วัฏจักรไนโตรเจนเป็นวัฏจักรทางชีวธรณีเคมีที่ไนโตรเจนถูกแปลงเป็นรูปแบบทางเคมีหลายรูปแบบในขณะที่หมุนเวียนระหว่าง ระบบนิเวศ ในชั้นบรรยากาศบนบกและในทะเลการแปลงไนโตรเจนสามารถเกิดขึ้นได้ทั้งจากกระบวนการทางชีวภาพและทางกายภาพ กระบวนการที่สำคัญในวัฏจักรไนโตรเจน ได้แก่การตรึง การแอมโมไนฟิเคชัน การไนตริฟิเคชันและการดีไนตริฟิเคชันบรรยากาศของโลกส่วนใหญ่(78%) คือไนโตรเจนในชั้นบรรยากาศ^{[ 16 ]}ทำให้เป็นแหล่งไนโตรเจนที่ใหญ่ที่สุด อย่างไรก็ตาม ไนโตรเจนในชั้นบรรยากาศมีปริมาณจำกัดสำหรับการใช้งานทางชีวภาพ ส่งผลให้เกิดการขาดแคลนไนโตรเจนที่ใช้ได้ในระบบ นิเวศ หลายประเภท

วัฏจักรไนโตรเจนเป็นที่สนใจของนักนิเวศวิทยา เป็นพิเศษ เนื่องจากปริมาณไนโตรเจนสามารถส่งผลต่ออัตราของกระบวนการระบบนิเวศที่สำคัญ รวมถึงการผลิตขั้นต้นและการย่อยสลายกิจกรรมของมนุษย์ เช่น การเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล การใช้ปุ๋ยไนโตรเจนสังเคราะห์ และการปล่อยไนโตรเจนในน้ำเสีย ได้เปลี่ยนแปลงวัฏจักรไนโตรเจนทั่วโลกอย่าง มาก ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]}การเปลี่ยนแปลงวัฏจักรไนโตรเจนทั่วโลกโดยมนุษย์อาจส่งผลเสียต่อระบบสิ่งแวดล้อมทางธรรมชาติและสุขภาพของมนุษย์ด้วย^{[ 20 ] [ 21 ]}

ไนโตรเจนมีอยู่ในสิ่งแวดล้อมในรูปแบบทางเคมีที่หลากหลาย รวมถึงไนโตรเจนอินทรีย์ และแอมโมเนียม ( NH₄⁺)+4ไนไตรต์ ( NO )−2), ไนเตรต ( NO )−3ไนโตรเจนอินทรีย์ ( N₂O ) , ไนตรัสออกไซด์ (N₂O ), ไนตริกออกไซด์ (NO) หรือก๊าซไนโตรเจนอนินทรีย์ ( _{N₂ )}ไนโตรเจนอินทรีย์อาจอยู่ในรูปของสิ่งมีชีวิตฮิวมัสหรือในผลิตภัณฑ์ขั้นกลางของการย่อยสลายสารอินทรีย์ กระบวนการที่อธิบายไว้ในวัฏจักรไนโตรเจนจะเปลี่ยนสารไนโตรเจนจากรูปแบบหนึ่งไปเป็นอีกรูปแบบหนึ่ง กระบวนการเหล่านี้ส่วนใหญ่ดำเนินการโดยจุลินทรีย์ไม่ว่าจะเป็นเพื่อเก็บเกี่ยวพลังงานหรือเพื่อสะสมไนโตรเจนในรูปแบบที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโตของพวกมัน ตัวอย่างเช่น ของเสียที่มีไนโตรเจนในปัสสาวะ สัตว์ จะถูกย่อยสลายโดยแบคทีเรียไนตริฟายอิงในดินเพื่อให้พืชนำไปใช้ แผนภาพด้านข้างแสดงให้เห็นว่ากระบวนการเหล่านี้เชื่อมโยงกันอย่างไรเพื่อสร้างวัฏจักรไนโตรเจน

การเปลี่ยนก๊าซไนโตรเจน ( N2 ₎ให้เป็นไนเตรตและไนไตรต์ผ่านกระบวนการในบรรยากาศ อุตสาหกรรม และชีวภาพ เรียกว่า การตรึงไนโตรเจน ไนโตรเจนในบรรยากาศต้องได้รับการแปรรูปหรือ " ตรึง " ให้เป็นรูปแบบที่พืชสามารถนำไปใช้ได้ ในแต่ละปีมีการตรึงไนโตรเจนโดยฟ้าผ่า ประมาณ 5 ถึง 10 พันล้านกิโลกรัม แต่การตรึงส่วนใหญ่เกิดขึ้นโดย แบคทีเรียที่ดำรงชีวิตอิสระหรือแบบพึ่งพาอาศัยกันที่เรียกว่าไดอะโซโทรฟแบคทีเรียเหล่านี้มีเอนไซม์ไนโตรเจเนสที่รวมก๊าซไนโตรเจนกับไฮโดรเจนเพื่อผลิตแอมโมเนียซึ่งแบคทีเรียจะเปลี่ยนแอมโมเนียให้เป็นสารประกอบอินทรีย์ อื่นๆ การตรึงไนโตรเจนทางชีวภาพส่วนใหญ่เกิดขึ้นจากการทำงานของโมลิบดีนัม (Mo)-ไนโตรเจเนส ซึ่งพบได้ในแบคทีเรียหลากหลายชนิดและอาร์เคีย บางชนิด โมลิบดีนัม-ไนโตรเจเน ส เป็น เอนไซม์สององค์ประกอบที่ซับซ้อนซึ่งมีกลุ่มโปรสเตติกที่มีโลหะหลายกลุ่ม^{[ 22 ]}ตัวอย่างของแบคทีเรียที่ดำรงชีวิตอิสระคือAzotobacterแบคทีเรียตรึงไนโตรเจนแบบพึ่งพาอาศัยกัน เช่นไรโซเบียมมักอาศัยอยู่ในปุ่มรากของพืชตระกูลถั่ว (เช่น ถั่วลันเตาอัลฟัลฟาและต้นตั๊กแตน) ที่นี่พวกมันสร้าง ความสัมพันธ์ แบบพึ่งพาอาศัยกันกับพืช โดยผลิตแอมโมเนียเพื่อแลกกับคาร์โบไฮเดรตด้วยความสัมพันธ์นี้ พืชตระกูลถั่วจึงมักเพิ่มปริมาณไนโตรเจนในดินที่ขาดไนโตรเจน พืชที่ไม่ใช่พืชตระกูลถั่วบางชนิดก็สามารถสร้างความสัมพันธ์แบบ พึ่งพาอาศัยกันเช่นนี้ได้ เช่นกัน ปัจจุบัน ประมาณ 30% ของไนโตรเจนที่ถูกตรึงทั้งหมดผลิตในระดับอุตสาหกรรมโดยใช้กระบวนการHaber-Bosch ^{[ 23 ]}ซึ่งใช้อุณหภูมิและความดันสูงในการเปลี่ยนก๊าซไนโตรเจนและแหล่งไฮโดรเจน (ก๊าซธรรมชาติหรือปิโตรเลียม) ให้เป็นแอมโมเนีย^{[ 24 ]}

