Ammonifiering är ett viktigt steg i kvävets kretslopp, ett naturligt kretslopp som gör jordens försörjning av detta väsentliga element tillgänglig för levande organismer. Det utförs av en mängd olika mikroorganismer som finns i jord och vatten, som bryter ner proteiner och aminosyror i döda växt- och djurmaterial, och avföring, som frigör ammoniak, som vanligtvis hålls kvar i marken eller vatten i form av ammoniumjonen . Andra grupper av mikroorganismer omvandlar sedan detta till nitrat, som kan absorberas av växter och upprätthåller cykeln. Ammonifiering är därför avgörande för allt växt- och djurliv på planeten. Inom jordbruk och trädgårdsodling ger tillsatsen av kompost och gödsel till jorden en extra kvävekälla för ammonifiering.
Kvävets kretslopp
Kväve är nödvändigt för alla livsformer eftersom det krävs för aminosyror, proteiner och DNA; men även om det är rikligt i atmosfären, kan det inte absorberas direkt i sin elementära form av de flesta organismer. Vissa typer av jordbakterier kan fånga atmosfäriskt kväve – en process som kallas kvävefixering – och kombinera det med väte för att producera ammoniak, som sedan oxideras genom att nitrifierande bakterier till nitriter och sedan till nitrater. Denna form av grundämnet kan absorberas av växter och omvandlas till aminosyror, som är sammanlänkade för att bilda proteiner. Dessa föreningar återförs till jorden när växter, eller djur som äter dem, dör, och genom animaliskt avfall, men majoriteten av organismer kan inte absorbera och bearbeta dem: de måste först brytas ned till en lämplig form.
Ammonifiering är den process – utförd av en mängd olika mikroorganismer – som bryter ner proteiner, aminosyror och andra kvävehaltiga föreningar i dött och organiskt avfall för att bilda ammoniak. Proteiner delas först upp i aminosyror, som är föreningar som innehåller en amingrupp (NH2) av bakterier som använder enzymer som kallas proteaser. Aminosyrorna och andra föreningar med amingrupper, såsom nukleinsyror och urea, bryts sedan ned av mikroorganismer som kallas ammonifierande bakterier och frigör ammoniak (NH3). Detta löser sig i vatten och bildar vanligtvis ammoniumjoner (NH4+) genom att kombineras med vätejoner (H+) som finns rikligt i de flesta jordar. Detta ammonium oxideras till nitriter och nitrater genom nitrifierande bakterier, på samma sätt som kväve som har ”fixerats” från atmosfären.
Förlust av kväve från marken
Även om kväve under idealiska omständigheter återvinns i jorden, kan det ibland gå förlorat. Ammoniaken som frigörs vid ammonifieringsprocessen omvandlas vanligtvis till NH4+, som tenderar att stanna kvar i jorden, där den cyklas runt igen enligt beskrivningen ovan. I alkaliska jordar är dock inte H+-joner tillgängliga, och ammoniak, som är en gas, kan läcka bort, vilket resulterar i en förlust av kväve. En vanligare orsak till kväveförlust är utlakning av nitrater, som är mycket lösliga, genom vatten. Om någon av dessa processer sker i en högre takt än fixering, kan det uppstå en total förlust av elementet, vilket resulterar i dålig växttillväxt.
Ersätter förlorat kväve
Det finns två huvudsakliga sätt på vilka förlorat kväve kan ersättas på jordbruksmark och i trädgårdar. Nitratgödselmedel tillhandahåller grundämnet i en löslig, direkt användbar form och används ofta på gårdar. Nedbrytande organiskt material, såsom kompost och gödsel, tillhandahåller grundämnet genom ammonifiering av kväveföreningar av mikroorganismer. Gödselmedel kan ge snabbare resultat, men nitrater kan ibland tvättas bort innan de tas upp av växter. Kompost och gödsel har fördelen att användbar kväve frigörs långsammare, men spridning av gödsel på jordbruksmark kan orsaka problem med lukt för närboende.
Problem till följd av överskott av kväve
Jordbruksmetoder kan leda till att alltför stora mängder tillgängligt kväve kommer in i miljön. Till exempel kan nitrater som sköljs från jordbruksmark till vattendrag och sjöar leda till överdriven tillväxt av alger och andra mikroorganismer, ett fenomen som kallas övergödning. Om dessa föreningar hittar vägen till dricksvattnet kan de orsaka hälsoproblem. Dessa problem beror vanligtvis på överanvändning av nitratgödselmedel, men de kan också bero på ammonifiering och efterföljande nitrifiering av gödsel. Användning av alltför stora mängder organiskt avfall, såsom gödsel, kan också leda till en ansamling av ammoniak till nivåer som är giftiga för växter, när ammonifiering producerar mer av denna förening än vad nitrifierande bakterier kan klara av.