Een aantal micro-organismen zetten nitraat om in stikstofgas (di-stikstof), als er weinig of geen zuurstof beschikbaar is in de bodem. Hierdoor is de stikstof niet langer beschikbaar voor planten. Bij de denitrificatie komt naast N₂ altijd nog een kleine hoeveelheid N₂O (lachgas) als tussenstof vrij. Als er veel stikstofverbindingen in de bodem zitten, bijvoorbeeld door bemesting, is de hoeveelheid lachgas groter. Lachgas is een broeikasgas.

...

Stikstoffixatie is een chemisch proces waarbij di-stikstof (N₂) in de lucht wordt omgezet in ammoniak (NH₃) of andere stikstofhoudende verbindingen. Rond 2015 werd door mensen 1 1/2 keer zoveel stikstof gefixeerd dan in de natuur, door micro-organismen, gefixeerd wordt. Hiervoor wordt overwegend het Haber-Bosch proces gebruikt, dat ontdekt werd door Fritz Haber tijdens zijn onderzoek naar het produceren van explosieven. De twee atomen van di-stikstof (N₂), hebben een sterke, driedubbele, verbinding. Het verbreken van deze verbinding gebeurt onder hoge druk (150-250 atmosfeer) en een temperatuur tussen de 400 en 550°C.. Daarom is voor het fixatie proces veel energie nodig.

...

Van nature halen micro-organismen stikstof uit planten die vergaan, uitwerpselen van dieren en dode dieren. Maar ze kunnen ook di-stikstof uit de atmosfeer halen. Deze di-stikstof en de di-stikstof die door de regen op de bodem is terechtgekomen, wordt door de micro-organismen gefixeerd. Dat wil zeggen dat di-stikstof (N₂) wordt omgezet in ammoniak (NH₃) of andere stikstofhoudende verbindingen. De mens grijpt hierop in door industrieel geproduceerde stikstof toe te voegen aan de bodem. Dit noem je bemesten. Meestal wordt een mix van voedingsstoffen toegevoegd in de vorm van kunstmest.
Deze voedingsstoffen worden niet helemaal opgenomen. Dat komt bijvoorbeeld doordat het hele veld bemest wordt en niet alleen rond de wortels van de plant, en omdat delen van de bodem vruchtbaarder zijn dan andere, maar er overal evenveel mest wordt toegevoegd. De voedingsstoffen die niet gebruikt worden komen, volgens de laatste gegevens uit 2015, voor 1/3 in de atmosfeer terecht en voor 1/3 in het water. Een deel blijft in de bodem achter en stimuleert de groei van stikstofminnende planten, zoals brandnetels en bramen, die concurreren met andere begroeiing.

De stikstof die in het water terechtkomt stimuleert de groei van stikstofminnende waterplanten, zoals algen. Algen groeien aan de oppervlakte van het water en een dichte algengroei neemt het zonlicht van andere planten en dieren weg. Als algen doodgaan en naar de bodem zinken en gaan rotten wordt er zuurstof verbruikt, waardoor het zuurstofgehalte van het water afneemt. Een uit de hand gelopen algengroei is daarom slecht voor het andere leven in de buurt. Dit proces noem je eutrofiëring en het leidt tot dode zones, zoals in de Baltische Zee.

De stikstofverbindingen die in de atmosfeer terecht komen zijn het resultaat van denitrificatie. Meer informatie vind je daar.

...

Uitwerpselen van dieren en de resten van dode planten en dieren komen op de bodem terecht. Hier worden ze afgebroken door schimmels en micro-organismen. Maar niet alle resten worden afgebroken. Een deel wordt afgezet in de bodem of, voor oever- en waterplanten en dieren die rond of in het water leven, op de bodem van de zee of een meer.  De fossiele brandstoffen, zoals steenkool en aardolie, hebben een dergelijk proces ondergaan, dat miljoenen jaren heeft geduurd.  We hebben deze voorraden gevonden en ontdekten dat het energiebronnen zijn. Het duurder langer voor we ontdekten dat we tijdens het verbranden van fossiele brandstoffen schadelijke gassen uitstoten, zoals broeikasgassen. Broeikasgassen zijn gassen in de atmosfeer die bijdragen aan het vasthouden van warmte in de atmosfeer en daarmee aan het verhogen van de gemiddelde temperatuur.  De belangrijkste broeikasgassen zijn CO₂, methaan (CH₄), lachgas en waterdamp. Lachgas (N₂O, distikstofoxide) komt vooral vrij uit grond die bemest is met kunstmest of dierlijke mest. Lachgas is een zeer sterk broeikasgas: 1 kilo lachgas heeft hetzelfde effect als 265 kilo CO₂.

Naast N₂O worden ook stikstofoxides uitgestoten. De som van stikstofmonoxide (NO) en stikstofdioxide (NO₂) wordt stikstofoxiden (NO_x) genoemd. Stikstofmonoxide (NO) is een gas dat ontstaat bij de verbranding van fossiele brandstoffen, bijvoorbeeld door het verkeer, maar ook door het verbranden van biomassa. Biomassa is het biologisch afbreekbare gedeelte van producten, afvalstoffen, en plantaardig en dierlijk restmateriaal van de land- en bosbouw, en van industrieel en huishoudelijk afval.  In de lucht wordt  het uitgestoten stikstofmonoxide (NO)  vrij snel omgezet tot stikstofdioxide (NO₂).

Stikstofdioxide kan voor mensen schadelijk zijn. Dat komt omdat het door kan dringen tot in de kleinste vertakkingen van de luchtwegen. Bovendien slaan stikstofoxiden neer in de natuur. Daardoor wordt de bodem verrijkt met stikstof, ook in natuurgebieden. Dit stimuleert de groei van stikstofminnende planten, die andere plantengroei verdringen. Hierdoor neemt de biodiversiteit af.  Verder veroorzaken stikstofoxiden een derde deel van de zure regen op aarde, doordat deze worden omgezet in salpeterzuur (HNO₃).  Zure regen heeft verschillende negatieve effecten, onder andere het verstikken van poriën in de bladeren van planten, waardoor ze afsterven, en het verzuren van de bodem. Hierdoor ontstaat een calciumtekort bij onder meer vogels.