水循環と窒素循環の大きな違いは、水循環が水の固体、液体、気体への変化を説明するのに対し、窒素循環は窒素のさまざまな化学形態への変換を説明することです。

物質循環は、生物と非生物の構成要素を持つ生態系において、物質がどのように移動するかを説明するものです。これは、地球化学的サイクルの違いによって説明されます。水循環は水の循環を、炭素、窒素、硫黄、リン、酸素の循環は地球上の動きを説明しています。個々のサイクルは、生物と非生物環境との間の物質の循環的な交換を示しています。

カタログ

1. 概要と主な違い 2. 水循環とは 3. 窒素循環とは 4. 水循環と窒素循環の類似点 5. 横並び比較-水循環と窒素循環の表形式 6. まとめ

水循環は何ですか？

水循環は、水が固体、液体、気体の間で変化または循環することを説明します。また、生態系における水の物理的な動きについても解説しています。地球上の水の総量から見ると、海に存在する97％以上が塩水である。地下水が占める割合はごくわずかで、淡水の1％にも満たない。

図01：水の循環

水循環を駆動する主なエネルギー源は太陽である。液体の水は、蒸発という過程を経て水蒸気（気体）になる。そして、大気中の水蒸気が凝縮して雲となり、それが雨となって地上に降り注ぐのが降水現象である。また、液体の水は凍ることで固体の氷になる。固体の氷は溶けて、再び液体の水になる。海水は蒸発し、雨となって陸地に戻ってくる。そして、水は川や地下水から地表に流れ（流出）、あるいは浸透して海へと流れていきます。植物は根から水を吸収しています。水は蒸散によって植物から大気中に戻ってくる。

窒素サイクル（Nitrogen cycle）は何ですか？

窒素循環は、生物地球化学の主要な循環の一つである。窒素のさまざまな形態への変化と、生態系を通じた循環を記述しています。窒素は、大気中では主に窒素ガス（N2）として存在する。地球の大気は、約78％が窒素で構成されています。窒素固定は、大気中の窒素を土壌の硝酸塩に変換する重要なプロセスである。窒素固定バクテリアによって行われる。窒素固定酵素と呼ばれる特殊な酵素を使って窒素を固定するのです。また、雷は窒素をアンモニウムイオン（NH4+）に変化させます。

図02：窒素の循環

アンモニウムイオンは、硝化細菌によって亜硝酸塩（NO2-）に変換される。さらに、硝化菌が亜硝酸塩を硝酸塩に変換する硝化作用があります。硝酸塩は、植物が利用する窒素の一種である。植物は土壌から硝酸塩を取り込みます（同化）。動物は窒素化合物を含む植物を食べています。植物や動物が死ぬと、分解者が窒素を土に戻してくれるのです。硝酸塩は、脱窒というプロセスによって、大気中で窒素に戻される。脱窒菌の働きで発生します。

水循環（ウォーターサイクル）と窒素循環の共通点

• 水循環と窒素循環は、2つの生物地球化学的循環である。
• この2つのサイクルは、物質（水と窒素）が生態系の生物的・物理的構成要素を通過していく様子を表しています。
• 水の循環は、窒素循環などにも大きな役割を果たしています。
• どちらのサイクルも自然なプロセスを含んでいます。
• 生命維持に必要な栄養素を生態系に補充する役割を担っているのです。
• どちらのサイクルもバランスがとれています。
• 生態系を正しく機能させるために、非常に重要な存在です。

水循環（ウォーターサイクル）と窒素循環の違い

水循環と窒素循環は、重要な生物地球化学的循環である。水を循環させる生物地球化学サイクルが水循環、窒素を循環させる生物地球化学サイクルが窒素循環である。これが、水循環と窒素循環の決定的な違いなんですね。さらに、水循環にはバクテリアが関与していないのに対し、窒素循環の多くのプロセスはバクテリアが担っている。

下表は、水循環と窒素循環の違いをまとめたものです。

概要 - 水循環（ウォーターサイクル） vs. 窒素循環

生態系には、水循環と窒素循環という2つの大きな循環があります。水循環は、生態系における水の循環を説明するものです。窒素循環は、生態系の生物（biotic）と非生物（abiotic）の構成要素を通しての窒素のリサイクルを記述しています。水はリサイクルされることで状態が変化し、窒素はリサイクルされることで化学形が変化します。そのため、窒素循環は水循環よりも複雑である。そこで、本稿では、水循環と窒素循環の違いについて整理した。

引用

1『水の循環（記事）｜エコロジー｜カーン・アカデミー』。カーンアカデミー、2020年、2「窒素循環：プロセス、プレーヤー、人間の影響|Learning science at Scitable」。ネイチャー・ドット・コム2020