidos animales y vegetales muertos por bacterias y hongos, libera el nitrógeno en forma de amoníaco (NH3) o amonio (NH4+), los cuales quedan de nuevo disponibles para los procesos de nitrificación y asimilación.
5. Desnitrificación:
Por último, bacterias desnitrificantes, como Pseudomonas y Clostridium, en ausencia de oxígeno en el suelo, degradan nitratos y liberan nitrógeno gaseoso de vuelta a la atmósfera, con el fin de utilizar el oxígeno del nitrato (NO3) para su propia respiración.
Cabe indicar que la desnitrificación es empleada en los procesos técnicos de depuración controlada de aguas residuales, para eliminar el nitrato, cuya presencia favorece la eutrofización y reduce la potabilidad del agua, porque se reduce a nitrito por la flora intestinal y este es cancerígeno.
A continuación, en esta tabla tenéis ciclo del nitrógeno etapas resumidas:
| Etapa | Qué ocurre | Quién lo realiza | Resultado principal |
|---|---|---|---|
| Fijación del nitrógeno | El nitrógeno atmosférico (N₂) se transforma en formas reactivas como amonio (NH₄⁺) o amoníaco (NH₃) | Bacterias fijadoras, cianobacterias y descargas eléctricas | El nitrógeno pasa de la atmósfera al suelo |
| Nitrificación | El amonio y el amoníaco se oxidan primero a nitritos (NO₂⁻) y después a nitratos (NO₃⁻) | Bacterias nitrificantes del suelo | Se producen nitratos asimilables por las plantas |
| Asimilación | Las plantas absorben nitratos o amonio y los utilizan para formar aminoácidos, proteínas y ácidos nucleicos | Plantas y posteriormente animales en la cadena trófica | El nitrógeno se incorpora a los seres vivos |
| Amonificación | La descomposición de restos orgánicos, excrementos y cadáveres libera nitrógeno en forma de amonio o amoníaco | Bacterias y hongos descomponedores | El nitrógeno vuelve al suelo en forma utilizable |
| Desnitrificación | Los nitratos se transforman de nuevo en nitrógeno gaseoso (N₂) | Bacterias desnitrificantes en condiciones anaerobias | El nitrógeno regresa a la atmósfera y se cierra el ciclo |
En conjunto, estas cinco etapas permiten que el nitrógeno circule continuamente entre los distintos compartimentos del ecosistema.
¿Cómo funciona el ciclo del nitrógeno en la naturaleza? Explicación del ciclo biogeoquímico del nitrógeno
En la naturaleza, el ciclo del nitrógeno puede ser un poco complicado. Para daros una explicación del ciclo biogeoquímico del nitrógeno más detallada, vamos a subdividirlo en los diferentes espacios o medios en los que este tiene lugar:
Ciclo del nitrógeno en la atmósfera
Como hemos dicho, el nitrógeno entra en el ciclo de la vida a través de bacterias que fijan el nitrógeno atmosférico. Sin embargo, existen otros componentes atmosféricos nitrogenados como el amoníaco (NH3), procedente de emanaciones volcánicas o de la putrefacción de organismos vivos al finalizar el ciclo, y los óxidos de nitrógeno (NO, N2O y NO2), que se forman durante tormentas eléctricas o erupciones volcánicas. Estos compuestos reaccionan con el agua formando ácido nítrico que cae con la lluvia y da lugar a más nitratos asimilables por las plantas.
Cabe indicar que, gracias a la fijación del nitrógeno y a la desnitrificación, se mantiene un importante depósito de nitrógeno en la atmósfera, donde representa el 78% en volumen.
Ciclo del nitrógeno en el suelo
En el suelo, el nitrógeno es transformado continuamente por microorganismos, plantas y descomponedores, siendo un factor limitante para el crecimiento vegetal.
Así pues, primeramente, las bacterias fijadoras de nitrógeno convierten el nitrógeno atmosférico en amonio y amoníaco. Luego, las nitrosantes transforman estos a nitritos, los cuales son pasados a nitratos por bacterias nitrificantes; y las bacterias desnitrificantes degradan estos de nuevo a nitrógenos gaseoso. Además, en la descomposición de materia orgánica se libera nitrógeno en forma de amoníaco (NH3) o amonio (NH4+). También la orina y los excrementos de los animales son ricos en amoníaco (NH3), que puede ser transformado por otras bacterias en nitratos asimilables.
Asimismo, cabe señalar que el amonio y el nitrato son sustancias muy solubles, por lo que pueden ser arrastradas por la escorrentía y la infiltración. Sin la desnitrificación, todo el nitrógeno acabaría disuelto en el mar.
Ciclo del nitrógeno en los seres vivos
El nitrógeno entra en el ciclo de la vida a través de bacterias fijadoras que lo incorporan en sus macromoléculas aprovechables por las plantas. Tras su asimilación, el nitrógeno se transmite a los seres vivos superiores mediante la cadena trófica y, posteriormente, vuelve al suelo a través de excretas y restos orgánicos.
Ciclo del nitrógeno en el agua
El ciclo del nitrógeno en el agua es similar al terrestre. Las algas cianobacterias, bacterias y arqueas marinas realizan los procesos de fijación y transformación. Después de pasar por la cadena trófica acuática, el nitrógeno es convertido en nitrito y nitrato, los cuales se transforman nuevamente en nitrógeno gaseoso, en un proceso análogo al que ocurre en la tierra.
Y paralelamente, parte del nitrógeno que llega al mar por la escorrentía o de fertilizantes se sedimenta. A lo largo de periodos de tiempo prolongados, los sedimentos son comprimidos hasta formar rocas sedimentarias, las cuales, con el tiempo, pueden volver de nuevo a la tierra.