พืชสามารถดูดซับไนเตรตหรือแอมโมเนียมจากดินโดยใช้ขนราก หากดูดซับไนเตรต มันจะถูกลดรูปเป็นไอออนไนไตรต์ก่อน แล้วจึงเปลี่ยนเป็นไอออนแอมโมเนียมเพื่อนำไปใช้ในการสร้างกรดอะมิโน กรดนิวคลีอิก และคลอโรฟิลล์ ในพืชที่มีความสัมพันธ์แบบพึ่งพาอาศัยกันกับไรโซเบียม ไนโตรเจนบางส่วนจะถูกดูดซึมในรูปของไอออนแอมโมเนียมโดยตรงจากปุ่มราก ปัจจุบันเป็นที่ทราบกันดีว่ามีการหมุนเวียนของกรดอะมิโนที่ซับซ้อนกว่าระหว่างแบคทีรอยด์ของไรโซเบียม และพืช พืชจะให้กรดอะมิโนแก่แบคทีรอยด์ ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องมีการดูดซึมแอมโมเนียม และแบคทีรอยด์จะส่งกรดอะมิโน (พร้อมกับไนโตรเจนที่ถูกตรึงใหม่) กลับไปยังพืช จึงก่อให้เกิดความสัมพันธ์แบบพึ่งพาซึ่งกันและกัน^{[ 25 ]}ในขณะที่สัตว์หลายชนิด เชื้อรา และ สิ่งมีชีวิต เฮเทอโรโทรฟิก อื่นๆ ได้รับไนโตรเจนโดยการบริโภคกรดอะมิโน นิว คลี โอไทด์และโมเลกุลอินทรีย์ขนาดเล็กอื่นๆ เฮเทอโรโทรฟอื่นๆ (รวมถึงแบคทีเรีย หลายชนิด ) สามารถใช้สารประกอบอนินทรีย์ เช่น แอมโมเนียม เป็นแหล่งไนโตรเจนเพียงอย่างเดียว การใช้แหล่งไนโตรเจนต่างๆ นั้นถูกควบคุมอย่างระมัดระวังในสิ่งมีชีวิตทุกชนิด

เมื่อพืชหรือสัตว์ตายหรือสัตว์ขับถ่ายของเสีย ไนโตรเจนในรูปแบบเริ่มต้นจะเป็นไนโตรเจนอินทรีย์ซึ่งมีอยู่ในรูปของกรดอะมิโนและดีเอ็นเอ^{[ 26 ]}แบคทีเรียและเชื้อราจะเปลี่ยนไนโตรเจนอินทรีย์นี้ให้เป็นแอมโมเนียและบางครั้งก็เป็นแอมโมเนียมผ่านกระบวนการต่างๆ ที่เรียกว่าการแปรสภาพเป็นแอมโมเนียหรือการแปรสภาพเป็นแร่ธาตุนี่เป็นขั้นตอนสุดท้ายในวัฏจักรไนโตรเจนที่เกี่ยวข้องกับสารประกอบอินทรีย์^{[ 27 ]}มีเอนไซม์มากมายที่เกี่ยวข้อง รวมถึงดีไฮโดรจีเนสโปรตีเอสและดีอะมิเนสเช่นกลูตาเมตดีไฮโดรจีเนสและกลูตามีนซินเทส^{[ 28 ]}การแปรสภาพเป็นแร่ธาตุและการแปรสภาพเป็นแอมโมเนียของไนโตรเจนมีความสัมพันธ์เชิงบวกกับไนโตรเจนอินทรีย์ในดิน^{[ 29 ]}ชีวมวลจุลินทรีย์ในดิน และปริมาณน้ำฝนเฉลี่ยต่อปี^{[ 30 ]}นอกจากนี้ยังตอบสนองอย่างใกล้ชิดต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ^{[ 31 ]}อย่างไรก็ตาม กระบวนการเหล่านี้จะช้าลงเมื่อมีพืชพรรณที่มีอัตราส่วนคาร์บอนต่อไนโตรเจนสูง^{[ 32 ] [ 33 ]}และการใส่ปุ๋ยด้วยน้ำตาล^{[ 34 ] [ 35 ]}

การเปลี่ยนแอมโมเนียมเป็นไนเตรตนั้นเกิดขึ้นโดยแบคทีเรียในดินและแบคทีเรียไนตริฟิเคชันอื่นๆ เป็นหลัก ในขั้นตอนแรกของการไนตริฟิเคชัน จะมีการออกซิเดชันของแอมโมเนียม ( NH₄⁺)+4กระบวนการนี้ดำเนินการโดยแบคทีเรีย เช่น แบคทีเรีย สกุล Nitrosomonasซึ่งเปลี่ยนแอมโมเนียให้เป็นไนไตรต์ ( NO)−2แบคทีเรียชนิดอื่นๆ เช่นNitrobacterมีหน้าที่ในการออกซิเดชันของไนไตรต์ ( NO)−2) เปลี่ยนเป็นไนเตรต ( NO )−3การเปลี่ยน แอมโมเนีย ( NH₃ ₎ ให้เป็นไนเตรตหรือไนไตรต์ มีความสำคัญเนื่องจากก๊าซแอมโมเนียเป็นพิษต่อพืช

