Круговорот азота — важнейший биохимический цикл, охватывающий все составные части биосферы, от которого зависит биологическая продуктивность на земном шаре.
Его кларк в литосфере — 1,9-10-3, в живом веществе — 3-10-1; очень высока биофильность азота (160), и уступает он в этом отношении лишь углероду (780). Азот преобладает в атмосфере по весу — 75,3% и объему — 78,7%. Все производные биосферы обогащены азотом.
Столб воздуха над 1 га земной поверхности содержит 80 000 т азота, но ни человек, ни животные, ни растения не могут потреблять молекулярный азот. Растения используют главным образом минеральные соединения азота, животные — азот органических соединений и лишь немногие живые организмы на Земле, а среди них микроорганизмы, способны поглощать азот атмосферы.
Роль биологических факторов в балансе азота огромна: биологическая фиксация атмосферного азота составляет 54 млн. т в год при общем поступлении его, включая индустриальную фиксацию, 91,8 млн. т/год. Удаление азота из почв и водоемов, обусловленное процессами денитрификации, это полностью микробиологический процесс, в который ежегодно вовлекается около 83 млн. т азота.
Доля индустриальной фиксации азота, хотя и весьма высока, но, по расчетам экспертов, при существующих урожаях к 2000 г. сельскохозяйственной продукцией будет выноситься из почвы за год (в мировом масштабе) около 212 млн. т азота; применение минеральных азотных удобрений будет составлять 120 млн. т, а органических 45 млн. т в год. Таким образом, ежегодный дефицит возврата азота на земном шаре к 2000 г. составит не менее 47 млн. т. В настоящее время лишь в государствах с малой земельной площадью и большой плотностью населения (Голландия, Япония) вносят такие дозы минеральных и органических удобрений, которые практически полностью покрывают вынос азота с урожаем из почвы. В странах же с большой земельной площадью вносится минерального азота обычно значительно меньше, чем выносится с урожаем.
Пополнение почвы азотом происходит благодаря деятельности азотфиксирующих микроорганизмов. Известно, что в ряде районов черноземной зоны более 300 лет получали хорошие урожаи без внесения азотных удобрений. Казалось бы, его запасы в почве за этот период должны полностью истощиться, однако этого не произошло вследствие обогащения ее азотом, фиксируемым из атмосферы микроорганизмами. Таким образом, благодаря концентрационным функциям микроорганизмов: атомарный азот атмосферы связывается и вступает в биологические циклы. В круговороте участвует 108—109 т азота в год. Так как это элемент с переменной валентностью (от минус 3 до плюс 5), то его биогенная миграция связана с окислительными и восстановительными микробиологическими процессами. Круговорот азота — один из наиболее хорошо изученных, достаточно легко разделяемых на этапы. В нем принимают участие разнообразные микроорганизмы: одни способны связывать атмосферный азот и пополнять им наземные и водные экосистемы, другие осуществляют процесс аммонификации азота органических остатков; при окислительных процессах связанных с жизнедеятельностью специфических групп микроорганизмов, аммиак окисляется до азотистой и азотной кислоты. Соли этих кислот нитриты и нитраты могут вновь поглощаться наземными и водными растениями или, при определенных условиях, восстанавливаться до атомарного азота или аммиака.