El ciclo del nitrógeno: fijación, nitrificación y desnitrificación

Esta lección es parte de Temario de Biología de Undécimo año Lección 11 de 20

Por Andrea del Carmen actualizado el 26 de octubre de 2026 9 min de lectura

El aire que respiras es casi un 78 % nitrógeno. Aun así, una planta de maíz puede crecer pálida y débil por falta de nitrógeno, y los agricultores invierten en fertilizantes nitrogenados. ¿Cómo puede faltar algo que abunda tanto? La respuesta está en el ciclo del nitrógeno, y sus protagonistas son microorganismos que no vemos.

En esta lección vas a conocer los reservorios del nitrógeno, los procesos biológicos que lo transforman, el papel de las bacterias nitrificantes y desnitrificantes, por qué el nitrógeno puede limitar la vida en el océano y cómo las actividades humanas han alterado este ciclo.

Definición

El ciclo del nitrógeno es el conjunto de procesos, la mayoría realizados por microorganismos, con los que el nitrógeno pasa del aire (N₂) a formas que los seres vivos pueden aprovechar, como el amonio y el nitrato; recorre las cadenas tróficas y finalmente regresa a la atmósfera.

Por qué los seres vivos necesitan nitrógeno#

El nitrógeno forma parte de los aminoácidos, con los que se construyen las proteínas; de los ácidos nucleicos (ADN y ARN), que guardan la información genética; del ATP, que transporta energía, y de la clorofila de las plantas. Sin nitrógeno, ningún ser vivo puede crecer ni reproducirse.

El problema es que el nitrógeno del aire es N₂: dos átomos unidos por un enlace triple muy fuerte, que las plantas y los animales no pueden romper. Según el Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS), los seres vivos necesitan nitrógeno fijado, es decir, en forma de nitrato, nitrito, amonio o nitrógeno orgánico.

Dónde está el nitrógeno: los reservorios#

Reservorio	Forma principal del nitrógeno
Atmósfera	Gas nitrógeno (N₂): según la NOAA, es el 78,084 % del aire seco. También hay trazas de óxido nitroso (N₂O) y de otros óxidos de nitrógeno.
Suelo	Materia orgánica, amonio (NH₄⁺) y nitrato (NO₃⁻)
Agua dulce y océanos	Nitrato, amonio, N₂ disuelto y materia orgánica
Seres vivos	Proteínas, ácidos nucleicos y otras moléculas orgánicas

El reservorio más grande, la atmósfera, es justamente el que los seres vivos no pueden usar directamente. Por eso todo el ciclo depende de la puerta de entrada: la fijación.

Los procesos biológicos del ciclo#

Proceso	Qué ocurre	Quién lo realiza
Fijación	El N₂ del aire se convierte en amoníaco (NH₃), que en el agua del suelo pasa a amonio	Bacterias de vida libre, cianobacterias y rizobios (como Rhizobium) en los nódulos de las raíces de leguminosas (frijol, soya, maní)
Asimilación	Las raíces absorben amonio y nitrato y la planta forma aminoácidos, proteínas y ácidos nucleicos; los consumidores los obtienen al comer	Plantas y algas; luego, toda la red trófica
Amonificación	El nitrógeno de restos, heces y orina vuelve a ser amonio	Bacterias y hongos desintegradores
Nitrificación	El amonio se oxida a nitrito (NO₂⁻) y el nitrito, a nitrato	Bacterias nitrificantes, como Nitrosomonas (primer paso) y Nitrobacter (segundo paso), en presencia de oxígeno
Desnitrificación	El nitrato se transforma en N₂ (y algo de N₂O) que regresa a la atmósfera	Bacterias desnitrificantes, en suelos y sedimentos sin oxígeno

También hay una fijación sin seres vivos: la energía de los rayos une el nitrógeno y el oxígeno del aire en óxidos de nitrógeno, que la lluvia lleva al suelo en forma de nitrato.

El frijol y sus bacterias#

En las raíces del frijol se forman unas bolitas llamadas nódulos, donde viven bacterias Rhizobium. Es una relación de beneficio mutuo: la planta les da azúcares de la fotosíntesis y las bacterias le dan nitrógeno fijado. En un estudio publicado en 1995 en la revista Agronomía Mesoamericana, de la Universidad de Costa Rica, la investigadora Floribeth Mora, de la Universidad Nacional, aisló 131 cepas nativas de Rhizobium en zonas frijoleras del país y encontró que su capacidad de fijar nitrógeno variaba de una cepa a otra. Por eso se buscan cepas eficientes para inocular las semillas.

Nitrificantes y desnitrificantes: dos equipos opuestos#

Las bacterias nitrificantes necesitan oxígeno y obtienen su energía al oxidar el amonio y el nitrito, sin usar luz: son autótrofas quimiosintéticas. Producen el nitrato, una forma que las plantas absorben con facilidad, pero que también se disuelve bien en el agua y puede ser arrastrada hacia ríos y acuíferos.

Las bacterias desnitrificantes viven donde falta el oxígeno, como en suelos encharcados, pantanos, manglares y sedimentos. Usan el nitrato en lugar del oxígeno para respirar (respiración anaerobia) y lo convierten en N₂, con lo que cierran el ciclo. En los humedales ayudan a limpiar el agua de nitratos, pero una parte sale como óxido nitroso, que la NASA incluye entre los principales gases de efecto invernadero.

El nitrógeno, limitador de la vida en el océano#

Un ser vivo crece solo hasta donde se lo permite el recurso que más escasea, al que se llama factor limitante. Según el USGS, el crecimiento de las algas suele estar limitado por la disponibilidad de fosfato o de nitrato.

