Proses Amonifikasi
Sebagian besar keberadaan N2 di dalam tanah dalam bentuk molekul anorganik. Organisme yang sudah mati diuraikan melalui proses hidrolisis yang menyebabkan protein terurai menjadi asam amino. Proses ini disebut deaminasi. Proses selanjutnya, asam amino yang sudah terbentuk dikonversi menjadi ammonia (NH3) dan proses ini disebut amonifikasi. Amonifikasi dibantu oleh beberapa mikroorganisme seperti bakteri dan jamur.
Amonia merupakan senyawa dalam bentuk gas, pada tanah yang kering mudah menguap, sebaliknya pada tanah yang lembab/basah ammonia terlarut dalam air dan membentuk ion ammonium (NH4+ ). Selanjutnya ion amonium dapat digunakan oleh bakteri dan tumbuhan untuk sintesa asam amino.
Walaupun demikian, pemanfaatan nitrogen oleh kebanyakan tumbuhan umumnya dalam bentuk NO3- karena NH4+ akan dioksidasi menjadi NO3- oleh bakteri nitrifikasi. Disamping itu ammonium/ammonia ini bersifat racun bagi tumbuhan dan dapat menghambat pembentukan ATP di kloroplas dan mitokondria.
Proses Nitrifikasi
Nitrifikasi merupakan proses oksidasi ion amonium menjadi nitrat (NO3-). Proses ini dilakukan oleh bakteri autotrof yang termasuk ke dalam genus Nitrosomonas dan Nitrobacter. Nitrosomonas akan mengoksidasi ion ammonium menjadi nitrit (NO2-) dan selanjutnya Nitrobacter akan mengoksidasi nitrit (NO2-) menjadi nitrat (NO3-).
Tumbuhan cenderung menggunakan nitrat (NO3-) sebagai sumber nitrogen untuk sintesa protein karena nitrat memiliki mobilitas yang lebih tinggi di dalam tanah dan lebih mudah terikat dengan akar tanaman daripada amonium. Meski sebenarnya ion amonium lebih efisien sebagai sumber nitrogen karena memerlukan lebih sedikit energi untuk sintesa protein, tetapi karena bermuatan positif maka lebih sulit dimanfaatkan karena sudah lebih dulu terikat oleh tanah lempung yang bermuatan negatif.
Proses Denitrifikasi
Dalam beberapa tahap selama berlangsungnya siklus nitrogen, terjadi pembebasan dan pengikatan N2 bebas (atmospheric nitrogen). Terlepasnya N2 bebas akibat suatu proses yang terjadi dalam siklus nitrogen disebut denitrifikasi, yang pada dasamya adalah konversi nitrat menjadi gas nitrogen. Beberapa spesies dalam genus Pseudomonas merupakan kelompok bakteri terpenting yang melaksanakan proses denitrifikasi dalam tanah.
Sejumlah jenis yang lain seperti Paracoccus, Thiobacillus, dan Bacillus juga mampu melakukan proses denitrifikasi. Bakteri-bakteri yang termasuk ke dalam kelompok ini adalah pada umumnya merupakan mikroorganisme yang aerob, tetapi pada kondisi anaerob mereka juga mampu menggunakan nitrat dalam situasi dimana oksigen berperan sebagai akseptor elektron akhir (anaerobic respiration). Proses denitrifikasi tidak menguntungkan bagi kesuburan tanah karena terjadi pembebasan N2 ke atmosfer dari senyawa nitrat.
