Stickstoffkreislauf, kreislaufförmige, natürliche Umsetzung von Stickstoff mit allen seinen Verbindungen, einer der wichtigsten Stoffkreisläufe (siehe Ökologie).

Stickstoff, ein wesentlicher Bestandteil der Aminosäuren, ist eines der zentralen chemischen Elemente des Lebens und Baustein aller Lebewesen. Etwa 78 Volumen-Prozent der Erdatmosphäre bestehen daraus. Als Gas kommt der Stickstoff in Form des N₂ vor, einem chemisch trägen Molekül aus zwei Stickstoffatomen. Bevor er von lebenden Organismen genutzt werden kann, muss der gasförmige Stickstoff erst in eine verwertbare Form umgewandelt werden. Dies wird durch den Stickstoffkreislauf erreicht, bei dem N₂ in Ammonium und Nitrate umgewandelt wird. Der Kreislauf findet zu einem wesentlichen Teil im Boden statt, und diese beiden dabei entstehenden Verbindungen sind reversibel an die Bodenteilchen gebunden und damit für die Pflanzenwurzeln verfügbar. Auch unter dem Einfluss hoher Energien, wie sie durch Blitze und kosmische Strahlung geliefert werden, können sich atmosphärischer Stickstoff und Sauerstoff miteinander zu Nitraten verbinden, die wiederum mit den Niederschlägen auf die Erdoberfläche gelangen. Den größten Teil der Stickstoffumwandlung macht jedoch die biologische Fixierung (siehe Stickstofffixierung) aus; sie wird durch verschiedene Lebewesen bewerkstelligt: durch frei lebende, Stickstoff bindende Bakterien; durch symbiotische Bakterien, die an den Wurzeln mancher Pflanzen leben (siehe Hülsenfrüchtler); Cyanobakterien; Strahlenpilze (in Symbiose vor allem mit Erlen, aber auch mit anderen Pflanzen wie Gagelsträuchern und Sanddorn); bestimmte Flechtenarten und vermutlich auch Epiphyten in tropischen Wäldern.

Der in Form von Ammoniak und Nitraten gebundene Stickstoff wird direkt von den Pflanzen aufgenommen und über verschiedene Stoffwechselvorgänge in ihrem Gewebe als Pflanzenprotein eingelagert. Anschließend gelangt der Stickstoff dann über die Nahrungskette von Pflanzen über Pflanzenfresser bis zu den Fleischfressern (siehe Nahrungsnetz). Wenn Pflanzen und Tiere sterben, werden die Stickstoffbestandteile durch Zersetzung in Ammoniak aufgespalten, ein Vorgang, der Ammonifikation genannt wird. Ein Teil dieses Ammoniaks wird von den Pflanzen wieder aufgenommen, der Rest löst sich in Wasser und wird ausgewaschen – dies ist möglich aufgrund der reversiblen, lockeren Bindung an die Bodenteilchen – oder verbleibt im Boden, wo er von Mikroorganismen in Nitrate und Nitrite umgewandelt werden kann – diesen Vorgang nennt man Nitrifikation. Nitrate können im Humus gespeichert oder ebenfalls (noch leichter als Ammonium) aus dem Boden ausgewaschen werden. Sie können aber auch durch einen Denitrifikation genannten Prozess wieder in freien Stickstoff (N₂) umgewandelt werden und als Gas in die Atmosphäre entweichen.

In natürlichen Systemen geht Stickstoff durch Denitrifikation, Auswaschung (oft auch Auslaugung genannt), Bodenerosion und ähnliche Prozesse verloren, wird jedoch durch Stickstofffixierung und andere Stickstoffquellen wieder ersetzt. Menschliches Eingreifen in den Stickstoffkreislauf kann aber dazu führen, dass weniger Stickstoff als natürlicherweise im Umlauf ist oder dass das System überfrachtet ist. So haben z. B. die Bearbeitung landwirtschaftlicher Flächen, der Entzug durch die Ernte und die Rodung von Wäldern zu einem steten Absinken des Stickstoffgehalts im Boden geführt. Einige der Verluste können durch das Ausbringen von Stickstoffdünger ausgeglichen werden, die jedoch im Falle der Kunstdünger (Mineraldünger) in sehr energieaufwendigen chemischen Prozessen (das Haber-Bosch-Verfahren, siehe Fritz Haber) hergestellt werden. Andererseits hat die Auslaugung von Stickstoff aus überdüngten Anbauflächen, abgeholzten Waldgebieten, gelagertem Tiermist bzw. Kompost sowie Abwässern den Wasserökosystemen (Bächen, Flüssen, Seen, aber auch Meeren) sehr viel Stickstoff zugeführt, wodurch sich die Wasserqualität vielerorts verringert und übermäßiges Algenwachstum angeregt wurde. Ausgewaschene Nitrate, die überwiegend aus der landwirtschaftlichen Düngung stammen, können ins Grundwasser und dadurch auch ins Trinkwasser gelangen. Sie stellen eine zunehmende Gefahr für die menschliche Gesundheit dar, da die Nitrate im Körper in krebserregende Nitrosamine umgewandelt werden können. Darüber hinaus wird Stickstoffdioxid, das bei Verbrennungsprozessen entsteht und über Autoabgase und Kraftwerke in die Atmosphäre gelangt, in den oberen Luftschichten aufgespalten und bildet Ozon und besitzt damit weit reichende Folgen für das gesamte Erdklima (siehe Ozonschicht). Weiterhin reagiert es mit anderen atmosphärischen Schadstoffen und kann unter bestimmten Bedingungen zu photochemischem Smog führen.