氮循环
自然界氮循环过程
自然界氮循环是描述氮在自然界中如何被循环和再利用的过程。
氮是生物体的重要组成元素，对生命活动有着至关重要的作用。
然而，大气中的氮气（N2）对于大多数生物来说是无法直接利用的，因此需要通过一系列的化学反应和生物过程，将氮气转化为生物可利用的氮化合物。
氮循环的主要环节包括氮的固定、氨化作用、硝化作用、反硝化作用和有机氮的合成。
首先，氮的固定是将大气中的氮气转化为氨或其他含氮化合物的过程。
这个过程可以分为生物固氮和非生物固氮两种。
生物固氮主要是由一些特定的微生物（如豆科植物根瘤菌）完成的，而非生物固氮则通过高温、高压或闪电等自然条件实现。
接下来是氨化作用，即有机氮化合物被微生物分解产生氨的过程。
这个过程在土壤中进行，是氮循环的重要环节之一。
氨化作用产生的氨会被植物吸收利用，进一步参与生物体的代谢过程。
硝化作用是将氨转化为硝酸盐的过程，主要由硝化细菌完成。
硝酸盐是植物吸收氮的主要形式之一，通过植物的吸收和利用，氮元素得以进入生物体内部，参与生命活动。
反硝化作用是将硝酸盐还原为氮气的过程，主要在缺氧条件下由反硝化细菌完成。
这个过程是氮循环中氮元素返回大气的重要途径之一。
最后是有机氮的合成，即植物通过吸收氨或硝酸盐等无机氮源，将其转化为有机氮化合物的过程。
这个过程是植物生长和发育的基础，也是氮循环中氮元素得以在生物体内循环利用的关键环节。
总的来说，自然界氮循环是一个复杂而精致的生态系统过程，通过生物和非生物过程的相互作用，实现了氮元素在自然界中的循环和再利用。
这个过程对于维持生态系统的平衡和生物体的正常生命活动具有重要意义。
生态学中的氮循环
生态学中的氮循环氮是地球上最常见的元素之一，它存在于空气中、土壤中、水中和所有有机物中。
在生物系统中，氮是生命所需的重要元素之一，它参与了多种生物代谢过程。
而生态学中的氮循环则是指各种生物、非生物和化学过程将氮的不同形态转换为有机氮和无机氮（氨、硝态氮、亚硝态氮等）的物质循环过程。
氮循环的主要环节：氮固定、氨化、硝化、反硝化和矿化氮固定是氮循环中最重要的过程之一。
氮固定过程将空气中的氮通过生物固定（如豆科植物根圈内的根瘤菌）或非生物固定（如雷电、太阳辐射）的方式，固定成无机氮形式（氨、硝酸盐等）。
氨化则是生态系统中的重要过程之一，是指将营养物转换为氨的过程。
氨化由微生物媒介的蛋白质分解过程产生，并通过根际微生物将其转化为其他有机氮化合物。
硝化则是把氨或有机氮化合物转化为硝酸盐的过程，其中涉及到两种硝化菌：氨氧化细菌（AOB）和亚硝酸氧化细菌（NOB）。
AOB将氨转化为亚硝酸盐，而NOB则将亚硝酸盐转化为硝酸盐。
反硝化则是指由某些细菌进行的还原硝酸盐为氮气或亚氮化物（比如利用反硝化过程减轻一些农牧业产生的氮排放）的过程。
最后是矿化，这是生态系统中最基本的过程之一，它表示将有机物中的不同形式的氮转化为无机氮的过程。
此过程最常见于生物自然死亡、食物链的生物的排泄和泥沙沉淀等。
氮循环的生态意义氮循环是生态系统中重要的生态过程，有关氮素的呈现形式对于地表生物环境的稳定性、动态平衡的维护和生物生长发育、繁殖等都具有重要的影响。
不论是到草原、森林等自然生态系统还是到农田、城市等人为生态系统，氮循环的生态意义都不可忽略。
首先，氮循环是调控生态环境的重要手段。
当氮素形态和量的变化影响地表生物土壤的生物化学过程时，氮循环可以通过不断转化状态、主导形态与量的变化等方式来调节土壤微生物群落的数量、组成与作用，以达到生态稳定的目的。
其次，氮循环是生态系统能量流过程中产生能量的重要途径。
尤其是在地下水循环和地下生态系统中，氮循环对于维持自然生物系统的运转、人工生产以及国土环境生态安全保障具有极为重要的生态意义。
氮循环的三种方式
氮循环的三种方式
嘿，大家知道不，氮循环可有三种超有趣的方式呢！就好像一场奇妙的旅程，氮元素在不同的地方跑来跑去，可有意思啦！
先来说说第一种方式，生物固氮。
哎呀，这就像是大自然的一个小魔法！那些可爱的微生物们，就像勤劳的小工匠，把空气中的氮气给抓住，然后“变”成植物可以吸收的形式。
这不就跟我们小时候玩的过家家一样嘛，把这个变成那个，多好玩呀！植物们有了这些氮，就能茁壮成长啦。
没有这些微生物，植物们可就没那么滋润咯，那我们的世界得少多少绿色呀！
