Cykl biogeochemiczne to krążenie pierwiastka w biosferze pomiędzy światem ożywionym, a nieożywionym.
Obieg węgla w przyrodzie
W atmosferze węgiel obecny jest w postaci dwutlenku węgla. Głównym jego źródłem jest oddychanie wewnątrzkomórkowe organizmów żywych (roślin, zwierząt, grzybów, protistów i prokariontów). Kolejnym znaczącym kanałem dopływu dwutlenku węgla jest spalanie paliw kopalnych w zakładach przemysłowych i w silnikach samochodowych. Znacznie mniejsze ilości dwutlenku węgla trafiają do atmosfery w wyniku uwalniania węgla ze skał węglanowych (zwłaszcza CaCO3). Pomiędzy atmosferą a wodami oceanicznymi zachodzi wymiana dwutlenku węgla – jej kierunek zależny jest od stężenia tego gazu (CO2 z atmosfery rozpuszcza się w wodzie lub jest z niej uwalniany).
Węgiel w postaci dwutlenku węgla pobierany jest w zasadzie jedną drogą – przez autotrofy, wykorzystujące go do przeprowadzenia procesu fotosyntezy. Najważniejszą grupę organizmów samożywnych stanowią rośliny, które pozyskany tym sposobem węgiel wykorzystują jako źródło energii oraz do budowy ciała. Dalej w łańcuchu troficznym węgiel trafia do konsumentów i reducentów.
Azot atmosferyczny nie jest dostępny dla organizmów wyższych. Jednak pod wpływem wyładowań atmosferycznych jego cząsteczki ulegają rozbiciu do atomów, które reagują z tlenem. W ten sposób powstają tlenki azotu. Te z kolei wchodzą w reakcje z wodą dając azotany, które są przyswajane przez rośliny. Tą drogą do biosfery trafia zaledwie 5% azotu.
W postaci cząsteczkowej azot jest przyswajany jedynie przez bakterie i sinice, które mają specjalny aparat enzymatyczny i mogą ponosić duże koszty energetyczne. Bakterie azotowe żyjące w glebie zdolne do asymilacji azotu należą do rodzaju Azotobacter i Clostridium. Włączają one azot do ekosystemu dwiema drogami – są zjadane przez pierwotniaki, czy nicienie lub jako martwa materia organiczna podlegają rozkładowi przez destruentów.
Bakterie z rodzaju Rhizobium żyją w symbiozie z korzeniami roślin motylkowych, które otrzymują od nich gotowe związki azotowe. Szczątki roślinne są rozkładane (przez bakterie lub grzyby) i użyźniają glebę.
Azot uwalniany z martwej materii organicznej (szczątki prokariontów, protistów, grzybów, roślin i zwierząt, odchody zwierząt) przez reducentów ma postać jonu amonowego (w rotworze wodnym) lub rzadziej amoniaku. Jony amonowe ulegają nitryfikacji – są utleniania przez bakterie nitryfikacyjne do soli azotowych. Za pierwszy etap, czyli utlenianie NH4+ do azotynów, odpowiadają bakterie z rodzaju Nitrosomas, za drugi, czyli utleniani azotynów do azotanów bakterie z rodzaju Nitrobacter. Dopiero w postaci soli azotowych azot może być przyswojony przez rośliny, które wbudowują go w swoje związki organiczne (białka i kwasy nukleinowe). Rośliny stanowią pokarm dla zwierząt, które również wbudowują azot w związki organiczne swojego ciała.
Azotany obecne w podmokłej glebie lub w osadach dennych mogą pod wpływem bakterii beztlenowych ulegać procesowi denitryfikacji, czyli redukcji do azotu cząsteczkowego, który zostaje uwolniony do atmosfery.