เนื่องจากไนเตรตมีความละลาย สูงมาก และเนื่องจากดินไม่สามารถกักเก็บแอนไอออน ได้ดี จึงสามารถเข้าสู่แหล่งน้ำใต้ดินได้ ระดับไนเตรตในน้ำใต้ดินที่สูงขึ้นเป็นปัญหาสำหรับการใช้น้ำดื่ม เนื่องจากไนเตรตสามารถรบกวนระดับออกซิเจนในเลือดของทารกและทำให้เกิด ภาวะ เมทฮีโมโกลบินในเลือดสูงหรือกลุ่มอาการทารกตัวเขียวได้^{[ 38 ]}ในบริเวณที่น้ำใต้ดินเติมเต็มกระแสน้ำในลำธาร น้ำใต้ดินที่มีไนเตรตสูงสามารถก่อให้เกิดภาวะ ยูโทรฟิเค ชัน ซึ่งเป็นกระบวนการที่นำไปสู่ประชากรสาหร่ายและการเจริญเติบโตที่สูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งประชากรสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน แม้ว่าไนเตรตจะไม่เป็นพิษต่อสิ่งมีชีวิตในปลาโดยตรงเหมือนแอมโมเนีย แต่ก็สามารถส่งผลกระทบทางอ้อมต่อปลาได้หากมีส่วนทำให้เกิดภาวะยูโทรฟิเคชันนี้ ไนโตรเจนมีส่วนทำให้เกิดปัญหายูโทรฟิเคชันอย่างรุนแรงในแหล่งน้ำบางแห่ง ตั้งแต่ปี 2549 การใช้ปุ๋ย ไนโตรเจน ได้รับการควบคุมมากขึ้นในสหราชอาณาจักรและสหรัฐอเมริกา ซึ่งเกิดขึ้นในลักษณะเดียวกับการควบคุมปุ๋ยฟอสฟอรัส ซึ่งโดยปกติแล้วการจำกัดการใช้ปุ๋ยฟอสฟอรัสถือเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการฟื้นตัวของแหล่งน้ำที่ได้รับผลกระทบจากยูโทรฟิเคชัน

กระบวนการดีไนตริฟิเคชัน คือการลดไนเตรตกลับไปเป็นก๊าซไนโตรเจน ( N)₂) ทำให้วัฏจักรไนโตรเจนสมบูรณ์ กระบวนการนี้ดำเนินการโดยแบคทีเรียสายพันธุ์ต่างๆ เช่นPseudomonasและParacoccusภายใต้สภาวะไร้ออกซิเจน พวกมันใช้ไนเตรตเป็นตัวรับอิเล็กตรอนแทนออกซิเจนในระหว่างการหายใจ แบคทีเรียไร้ออกซิเจนแบบไม่จำเป็น (หมายถึงแบบเลือกได้) เหล่านี้สามารถดำรงชีวิตได้ในสภาวะที่มีออกซิเจนด้วย การลดไนเตรตเกิดขึ้นในสภาวะไร้ออกซิเจน เช่น ดินที่เปียกชุ่ม แบคทีเรียที่ลดไนเตรตใช้ไนเตรตในดินเพื่อทำการหายใจและผลิตก๊าซไนโตรเจนซึ่งเป็นสารเฉื่อยและพืชไม่สามารถนำไปใช้ได้ การลดไนเตรตเกิดขึ้นในจุลินทรีย์ที่ดำรงชีวิตอิสระเช่นเดียวกับสิ่งมีชีวิตร่วมอาศัยที่จำเป็นของซีลิเอตไร้ออกซิเจน^{[ 39 ]}

• 
  การแสดงวัฏจักรไนโตรเจนแบบคลาสสิก
• 
  การหมุนเวียนของไนโตรเจนผ่านระบบนิเวศ แบคทีเรียเป็นองค์ประกอบสำคัญในวัฏจักรนี้ โดยให้สารประกอบไนโตรเจนในรูปแบบต่างๆ ที่สิ่งมีชีวิตชั้นสูงสามารถดูดซึมได้

• 
  ภาพแสดงวัฏจักรไนโตรเจนอย่างง่าย สีน้ำเงินแสดงถึงการสะสมไนโตรเจน สีเขียวแสดงถึงกระบวนการเคลื่อนย้ายไนโตรเจนจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง และสีแดงแสดงถึงแบคทีเรียที่เกี่ยวข้อง

กระบวนการ ลดไนเตรตแบบไม่ใช้ออกซิเจนไปเป็นแอมโมเนียม (DNRA) หรือการเปลี่ยนไนเตรต/ไนไตรต์เป็นแอมโมเนียม เป็น กระบวนการ หายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจน จุลินทรีย์ที่ทำกระบวนการ DNRA จะออกซิไดซ์สารอินทรีย์และใช้ไนเตรตเป็นตัวรับอิเล็กตรอน ลดไนเตรตให้เป็นไนไตรต์แล้วจึงเปลี่ยนเป็นแอมโมเนียม ( NO₃⁻)−3 → ไม่−2 → NH+4). ^{[ 40 ]}ทั้งแบคทีเรียที่ลดไนเตรตและแบคทีเรียที่สร้างแอมโมเนียมไนเตรตจะแข่งขันกันเพื่อแย่งไนเตรตในสิ่งแวดล้อม แม้ว่า DNRA จะทำหน้าที่อนุรักษ์ไนโตรเจนที่พร้อมใช้งานทางชีวภาพในรูปของแอมโมเนียมที่ละลายได้แทนที่จะผลิตก๊าซไดไนโตรเจน^{[ 41 ]}

โดยทั่วไปแล้วกระบวนการไนตริฟิเคชันจะเกิดขึ้นในสองขั้นตอน คือแอมโมเนียจะถูกออกซิไดซ์เป็นไนไตรต์ จากนั้นไนไตรต์จะถูกออกซิไดซ์เป็นไน เตรต บ่อยครั้งที่การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้เกิดขึ้นโดยสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างกัน^{[ 42 ]}แบคทีเรียบางชนิด เช่นNitrospiraจะออกซิไดซ์แอมโมเนียเป็นไนเตรต^{[ 43 ] [ 44 ]}กระบวนการรวมกันนี้เรียกว่าCOMAMMOX = "COMplete AMMonia OXidation" ^{[ 45 ]} Comammox พบได้ในระบบนิเวศหลายแห่งเช่นน้ำจืด[ ^{46 ] พบ}ว่า Comammox สามารถนำมาใช้ในการบำบัดน้ำเสียได้^{[ 47 ]}

กระบวนการ ออกซิเดชันแบบใช้ ออกซิเจน ( AN aerobic AMMonia OX idation process) หรือที่รู้จักกันในชื่อ กระบวนการ ANAMMOXซึ่งเป็นคำย่อที่เกิดจากการนำพยางค์ แรก ของคำทั้งสามคำมารวมกัน กระบวนการทางชีวภาพนี้เป็น ปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชันแบบคอมโปรพอชั่นเนชัน ( redox comproportionation reaction) โดยที่แอมโมเนีย ( ตัวรีดิวซ์ที่ให้อิเล็กตรอน) และไนไตรต์ ( ตัวออกซิไดซ์ที่รับอิเล็กตรอน) ถ่ายโอนอิเล็กตรอน สามตัว และเปลี่ยนเป็นโมเลกุลของไนโตรเจนไดอะต อมิก ( N) หนึ่งโมเลกุล₂) ก๊าซและโมเลกุลน้ำสองโมเลกุล กระบวนการนี้คิดเป็นสัดส่วนสำคัญของการเปลี่ยนแปลงไนโตรเจนในมหาสมุทรสูตรสมดุลทางเคมีของปฏิกิริยาเคมี ANAMMOX สามารถเขียนได้ดังต่อไปนี้ โดยที่ ไอออน แอมโมเนียมประกอบด้วยโมเลกุลแอมโมเนีย ซึ่ง เป็น เบสคู่ควบ ของมัน :