En el mar, el fitoplancton es la base de la red trófica. La NASA explica que necesita nutrientes como el nitrato, el fosfato, el silicato y el calcio, y que es escaso en las zonas remotas del océano porque allí los nutrientes son pocos; donde hay poco nitrato prosperan algunas especies capaces de fijar nitrógeno. El fitoplancton abunda, en cambio, en las zonas de afloramiento, donde los vientos y las corrientes suben a la superficie agua profunda rica en nutrientes. Durante un fenómeno de El Niño, el afloramiento del Pacífico ecuatorial se debilita y la productividad del fitoplancton cae.

Como todo lo demás en el mar depende del fitoplancton, la cantidad de nitrógeno disponible en la base influye en cuánta vida puede sostener toda la red: zooplancton, peces, aves marinas y, también, la pesca.

Origen natural y antropogénico del nitrógeno#

Origen natural	Origen antropogénico (humano)
Fijación biológica por bacterias y cianobacterias	Fertilizantes sintéticos, fabricados al fijar industrialmente el N₂ del aire
Fijación por rayos	Combustión de carbón y gasolina, que libera óxidos de nitrógeno
Descomposición de restos y desechos de los seres vivos	Estiércol de la ganadería y aguas residuales

Cuando llega más nitrógeno del que el ecosistema puede usar, el exceso causa problemas. Según el USGS, el nitrógeno de más en el agua estimula el crecimiento excesivo de plantas acuáticas y algas, lo que puede llevar a la eutrofización de lagos y embalses; el agua de drenaje agrícola puede llevarlo hasta la costa y provocar condiciones de falta de oxígeno (hipoxia). Además, demasiado nitrato en el agua de consumo puede ser dañino para los bebés pequeños. Y la FAO advierte que un compost mal terminado, con exceso de amonio, puede perder nitrógeno y contaminar aguas superficiales y subterráneas.

Sembrar leguminosas, como el frijol, en rotación o junto con otros cultivos.
Fertilizar según un análisis de suelo, en la dosis y el momento adecuados.
Mantener el suelo cubierto y conservar la vegetación a orillas de ríos y quebradas.
Tratar las aguas residuales y usar compost bien maduro.

Ejemplo. La urea, CO(NH₂)₂, es un fertilizante nitrogenado muy usado. Con masas atómicas redondeadas (C = 12, O = 16, N = 14, H = 1), ¿qué porcentaje de su masa es nitrógeno y cuántos kilogramos de nitrógeno hay en un saco de 45 kg?

Solución. Masa molar: 12 + 16 + 2 × (14 + 2 × 1) = 60 g/mol, de los cuales 2 × 14 = 28 g son nitrógeno. Porcentaje: 28 ÷ 60 × 100 ≈ 46,7 %. En un saco de 45 kg: 45 × 28 ÷ 60 = 21 kg de nitrógeno. Lo que las plantas no alcanzan a absorber puede terminar, como nitrato, en el agua: por eso importa aplicar solo lo necesario.

Ponte a prueba#

¿Por qué una planta puede sufrir falta de nitrógeno si el aire tiene casi un 78 % de este gas?#

Porque el nitrógeno del aire es N2, una molécula con un enlace triple muy fuerte que las plantas no pueden romper. Ellas solo absorben nitrógeno fijado, sobre todo amonio y nitrato. Para que el nitrógeno del aire llegue a las plantas tiene que ser fijado por bacterias, cianobacterias, los rayos o la industria de fertilizantes. Si en el suelo hay poco nitrógeno fijado, la planta lo sufre aunque el aire esté lleno de N2.

¿Qué diferencia hay entre las bacterias nitrificantes y las desnitrificantes?#

Las nitrificantes viven donde hay oxígeno y transforman el amonio en nitrito y luego en nitrato, con lo que obtienen energía; así producen nitrato que las plantas pueden absorber. Las desnitrificantes viven donde falta oxígeno, como en suelos encharcados o sedimentos, y usan el nitrato para respirar en lugar del oxígeno, convirtiéndolo en gas nitrógeno que regresa a la atmósfera. Unas ponen el nitrógeno a disposición de las plantas; las otras cierran el ciclo.

¿Por qué sembrar frijoles puede mejorar la fertilidad de un suelo?#

Porque el frijol es una leguminosa: en los nódulos de sus raíces viven bacterias Rhizobium que fijan el nitrógeno del aire y lo convierten en formas que la planta usa. La planta les da azúcares a cambio. Cuando las raíces, los tallos y las hojas del frijol se descomponen, ese nitrógeno queda en el suelo como amonio y nitrato, disponible para el siguiente cultivo. Así se necesita menos fertilizante sintético.

¿Cómo puede el exceso de fertilizante nitrogenado provocar la muerte de peces en una laguna o en la costa?#

El nitrógeno que las plantas no absorben puede ser arrastrado por la lluvia o el riego hasta ríos, lagunas y costas. Allí funciona como abono para las algas, que crecen en exceso. Cuando esas algas mueren, las bacterias que las descomponen consumen el oxígeno disuelto en el agua. Si el oxígeno baja demasiado, se produce hipoxia: los peces y otros animales mueren o huyen, y se forma una zona muerta.

¿Por qué se dice que el nitrógeno puede limitar la vida en el océano?#

Porque el fitoplancton, la base de la red trófica marina, necesita nitrato y otros nutrientes para crecer, y en muchas zonas del océano esos nutrientes escasean. Según el USGS, el crecimiento de las algas suele estar limitado por el fosfato o el nitrato. Si falta nitrógeno, crece menos fitoplancton y hay menos alimento para el zooplancton, los peces y el resto de la red, incluida la pesca.