Spolu s kyslíkem, uhlíkem a vodíkem představuje dusík kvantitativně hlavní biogenní prvek. Ve vodách nebývá limitujícím prvkem. Jeho snížená koncentrace koresponduje s vysokým nárůstem fytoplanktonu zejména ve vegetačním období. Maxima koncentrace dusíku jsou zaznamenána na nádržích s vytvořeným vodním květem (viz eutrofizace). Podíl dusíku v ekosystému narůstá používáním dusíkatých hnojiv v zemědělství a dále spalováním fosilních paliv. Dusík se v přírodě vyskytuje v podobě atmosférické molekuly dusíku, anorganických sloučenin (amoniaku, dusitanu a dusičnanů) a organických sloučenin (nukleových kyselin, bílkovin a močoviny). Atomy dusíku jsou v molekule poutány pevnou trojnou vazbou, dávající dusíku vlastnost inertního plynu.

Koloběh dusíku je složitým systémem reakcí biologické fixace, amonifikace, nitrifikace a denitrifikace.

Přímo atmosférický dusík využívají organismy se schopností biologické fixace, umožněné enzymem nitrogenázou, která převádí dusík na amonné soli, glutamin a inkorporuje ho do vegetativní buňky. Biologickou fixaci provádějí symbiotičtí a volně žijící aerobní, anaerobní a fototrofní vazači atmosférického dusíku. Symbiotickým vazačem je hlízkatá bakterie rodu Rhizobium, žijící na kořenech bobovitých rostlin. Volně žijící vazači jsou aerobní bakterie rodu Azotobacter a anaerobní rod Clostridium. Dusičnany přijímané producenty se přeměňují na organickou hmotu bílkovin a nukleových kyselin. Pro zelené rostliny a pro vazbu atmosférického dusíku např. Azotobacterem je důležitý draslík (další biogenní prvek). Z fototrofních vazačů se jedná o zástupce sinic např. rody Anabaena a Aphanizomenon.

Dusík je do okolního prostředí uvolňován metabolismem či rozkladem uhynulých částí. Organicky vázaný dusík mineralizují chemotrofní bakterie na amoniak procesem amonifikace. Uvolněný amoniak dále využívají bakterie, řasy a nitrifikační bakterie. Nitrifikace je oxidace amoniaku na dusitany (nitritace) bakteriemi rodu Nitrosomonas a dusitanů na dusičnany (nitratace) bakteriemi rodu Nitrobacter (viz Skupina chemolitrofních bakterií). Proces probíhající v anaerobním prostředí je denitrifikace. Bakterie rodu Pseudomonas redukcí dusičnanů na plynný dusík získávají kyslík pro svůj metabolismus. Z exkrementů živočichů se do vodního prostředí dostává amoniak, močovina a kyselina močová. Na koloběhu dusíku se podílejí další typy bakterií, které rozkládají dusíkaté látky, např. amonizační bakterie a proteolytické bakterie.

  Grafy souvislostí do úrovně:      I       II       III