เอ็นเอช+4+ ไม่−2 → N ₂ + 2 H ₂ O (Δ G ° =−357 kJ⋅mol ⁻¹ ). ^{[ 48 ]}

นี่เป็นกระบวนการคายพลังงาน (ในที่นี้ก็เป็นปฏิกิริยาคายความร้อน ด้วย ) ซึ่งปล่อยพลังงานออกมา ดังที่แสดงโดยค่าลบของ ΔG °ซึ่งเป็นความแตกต่างของพลังงานอิสระของกิบส์ระหว่างผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาและสารตั้งต้น

แม้ว่าการตรึงไนโตรเจนจะเป็นแหล่งไนโตรเจนหลักที่พืชสามารถใช้ได้ในระบบนิเวศ ส่วนใหญ่ แต่ในพื้นที่ที่มี หินฐานที่อุดมไปด้วยไนโตรเจนการสลายตัวของหินนี้ยังทำหน้าที่เป็นแหล่งไนโตรเจนอีกด้วย^{[ 49 ] [ 50 ] [ 51 ]}การลดไนเตรตยังเป็นส่วนหนึ่งของวัฏจักรเหล็กภายใต้สภาวะที่ปราศจากออกซิเจน Fe(II) สามารถบริจาคอิเล็กตรอนให้กับNO ได้−3และถูกออกซิไดซ์เป็น Fe(III) ในขณะที่NO−3ลดลงเหลือNO−2, N ₂ O, N ₂และNH+4ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขและชนิดของจุลินทรีย์ที่เกี่ยวข้อง^{[ 52 ]}อุจจาระของวาฬยังทำหน้าที่เป็นจุดเชื่อมต่อในวัฏจักรไนโตรเจนในทะเล โดยทำให้ไนโตรเจนมีความเข้มข้นในเขตผิวน้ำทะเลก่อนที่จะกระจายตัวผ่านชั้นต่างๆ ของทะเล ซึ่งท้ายที่สุดจะช่วยเพิ่มผลผลิตขั้นต้นของมหาสมุทร^{[ 53 ]}

วัฏจักรไนโตรเจนเป็นกระบวนการสำคัญในมหาสมุทรเช่นกัน แม้ว่าวัฏจักรโดยรวมจะคล้ายกัน แต่ก็มีผู้เล่นที่แตกต่างกัน^{[ 56 ]}และโหมดการถ่ายโอนไนโตรเจนในมหาสมุทร ไนโตรเจนเข้าสู่น้ำผ่านทางการตกตะลึก การไหลบ่า หรือในรูปของN₂จากชั้นบรรยากาศแพลงก์ตอนพืช ไม่สามารถนำไนโตรเจนไปใช้ ในรูปN ได้₂ดังนั้นจึงต้องผ่านกระบวนการตรึงไนโตรเจนซึ่งส่วนใหญ่ดำเนินการโดยไซยาโนแบคทีเรีย [ ^{57 ] หาก}ไม่มีไนโตรเจนที่ถูกตรึงเข้าสู่วัฏจักรทางทะเล ไนโตรเจนที่ถูกตรึงจะถูกใช้หมดภายในเวลาประมาณ 2000 ปี^{[ 58 ]}แพลงก์ตอนพืชต้องการไนโตรเจนในรูปแบบที่สิ่งมีชีวิตสามารถนำไปใช้ได้สำหรับการสังเคราะห์สารอินทรีย์ในขั้นต้น แอมโมเนียและยูเรียถูกปล่อยลงสู่ในน้ำโดยการขับถ่ายจากแพลงก์ตอน แหล่งไนโตรเจนถูกกำจัดออกจากเขตยูโฟติกโดยการเคลื่อนที่ลงของสารอินทรีย์ ซึ่งอาจเกิดขึ้นจากการจมของแพลงก์ตอนพืช การผสมในแนวดิ่ง หรือการจมของของเสียจากผู้อพยพในแนวดิ่ง การจมส่งผลให้แอมโมเนียถูกนำเข้ามาที่ระดับความลึกที่ต่ำกว่าเขตยูโฟติก แบคทีเรียสามารถเปลี่ยนแอมโมเนียเป็นไนไตรต์และไนเตรตได้ แต่พวกมันถูกยับยั้งโดยแสง ดังนั้นกระบวนการนี้จึงต้องเกิดขึ้นต่ำกว่าเขตยูโฟติก^{[ 59 ]}การสร้างแอมโมเนียหรือการทำให้เป็นแร่ธาตุจะดำเนินการโดยแบคทีเรียเพื่อเปลี่ยนไนโตรเจนอินทรีย์เป็นแอมโมเนีย จากนั้น กระบวนการไนตริฟิเคชันสามารถเกิดขึ้นเพื่อเปลี่ยนแอมโมเนียมให้เป็นไนไตรต์และไนเตรต^{[ 60 ]}ไนเตรตสามารถกลับคืนสู่เขตยูโฟติกได้โดยการผสมในแนวดิ่งและการไหลขึ้นของน้ำ ซึ่งแพลงก์ตอนพืชสามารถดูดซับไนเตรตเพื่อดำเนินวัฏจักรต่อไปได้N₂สามารถส่งกลับคืนสู่ชั้นบรรยากาศได้ผ่านกระบวนการดีไนตริฟิเคชัน

แอมโมเนียมถือเป็นแหล่งไนโตรเจนคงที่ที่แพลงก์ตอนพืชต้องการมากที่สุด เนื่องจากกระบวนการดูดซึมไม่เกี่ยวข้องกับ ปฏิกิริยา ออกซิเดชัน-รีดักชัน จึงใช้พลังงานน้อย ในขณะที่ไนเตรตต้องใช้ปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชันในการดูดซึม แต่เนื่องจากมีปริมาณมากกว่า แพลงก์ตอนพืชส่วนใหญ่จึงปรับตัวให้มีเอนไซม์ที่จำเป็นในการลดไนเตรต (ไนเตรต รีดักเทส ) อย่างไรก็ตาม มีข้อยกเว้นที่น่าสนใจและเป็นที่รู้จักกันดีอยู่บ้าง เช่นProchlorococcus ส่วนใหญ่ และSynechococcus บางชนิด ที่สามารถดูดซึมไนโตรเจนได้เฉพาะในรูปของแอมโมเนียมเท่านั้น^{[ 58 ]}