再讲讲氮的同化。
这就好像是氮元素去参加了一场盛大的宴会，在植物和微生物的体内尽情享受，被转化成各种有用的东西。
植物们通过光合作用制造出美味的食物，氮元素也在其中出了一份力呢。
然后动物们吃了植物，氮元素又跑到动物身体里去啦，这一路的旅程可真够精彩的呀！
最后说说硝化作用和反硝化作用。
这就像是氮元素坐了一趟刺激的过山车！硝化作用让氮元素不断变身，从一种形式变成另一种形式。
反硝化作用呢，则像是氮元素的一次大冒险，从比较复杂的形式又变回了氮气。
这一上一下的，氮元素可真是一刻也闲不下来呀！
大家想想看，如果没有这氮循环的三种方式，我们的世界会变成什么样呢？植物长不好，动物没吃的，我们人类的生活也会受到很大影响呀！所以说呀，这氮循环可真是太重要啦！我们得好好保护大自然，让氮循环能一直顺畅地进行下去。
这样我们才能一直享受这美丽的世界，享受大自然带给我们的一切呀！难道不是吗？
这氮循环的三种方式，就像三把神奇的钥匙，打开了大自然的秘密之门。
让我们一起好好珍惜这神奇的自然现象，一起守护我们的地球家园吧！。
氮循环途径及其特点
氮循环途径及其特点
1. 氮循环第一站那当然就是大气啦！大气中有着超多的氮气，就好像一个巨大的氮仓库呢！比如说，空气就在我们身边，我们时刻都在和这个大氮库亲密接触呀！
2. 然后呀，氮气会被一些特别厉害的微生物固定下来，这就像是它们把氮从大仓库里“搬”出来一样，豆科植物和根瘤菌的合作不就是这样嘛！
3. 接下来，这些被固定的氮就会在生物体内流转，就好像我们上班工作，会接触不同的任务和人一样。
动物吃植物，氮就跟着在生物链中传递呢，想想那些吃草的羊啊牛啊。
4. 动植物死后，氮又会通过分解者返回环境中，这不就跟人下班回家了一样嘛！比如土壤中的细菌分解动植物遗体，让氮再次回到“循环之路”。
5. 哎呀，还有一部分氮会在土壤中经过一系列变化，这过程就好比一场精心编排的舞蹈，复杂又有趣呢！像氮肥在土地里的转化。
6. 然后呢，有些氮会通过反硝化作用又回到大气中，这多神奇呀！就像是外出旅行的人最终还是要回到自己的家乡一样，那些从土壤中跑出来回到大气的氮就是这样。
7. 还有呀，人类的活动对氮循环的影响可大了呢！像使用化肥，这不就是人为地给氮循环“加了把劲”嘛？
8. 氮循环就是这么神奇又重要，它维持着生态系统的平衡和稳定呢！我们必须要好好保护它呀，不然生态系统可就要乱套啦，大家说是不是呢！。
自然界中的氮循环
这两个过程通常在不同的环境和条件下进行，但也有可能在同一环境 中同时进行。
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氮循环的影响因素
气候变化对氮循环的影响
气温升高
气温升高会导致土壤中氮的挥发和流失增加，影响氮 的固定和转化。
降水变化
降水量的增加或减少会影响土壤中氮的吸收和释放， 从而影响氮循环。
气形式存在。
氮循环涉及一系列生物和化学过程，包括固氮、硝化、反硝化
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等，对维持地球生态平衡和生物多样性具有重要意义。
氮循环的环节
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固氮
将空气中的游离态氮转化为含氮 化合物的过程，主要通过生物固 氮和工业固氮两种方式进行。
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反硝化
将硝酸盐还原为氮气，释放到大 气中的过程，是氮循环中重要的
脱氮过程。
促进生物多样性
氮循环过程中涉及多种微生物和植物的共生关系，促进了生物多样 性的发展。
减缓全球气候变化
通过固氮作用，将大气中的氮气转化为含氮化合物，有助于减缓全球 气候变化。
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氮的固定
自然固氮
生物固氮
通过微生物的作用，将大气中的氮气 转化为氨的过程，是自然固氮的主要 方式。
高温高压固氮
在高温高压条件下，地壳中的岩石和 矿物能够将大气中的氮气转化为氮化 合物。
反硝化作用通常发生在缺氧或 厌氧环境中，如土壤、水体等 。