Las bacterias del ciclo del nitrógeno
Como hemos visto, en el ciclo nitrógeno, las bacterias juegan un papel fundamental al llevar a cabo los diferentes transformaciones o procesos del nitrógeno. A modo de resumen del ciclo biogeoquímico del nitrógeno, en este ciclo tenemos los siguientes tipos de bacterias:
Bacterias fijadoras de nitrógeno
El nitrógeno atmosférico es fijado por bacterias, algas y hongos denominados organismos diazótrofos, que pueden vivir libremente en el suelo o en el agua, como las bacterias pertenecientes a los géneros Azotobacter, Klebsiella y algunas cianobacterias; o en simbiosis con plantas como las leguminosas, las cuales albergan bacterias del género Rhizobium.
Bacterias nitrosantes y nitrificantes
Las bacterias nitrosantes (Nitrosomonas) y nitrificantes (Nitrobacter) oxidan el amonio y los nitritos, obteniendo energía para su metabolismo y produciendo nitratos asimilables por las plantas.
Bacterias desnitrificantes
Las bacterias desnitrificantes, como Pseudomonas y Clostridium, transforman los nitratos en nitrógeno gaseoso en condiciones anaerobias, devolviéndolo a la atmósfera y cerrando el ciclo.
¿Para qué sirve el ciclo del nitrógeno? Importancia y características del ciclo del nitrógeno
En cuanto a las características y a la importancia del ciclo del nitrógeno, hay que destacar que éste es uno de los ciclos biogeoquímicos más importantes para mantener el equilibrio de la biosfera terrestre.
El nitrógeno es el elemento químico de mayor abundancia en la atmósfera y un elemento básico para los seres vivos, porque permite elaborar aminoácidos, ADN y proteínas, pero como éstos son incapaces de tomarlo directamente de la atmósfera, precisan de este ciclo. Así, el ciclo del nitrógeno sirve para poner este elemento en formas utilizables para fabricar proteínas y ADN.
Además, el nitrógeno es un nutriente limitante común en la naturaleza y la agricultura, es decir, aquel que está disponible en una cantidad mínima y, por lo tanto, limita el crecimiento.
Cabe decir que el ciclo biogeoquímico del nitrógeno mantiene la fertilidad del suelo y el funcionamiento saludable de los ecosistemas, moviendo el nitrógeno entre atmósfera, suelo, agua y los organismos.
Por tanto, es importante mantener y preservar este ciclo, e incluso recrear el ciclo del nitrógeno acuario artificialmente, para el bienestar de los peces y demás organismos que tengamos en este.
Impacto humano en el ciclo del nitrógeno
Por último, aunque las personas aprovechamos la desnitrificación para solventar un problema de contaminación del agua que nosotros mismos provocamos, las actividades humanas han modificado de forma significativa el ciclo del nitrógeno aumentando artificialmente la cantidad de nitrógeno reactivo disponible en los ecosistemas (amonio, nitrato y óxidos de nitrógeno), de las siguientes maneras:
Fijación industrial de nitrógeno atmosférico
Uno de los principales factores de alteración es la fijación industrial del nitrógeno atmosférico mediante el proceso Haber-Bosch. Este método permite convertir grandes cantidades de N₂ en amoníaco para la fabricación de fertilizantes nitrogenados. Aunque este proceso ha sido clave para el aumento de la productividad agrícola, también ha provocado una entrada masiva de nitrógeno reactivo en los suelos, superando la capacidad natural de absorción de plantas y microorganismos.
Exceso de fertilizantes
El uso intensivo de fertilizantes nitrogenados favorece la acumulación de nitratos en el suelo, que pueden ser fácilmente arrastrados por la escorrentía y la infiltración hacia ríos, lagos y acuíferos. Este exceso de nitratos no solo reduce la calidad del agua potable, sino que también altera el ciclo del nitrógeno en ecosistemas acuáticos, donde se acelera la transformación del nitrógeno y se incrementan los procesos de desnitrificación.
Quema de combustibles fósiles
Las actividades de combustión a altas temperaturas, como las que tienen lugar en motores de vehículos, centrales térmicas e industrias, generan óxidos de nitrógeno (NOx) a partir del nitrógeno atmosférico. Estos compuestos reaccionan en la atmósfera formando ácido nítrico, que retorna al suelo con la precipitación en forma de “lluvia ácida”, introduciendo nitrógeno adicional y modificando la química de los suelos y las aguas superficiales.
Emisiones de óxido nitroso
Otro efecto relevante es el aumento de las emisiones de óxido nitroso (N₂O), un gas que se libera principalmente desde suelos agrícolas ricos en nitrógeno y durante procesos microbianos de nitrificación y desnitrificación intensificados por la acción humana. El N₂O no solo representa una pérdida de nitrógeno del suelo, sino que también tiene un elevado potencial de calentamiento atmosférico.
En conjunto, estas intervenciones humanas provocan una aceleración artificial del ciclo del nitrógeno, alterando las tasas naturales de fijación, transformación y retorno del nitrógeno a la atmósfera. Como consecuencia, se producen desequilibrios en la fertilidad del suelo, en los ecosistemas acuáticos y en la distribución de las distintas formas químicas del nitrógeno en la biosfera.
En este artículo hemos visto detalladamente en qué consiste y cómo es el ciclo del nitrógeno o ciclo biogeoquímico del nitrógeno, en el que aprendimos la gran importancia que tiene este elemento para los organismos y el suelo, así como las bacterias que son clave para que tengan lugar los procesos del nitrógeno que completan su ciclo natural; por lo que es transcendental preocuparnos por mantener este ciclo en la Tierra.