สารอาหารในมหาสมุทรไม่ได้กระจายตัวอย่างสม่ำเสมอ บริเวณที่มีการไหลขึ้นของน้ำจะให้ไนโตรเจนจากใต้เขตยูโฟติก เขตชายฝั่งจะให้ไนโตรเจนจากการไหลบ่า และการไหลขึ้นของน้ำเกิดขึ้นได้ง่ายตามแนวชายฝั่ง อย่างไรก็ตาม อัตราการดูดซึมไนโตรเจนของแพลงก์ตอนพืชจะลดลงใน น้ำ ที่มีสารอาหารต่ำตลอดทั้งปี และในน้ำอุณหภูมิปานกลางในช่วงฤดูร้อน ส่งผลให้การผลิตขั้นต้นลดลง^{[ 61 ]}การกระจายตัวของไนโตรเจนในรูปแบบต่างๆ ก็แตกต่างกันไปทั่วทั้งมหาสมุทรเช่นกัน

ไนเตรตมีปริมาณน้อยในน้ำผิวดิน ยกเว้นในบริเวณที่มีการไหลขึ้นของน้ำจากใต้ทะเล บริเวณชายฝั่งที่มีการไหลขึ้นของน้ำจากใต้ทะเลมักจะมีระดับไนเตรตและคลอโรฟิลล์ สูง อันเป็นผลมาจากการผลิตที่เพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม มีบางบริเวณที่มีไนเตรตผิวน้ำสูงแต่คลอโรฟิลล์ต่ำ ซึ่งเรียกว่า บริเวณ HNLC (ไนโตรเจนสูง คลอโรฟิลล์ต่ำ) คำอธิบายที่ดีที่สุดสำหรับบริเวณ HNLC เกี่ยวข้องกับการขาดแคลนธาตุเหล็กในมหาสมุทร ซึ่งอาจมีบทบาทสำคัญในพลวัตของมหาสมุทรและวัฏจักรสารอาหาร การป้อนธาตุเหล็กแตกต่างกันไปในแต่ละภูมิภาค และถูกส่งลงสู่มหาสมุทรโดยฝุ่น (จากพายุฝุ่น ) และการชะล้างออกจากหิน ธาตุเหล็กกำลังถูกพิจารณาว่าเป็นองค์ประกอบจำกัดที่แท้จริงต่อผลิตภาพของระบบนิเวศในมหาสมุทร

แอมโมเนียมและไนไตรต์แสดงความเข้มข้นสูงสุดที่ระดับความลึก 50–80 เมตร (ปลายล่างของเขตยูโฟติก ) โดยมีความเข้มข้นลดลงต่ำกว่าระดับความลึกนั้น การกระจายตัวนี้สามารถอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าไนไตรต์และแอมโมเนียมเป็นสปีชีส์ระดับกลาง ทั้งสองชนิดถูกผลิตและบริโภคอย่างรวดเร็วผ่านคอลัมน์น้ำ^{[ 58 ]}ปริมาณแอมโมเนียมในมหาสมุทรมีน้อยกว่าไนเตรตประมาณ 3 อันดับ^{[ 58 ]}ระหว่างแอมโมเนียม ไนไตรต์ และไนเตรต ไนไตรต์มีอัตราการหมุนเวียนเร็วที่สุด มันสามารถผลิตได้ในระหว่างการดูดซึมไนเตรต การไนตริฟิเคชัน และการดีไนตริฟิเคชัน อย่างไรก็ตาม มันจะถูกบริโภคอีกครั้งทันที

ไนโตรเจนที่เข้าสู่เขตยูโฟติกเรียกว่าไนโตรเจนใหม่ เนื่องจากเพิ่งเข้ามาจากภายนอกชั้นผลิต^{[ 57 ]}ไนโตรเจนใหม่สามารถมาจากใต้เขตยูโฟติกหรือจากแหล่งภายนอก แหล่งภายนอกได้แก่ การไหลขึ้นจากน้ำลึกและการตรึงไนโตรเจน หากสารอินทรีย์ถูกกิน หายใจ ส่งไปยังน้ำในรูปของแอมโมเนีย และรวมกลับเข้าไปในสารอินทรีย์โดยแพลงก์ตอนพืช จะถือว่าเป็นการผลิตที่นำกลับมาใช้ใหม่/สร้างใหม่

การผลิตใหม่เป็นองค์ประกอบสำคัญของสภาพแวดล้อมทางทะเล เหตุผลหนึ่งก็คือ การป้อนไนโตรเจนใหม่อย่างต่อเนื่องเท่านั้นที่จะสามารถกำหนดความสามารถโดยรวมของมหาสมุทรในการผลิตผลผลิตปลาที่ยั่งยืนได้^{[ 61 ]}การจับปลาจากพื้นที่ที่มีไนโตรเจนที่สร้างขึ้นใหม่จะนำไปสู่การลดลงของไนโตรเจน และด้วยเหตุนี้จึงทำให้การผลิตขั้นต้นลดลง ซึ่งจะส่งผลเสียต่อระบบ อย่างไรก็ตาม หากจับปลาจากพื้นที่ที่มีไนโตรเจนใหม่ ไนโตรเจนก็จะถูกเติมเต็ม

ดังแสดงในแผนภาพด้านขวาคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂ ₎ ส่วนเกิน จะถูกดูดซับโดยมหาสมุทรและทำปฏิกิริยากับน้ำ เกิดเป็นกรดคาร์บอนิก ( H₂O)₂คอมโพสิชั่น₃) ถูกสร้างขึ้นและแตกตัวออกเป็นไบคาร์บอเนต ( HCO)−3) และไฮโดรเจน ( H )⁺ไอออน (ลูกศรสีเทา) ซึ่งช่วยลดคาร์บอเนต ที่สามารถดูดซึมได้ ( CO₃²⁻)2−3) และลดค่า pH ของมหาสมุทร (ลูกศรสีดำ) ซึ่งน่าจะช่วยเพิ่มการตรึงไนโตรเจนโดยแบคทีเรียตรึงไนโตรเจน (ลูกศรสีเทา) ซึ่งใช้H⁺ไอออนเพื่อเปลี่ยนไนโตรเจนให้เป็นรูปแบบที่สิ่งมีชีวิตสามารถดูดซึมได้ เช่นแอมโมเนีย ( NH₃)₃) และไอออนแอมโมเนียม ( NH )+4อย่างไรก็ตาม เมื่อค่า pH ลดลง และแอมโมเนียถูกเปลี่ยนเป็นไอออนแอมโมเนียมมากขึ้น (ลูกศรสีเทา) การออกซิเดชันของแอมโมเนียไปเป็นไนไตรต์ (NO) ก็จะลดลง^– ₂) ส่งผลให้ไนตริฟิเคชันและดีไนตริฟิเคชันโดยรวมลดลง (ลูกศรสีดำ) ซึ่งจะนำไปสู่การสะสมของไนโตรเจนคงที่ในมหาสมุทรมากขึ้น ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดภาวะยูโทร ฟิเค ชัน ลูกศรสีเทาแสดงถึงการเพิ่มขึ้น ในขณะที่ลูกศรสีดำแสดงถึงการลดลงของกระบวนการที่เกี่ยวข้อง^{[ 55 ]}