反硝化作用是自然界氮循环的 另一个重要环节，能够将化合 态的氮转化为气态的氮，释放 到大气中。
硝化与反硝化的关系
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硝化作用和反硝化作用是自然界氮循环的两个相互联系的环节，它们 共同维持着氮的循环和平衡。
硝化作用将氨氧化成硝酸盐，为反硝化作用提供了所需的硝酸盐。
大气中的氮循环
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氮循环失衡的环境问题及对策
水体富营养化问题
富营养化定义
水体中氮、磷等营养物 质过多，导致藻类大量
繁殖，水质恶化。
来源
农业化肥、畜禽养殖、 生活污水等排放。
影响
破坏水生生态系统，影 响饮用水安全，增加水
处理成本。
防治措施
控制氮、磷排放，加强 污水处理，推广生态农
业。
大气氮氧化物污染问题
。
适量的氮素供应可以促进植物的 生长和发育，提高植物的产量和
品质。
缺氮会导致植物生长受阻，叶片 黄化，产量和品质下降；而过量 的氮素供应则可能导致植物过度
生长，易倒伏和感病。
对动物生存的影响
动物体内也需要一定量的氮， 用于合成蛋白质和其他含氮化 合物，维持正常的生理功能。
动物的饲料中需要含有适量的 氮素，以满足其生长发育和生 产需求。
氮的沉积
大气中的氮化合物通过干沉降和湿沉降等方式降落到地面和水体中。
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氮固定过程
生物固氮
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豆科植物固氮
通过根瘤菌等微生物，将 大气中的氮气转化为含氮 化合物，供给植物生长所 需。
非豆科植物固氮
部分非豆科植物也能与固 氮微生物共生，进行生物 固氮。
土壤中的固氮作用
土壤中的氮素可以通过微 生物的固氮作用得到补充 ，提高土壤肥力。
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人类活动对氮循环的影响
工业生产排放含氮废气
化石燃料燃烧
工业生产中大量使用煤炭 、石油等化石燃料，燃烧 过程中产生含氮废气，如 一氧化氮、二氧化氮等。
化工生产
氮肥、硝酸、炸药等化工 产品的生产过程中，会排 放大量含氮废气。
自然界的氮循环
氮的释放是指自然界中氮气被转化为其他氮化 合物的过程。
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火山活动可以将大量的氮气释放到大气中，同时岩 石风化也可以将氮气转化为硝酸盐等化合物。
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自然界的氮释放主要来源于火山活动、岩石风 化和微生物的固氮作用等。
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微生物的固氮作用是自然界中最重要的氮释放途径， 通过微生物的作用，大气中的氮气可以被转化为氨
等有机氮化合物。
氮的回归
土壤微生物固氮是指土壤中的微 生物将有机氮化合物转化为氨， 然后进一步转化为氮气。
自然界的氮回归主要通过生物呼 吸作用、土壤微生物固氮和燃烧 等途径实现。
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燃烧也是氮回归的一种途径，例 如森林火灾和草原火灾可以将有 机氮化合物转化为氮气。
生物呼吸作用是植物和动物将有 机氮化合物转化为氮气和二氧化 碳的过程，这是自然界中最重要 的氮回归途径。
某些植物能够通过自生固氮作用将大 气中的氮气转化为硝酸盐，供自身吸 收利用。
03 氮的转化
有机氮的转化
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有机氮的来源
有机氮主要来源于生物固氮和动植物残体的分解。
有机氮的转化过程
有机氮在微生物的作用下，经过一系列的分解和 转化，最终转化为氨、硝酸盐等无机氮形式。
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有机氮的转化意义