ผลจากการเพาะปลูกพืชตระกูลถั่วอย่างกว้างขวาง (โดยเฉพาะถั่วเหลืองอัลฟัลฟาและโคลเวอร์ ) การใช้กระบวนการ Haber–Boschในการผลิตปุ๋ย เคมี เพิ่มมากขึ้น และมลพิษที่ปล่อยออกมาจากยานพาหนะและโรงงานอุตสาหกรรม ทำให้มนุษย์ได้เพิ่มการถ่ายโอนไนโตรเจนในรูปแบบที่สิ่งมีชีวิตสามารถนำไปใช้ได้มากกว่าสองเท่าในแต่ละปี^{[ 38 ]}นอกจากนี้ มนุษย์ยังได้มีส่วนสำคัญในการถ่ายโอนก๊าซไนโตรเจนจากพื้นโลกสู่ชั้นบรรยากาศและจากพื้นดินสู่ระบบน้ำ การเปลี่ยนแปลงวัฏจักรไนโตรเจนทั่วโลกที่เกิดจากมนุษย์นั้นรุนแรงที่สุดในประเทศที่พัฒนาแล้วและในเอเชีย ซึ่งมีการปล่อยมลพิษจากยานพาหนะและการเกษตรเชิงอุตสาหกรรมสูงที่สุด^{[ 62 ]}

การเกิด Nr หรือไนโตรเจนที่ทำปฏิกิริยาได้ เพิ่มขึ้นมากกว่า 10 เท่าในศตวรรษที่ผ่านมาเนื่องจากการพัฒนาอุตสาหกรรม ทั่วโลก ^{[ 2 ] [ 63 ]}ไนโตรเจนในรูปแบบนี้จะแพร่กระจายไปทั่วชีวภาคผ่านกลไกต่างๆ และสะสมตัวมากขึ้นเนื่องจากอัตราการเกิดสูงกว่าอัตราการดีไนตริฟิเคชัน [ 64 ^{]การฝัง} Nr ในทะเลสาบและมหาสมุทรเพิ่มขึ้นควบคู่ไปกับการป้อนจากกิจกรรมของมนุษย์ ปัจจุบันมีปริมาณการฝัง Nr มากกว่าก่อนการปฏิวัติอุตสาหกรรม ถึงสองเท่า ไนโตรเจนที่ทำปฏิกิริยาได้สามารถถูกดีไนตริฟิเคชันในน้ำหรือถูกฝังอยู่ในตะกอนเพื่อสะสมตัว Nr ที่ถูกฝังอยู่นี้จะอยู่ในสภาวะสงบจนกว่าตะกอนจะถูกรบกวนจากเหตุการณ์ต่างๆ เช่นพายุหรือน้ำท่วมเมื่อนั้นไนโตรเจนจำนวนมากจะถูกนำกลับเข้าสู่แหล่งน้ำ ซึ่งสามารถถูกดีไนตริฟิเคชันและส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมได้^{[ 65 ]}

ไนตรัสออกไซด์ ( N)₂O ) เพิ่มขึ้นในชั้นบรรยากาศอันเป็นผลมาจากการใส่ปุ๋ยทางการเกษตร การเผาไหม้ชีวมวล การเลี้ยงปศุสัตว์และโรงเลี้ยงสัตว์ และแหล่งอุตสาหกรรม^{[ 66 ]} N₂Oมีผลเสียในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ซึ่งจะสลายตัวและทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการทำลายโอโซน ในชั้นบรรยากาศ ไนตรัสออกไซด์ก็เป็นก๊าซเรือนกระจก เช่นกัน และปัจจุบันเป็นตัวการสำคัญอันดับสามที่ทำให้เกิดภาวะโลกร้อนรองจากคาร์บอนไดออกไซด์และมีเทนแม้ว่าจะมีปริมาณในชั้นบรรยากาศไม่มากเท่าคาร์บอนไดออกไซด์ แต่สำหรับมวลที่เท่ากันแล้ว ไนตรัสออกไซด์มีฤทธิ์ในการทำให้โลกร้อนขึ้นมากกว่าเกือบ 300 เท่า^{[ 67 ]}

แอมโมเนีย ( NH₃)_{3ปริมาณ}แอมโมเนียในชั้นบรรยากาศเพิ่มขึ้นเป็นสามเท่าอันเป็นผลมาจากกิจกรรมของมนุษย์ แอมโมเนียเป็นสารตั้งต้นในชั้นบรรยากาศ โดยทำหน้าที่เป็นละอองลอยทำให้คุณภาพอากาศลดลง และเกาะติดกับหยดน้ำ จนในที่สุดจะกลายเป็น กรดไน ตริก (H₂NO₃ )ซึ่งเป็นสาเหตุของฝนกรดนอกจากนี้ แอมโมเนียและกรดไนตริกในชั้นบรรยากาศยังเป็นอันตรายต่อระบบทางเดินหายใจอีกด้วย

อุณหภูมิที่สูงมากของฟ้าผ่าทำให้เกิดก๊าซไนโตรเจนออกไซด์ (NO) ในปริมาณเล็กน้อยตามธรรมชาติ_x, NH₃และHNO₃แต่การเผาไหม้ ที่อุณหภูมิสูงส่งผลให้ปริมาณการปล่อย NOเพิ่มขึ้นถึง 6 หรือ 7 เท่า_xสู่ชั้นบรรยากาศ การผลิตก๊าซนี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิการเผาไหม้ ยิ่งอุณหภูมิสูง ก็ยิ่งมีNO มากขึ้น_xก๊าซไนโตรเจน ออกไซด์ (NOx) เกิดขึ้น จากการเผาไหม้ เชื้อเพลิงฟอสซิลซึ่งเป็นสาเหตุหลัก แต่เชื้อเพลิงชีวภาพและแม้แต่การเผาไหม้ไฮโดรเจนก็มีส่วนเช่นกัน อย่างไรก็ตาม อัตราการฉีดไฮโดรเจนเข้าไปในห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์สันดาปภายในโดยตรงสามารถควบคุมได้เพื่อป้องกันอุณหภูมิการเผาไหม้ที่สูงขึ้นซึ่งเป็นสาเหตุของการเกิดNOx_x.

แอมโมเนียและไนตรัสออกไซด์เปลี่ยนแปลงเคมีในบรรยากาศ อย่างมาก พวกมันเป็นสารตั้งต้นของการผลิตโอโซนในชั้นบรรยากาศโทรโพสเฟียร์ (ชั้นบรรยากาศล่าง) ซึ่งก่อให้เกิด หมอกควันและฝนกรดทำลายพืชและเพิ่มปริมาณไนโตรเจนในระบบนิเวศ กระบวนการ ของระบบนิเวศสามารถเพิ่มขึ้นได้ด้วยการใส่ปุ๋ยไนโตรเจนแต่ การใส่ปุ๋ย จากกิจกรรมของมนุษย์ก็อาจส่งผลให้เกิดภาวะไนโตรเจนอิ่มตัว ซึ่งจะทำให้ผลผลิตลดลงและอาจเป็นอันตรายต่อสุขภาพของพืช สัตว์ ปลา และมนุษย์ได้^{[ 38 ]}

การลดลงของความหลากหลายทางชีวภาพ อาจเกิดขึ้นได้หากปริมาณไนโตรเจนที่สูงขึ้นทำให้หญ้าที่ต้องการไนโตรเจนเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ ทุ่งหญ้าที่มีไนโตรเจนต่ำและมีความหลากหลายทางชีวภาพเสื่อมโทรมลง^{[ 68 ]}

ระดับการสะสมของไนโตรเจน ที่เพิ่มขึ้น แสดงให้เห็นผลกระทบเชิงลบหลายประการต่อทั้งระบบนิเวศบนบกและในน้ำ^{[ 69 ] [ 70 ]}ก๊าซและละอองลอย ไนโตรเจน อาจเป็นพิษโดยตรงต่อพืชบางชนิด ส่งผลกระทบต่อสรีรวิทยาเหนือดินและการเจริญเติบโตของพืชใกล้แหล่งมลพิษไนโตรเจนขนาด ใหญ่ การเปลี่ยนแปลงของชนิดพืชอาจเกิดขึ้น ได้เช่นกันเมื่อการสะสมของสารประกอบไนโตรเจนเพิ่มขึ้น ทำให้ความพร้อมใช้งานในระบบนิเวศที่กำหนดเพิ่มขึ้น ซึ่งในที่สุดจะเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของชนิดพืช ความหลากหลายของพืช และวัฏจักรไนโตรเจน แอมโมเนียและแอมโมเนียม ซึ่งเป็นไนโตรเจนในรูปที่ลดลงสองรูปแบบ อาจเป็นอันตรายเมื่อเวลาผ่านไปเนื่องจากความเป็นพิษที่เพิ่มขึ้นต่อพืชที่ไวต่อ สารพิษ ^{[ 71 ]}โดยเฉพาะอย่างยิ่งพืชที่คุ้นเคยกับการใช้ไนเตรตเป็นแหล่งไนโตรเจน ทำให้รากและลำต้นเจริญเติบโตได้ไม่ดี การสะสมของไนโตรเจนที่เพิ่มขึ้นยังนำไปสู่การเป็นกรดของดิน ซึ่งเพิ่มการชะล้างของแคตไอออนพื้นฐานในดินและปริมาณของอะลูมิเนียมและโลหะที่เป็นพิษอื่นๆ ที่อาจเกิดขึ้นได้ พร้อมกับการลดปริมาณการ เกิด ไนตริฟิเค ชัน และเพิ่มเศษซากพืช เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องอันเนื่องมาจากการสะสมของไนโตรเจนในปริมาณสูง ความเปราะบางของสภาพแวดล้อมต่อความเครียดและการรบกวนทางนิเวศวิทยา เช่น ศัตรูพืชและเชื้อโรคอาจเพิ่มขึ้น ทำให้สภาพแวดล้อมมีความยืดหยุ่นน้อยลงต่อสถานการณ์ต่างๆ ที่โดยปกติแล้วจะมีผลกระทบต่อความยั่งยืนในระยะยาวเพียงเล็กน้อย

ความเสี่ยงเพิ่มเติมที่เกิดจากการเพิ่มขึ้นของไนโตรเจนอนินทรีย์ในระบบนิเวศทางน้ำ ได้แก่ การเป็นกรดของน้ำการเกิดภาวะยูโทรฟิเคชันในระบบน้ำจืดและน้ำเค็ม และปัญหาความเป็นพิษต่อสัตว์ รวมถึงมนุษย์^{[ 72 ]}ภาวะยูโทรฟิเคชันมักนำไปสู่ระดับออกซิเจนละลายในน้ำที่ลดลง รวมถึงสภาวะไฮโปเซียและอะโนเซีย ซึ่งอาจทำให้สัตว์น้ำตายได้ สัตว์หน้าดินหรือสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ก้นทะเลซึ่งค่อนข้างอยู่กับที่นั้นมีความเสี่ยงเป็นพิเศษเนื่องจากขาดความคล่องตัว แม้ว่าการตายของปลาจำนวนมากจะไม่ใช่เรื่องแปลกเขตทะเลที่ไม่มีออกซิเจนใกล้ปากแม่น้ำมิสซิสซิปปีในอ่าวเม็กซิโกเป็นตัวอย่างที่รู้จักกันดีของ ภาวะ ไฮโปเซียที่ เกิดจาก การแพร่กระจายของสาหร่าย^{[ 73 ] [ 74 ]}แม้ว่าจะมีความพยายามบางอย่างในการลดการไหลบ่าของไนโตรเจนจากการเกษตร แต่ก็ยังไม่มีการลดขนาดของเขตที่ไม่มีออกซิเจนลงอย่างมีนัยสำคัญ^{[ 75 ]}ทะเลสาบแอดิรอนแด็กในนิวยอร์ก, แคทสกิลส์ , ฮัดสันไฮแลนด์ , ที่ราบสูงเรนส์เซเลอร์และบางส่วนของลองไอส์แลนด์แสดงให้เห็นถึงผลกระทบของ การตกตะกอน ของฝนกรด ไนตริก ซึ่งส่งผลให้ปลาและสัตว์น้ำชนิดอื่นๆ จำนวนมากตาย^{[ 76 ]}