有机氮的转化是自然界氮循环的重要组成部分， 对于维持生态系统的平衡和稳定具有重要意义。
氮的回归是指自然界中有机氮化 合物被转化为氮气的过程。
氮的循环平衡
氮的循环平衡是指自然界中氮的释放和回归达 到动态平衡的状态。
在这种状态下，大气中的氮气浓度保持相对稳 定，同时各种有机氮化合物在生物和非生物界 之间进行循环转化。
如果氮的循环平衡被打破，例如过度的农业活 动导致土壤中氮素过量积累或大气中氮气浓度 过高，就会对环境和生态系统造成负面影响。
水体中氮循环的六个过程
水体中氮循环的六个过程水体中的氮循环是指氮元素在水体中不断转化和转移的过程。
它是水体中生物体生命活动所必需的重要元素之一。
氮循环包括氮的沉降、氮的固定、氮的硝化、氮的反硝化、氮的溶解和氮的沉降和沉积六个过程。
一、氮的沉降氮的沉降是指大气中的氮通过降雨等方式进入水体的过程。
大气中的氮主要以氮气（N2）的形式存在，通过降雨中的氮化合物（如氨气、硝酸盐等）溶解在水体中，从而完成氮的沉降过程。
氮的沉降是水体中氮循环的起始阶段。
二、氮的固定氮的固定是指将大气中的氮气转化为水体中的氮化合物的过程。
大气中的氮气是无法被大多数生物直接利用的，因为它是相对稳定的双原子分子。
氮的固定主要通过生物固定和非生物固定两种方式进行。
生物固定是指某些特定的细菌通过酶的作用将氮气转化为氨气或有机氮化合物，这种过程被称为生物固氮。
非生物固定是指一些非生物物质（如闪电、大气中的紫外线等）通过氧化反应将氮气转化为氮酸盐等氮化合物。
三、氮的硝化氮的硝化是指氨气或有机氮化合物转化为硝酸盐的过程。
氮的硝化主要由两个步骤组成，第一步是氨氧化，指氨气被氨氧化细菌氧化为亚硝酸盐；第二步是亚硝酸盐氧化，指亚硝酸盐被亚硝酸盐氧化细菌氧化为硝酸盐。
氮的硝化是水体中氮循环的重要环节，它将有机氮化合物中的氮转化为可被植物吸收利用的无机氮化合物。
四、氮的反硝化氮的反硝化是指硝酸盐还原为氮气的过程。
氮的反硝化主要由一些特定的细菌完成，这些细菌能够在缺氧条件下利用硝酸盐作为电子受体，将其还原为氮气并释放到大气中。
氮的反硝化是水体中氮循环的重要环节，它将水体中的硝酸盐还原为氮气，从而维持了水体中氮的平衡。
五、氮的溶解氮的溶解是指氮化合物在水体中的溶解和扩散的过程。
水体中的氮化合物主要以氨气、硝酸盐和有机氮化合物的形式存在。
氮的溶解是水体中氮循环的重要环节，它决定了水体中氮化合物的浓度和分布。
六、氮的沉降和沉积氮的沉降和沉积是指水体中的氮化合物沉降到水底并沉积下来的过程。
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氮循环
氮以多种形式存在地球环境中，这些形式的转化过程构成氮的循环(图)。
N2在空气中的数量最大，占空气的78%。
不过高等植物不利用N2，而只能同化固定状态的氮化物(如硝酸盐和铵盐等)。
将N2还原为NH4+或氧化成硝酸盐(NO3-)的过程叫固氮作用(nitrogen fixation)。
工业上在高温高压下，将N2和H2合成NH3。
每年以工业方法固定的氮约2.5×107吨，而自然界同样可以固定氮，每年全球达108多吨，为工业固氮的四倍。
自然界中的固氮作用10%通过闪电或火山活动、工业燃烧、森林火灾等完成，90%通过微生物完成。
某些微生物把空气中的游离氮固定转化为含氮化合物的过程，称为生物固氮作用(biological nitrogen fixation)。
植物吸收铵盐或硝酸盐后将它们转变为许多含氮有机物(主要是蛋白质)。
动植物和微生物的残骸及粪便是土壤中氮素的主要来源。
不过，植物并不能直接利用这些占土壤含氮量90%的含氮有机物。
土壤中含有少量的各种氨基酸。
它们来源于某些微生物的腐败或植物根的分泌。
植物根可以吸收这些氨基酸。
土壤有机氮通过土壤微生物的氨化作用(ammonification)转化成NH4+。
氨又可以通过细菌的硝化作用(nitrification)氧化成硝酸盐(NO3-)。
NH4+和NO3-都可以被植物根系吸收和利用。
土壤中的硝酸盐可以由某些嫌气细菌的反硝化作用(denitrification)转化成N2而从土壤中逸出。
图中概括了氮循环的基本过程。
陈润政，植物生理学，中山大学出版社。