น้ำจืดมีความสามารถในการทำให้ความเป็นกรดเป็นกลางได้น้อยกว่า ดังนั้นการเกิดกรดจึงเกิดขึ้นได้แม้จะมีการสะสมไนโตรเจนน้อยลง^{[ 77 ]}การเกิดกรดนี้อาจส่งผลเสียต่อปลาและสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง ในน้ำ ^{[ 78 ]}ในขณะเดียวกันก็เอื้อประโยชน์ต่อแพลงก์ตอนพืชที่สามารถรับมือกับสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดได้มากกว่า^{[ 79 ]}

แอมโมเนีย ( NH₃)₃แอมโมเนียเป็นพิษร้ายแรงต่อปลา และระดับแอมโมเนียที่ปล่อยออกมาจากโรงบำบัดน้ำเสียต้องได้รับการตรวจสอบอย่างใกล้ชิด การเติมอากาศเพื่อทำให้เกิดไนตริฟิเคชันก่อนปล่อยลงสู่ แหล่ง น้ำมักเป็นวิธีที่เหมาะสมเพื่อป้องกันการตายของปลา การนำไปใช้กับดินอาจเป็นทางเลือกที่น่าสนใจแทนการเติมอากาศ

การรั่วไหลของNr (ไนโตรเจนที่ทำปฏิกิริยาได้)จากกิจกรรมของมนุษย์สามารถทำให้เกิดการสะสมของไนเตรตในแหล่งน้ำธรรมชาติ ซึ่งอาจส่งผลเสียต่อสุขภาพของมนุษย์ การใช้ปุ๋ยไนโตรเจนมากเกินไปในภาคเกษตรกรรมเป็นแหล่งสำคัญของมลพิษไนเตรตในน้ำบาดาลและน้ำผิวดิน^{[ 80 ] [ 81 ]}เนื่องจากไนเตรตมีความละลายสูงและมีการกักเก็บในดินต่ำ จึงสามารถหลุดออกจากชั้นดินด้านล่างไปยังน้ำบาดาลได้ง่าย ทำให้เกิดมลพิษไนเตรตแหล่งกำเนิดมลพิษไนเตรตในน้ำบาดาลอื่นๆ ที่ไม่ใช่จุดกำเนิดมาจากการเลี้ยงปศุสัตว์ การปนเปื้อนจากสัตว์และมนุษย์ และขยะจากเทศบาลและอุตสาหกรรม เนื่องจากน้ำบาดาลมักใช้เป็นแหล่งน้ำประปาหลัก มลพิษไนเตรตจึงสามารถขยายจากน้ำบาดาลไปยังน้ำผิวดินและน้ำดื่มได้ในระหว่าง การผลิต น้ำดื่มโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับแหล่งน้ำประปาชุมชนขนาดเล็ก ซึ่งมีการใช้น้ำที่ไม่ได้รับการควบคุมอย่างเหมาะสมและไม่ถูกสุขอนามัย^{[ 82 ]}

มาตรฐานน้ำดื่มขององค์การอนามัยโลก คือ ไนอาซิน 50 มิลลิกรัม−3L ⁻¹สำหรับการสัมผัสในระยะสั้น และสำหรับNO 3 มก.−3ผลกระทบเรื้อรังL ^{−1 [ 83 ]}เมื่อไนเตรตเข้าสู่ร่างกายมนุษย์ มันสามารถทำปฏิกิริยากับสารประกอบอินทรีย์ผ่าน ปฏิกิริยา ไนโตรเซชันในกระเพาะอาหารเพื่อสร้างไนโตรซามีนและไนโตรซาไมด์ซึ่งเกี่ยวข้องกับมะเร็งบางชนิด (เช่นมะเร็งช่องปากและมะเร็งกระเพาะอาหาร ) ^{[ 84 ]}

กิจกรรมของมนุษย์ได้เปลี่ยนแปลงวัฏจักรไนโตรเจนทั่วโลกอย่างมาก โดยก่อให้เกิดก๊าซไนโตรเจนที่เกี่ยวข้องกับมลภาวะไนโตรเจนในบรรยากาศโลก แหล่งที่มาของ ไนโตรเจนที่ทำปฏิกิริยาได้ (Nr) ในบรรยากาศมีหลายแหล่งแหล่งไนโตรเจนที่ทำปฏิกิริยาได้จากภาคเกษตรกรรมสามารถก่อให้เกิดการปล่อยแอมโมเนีย ( NH₃ ₎และไนโตรเจนออกไซด์ ( NOx) สู่บรรยากาศ_x) และไนตรัสออกไซด์ ( N )₂กระบวนการเผาไหม้ในการ ผลิตพลังงาน การขนส่ง และอุตสาหกรรม ยังสามารถก่อให้เกิดไนโตรเจนที่ทำปฏิกิริยาได้ใหม่ผ่านการปล่อยNO ออกมา_xผลิตภัณฑ์ของเสียที่ไม่ได้ตั้งใจ เมื่อไนโตรเจนที่ทำปฏิกิริยาเหล่านี้ถูกปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศด้านล่าง พวกมันสามารถกระตุ้นให้เกิดหมอกควันฝุ่นละอองและละอองลอย ซึ่งทั้งหมดนี้เป็นสาเหตุสำคัญที่ทำให้เกิดผลกระทบต่อสุขภาพของมนุษย์จากมลพิษทางอากาศ^{[ 85 ]}ในชั้นบรรยากาศNO₂สามารถถูกออกซิไดซ์เป็นกรดไนตริก ( HNO₃) ได้₃และยังสามารถทำปฏิกิริยากับNH ได้อีกด้วย₃เพื่อก่อตัวเป็นแอมโมเนียมไนเตรต ( NH₄NO₃ ₎ซึ่งช่วยให้เกิดการก่อตัวของไนเตรตในรูปอนุภาคได้ง่ายขึ้น นอกจากนี้NH₄⁺ ยัง_...3สามารถทำปฏิกิริยากับก๊าซกรดอื่นๆ ( กรด ซัลฟิวริกและกรดไฮโดรคลอริก ) เพื่อสร้างอนุภาคที่มีแอมโมเนียม ซึ่งเป็นสารตั้งต้นของ อนุภาค แอโรซอลอินทรีย์ ทุติยภูมิ ในหมอกควันจากปฏิกิริยาเคมีแสง^{[ 86 ]}

• ขอบเขตของโลก  – ขีดจำกัดของผลกระทบที่ปลอดภัยต่อระบบนิเวศของโลก
• วัฏจักรฟอสฟอรัส  – วัฏจักรทางชีวธรณีเคมี

• "เคมีทางทะเล" . MIT OpenCourseWare.