微生物和氮素循环
微生物在环境物质循环和污染物转化中的作用—氮循环
自然界中的氮素循环的原理
于是整个氮素循环完成，氮素循环包括固氮作用、氨化 作用、硝化作用和反硝化作用。
自然界中的氮素循环的原理
微生物
有机氮
无机氮 微生物 无机氮
植物及微生物的固定
微生物
微生物 无机氮
微生物 氮气
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自然界中的氮素循环的原理
理解了自然界氮素循环的原理，将为我们在今后学习含 氮污染物的生物降解奠定基础。
生物固氮
生物固氮是指大气中的分子氮通过微生物固氮酶的催 化而还原成氨的过程。
生物界只有原核微生物才具有固氮能力。 每年生物固氮的总量占地球上固氮总量的90%左右。
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2. 氨化作用
有机态N被微生物降解形成NH3的过程。
蛋白酶 蛋白质 水解 肽
肽酶 水解
氨基酸 降解 NH3
尿酶
CO(NH2)2+2H2O
(NH4)2CO3
氧化、水解、 还原脱氨基作用
2NH3+CO2+H2O 15
含氮有机物主要有：蛋白质、尿素、尿酸、核酸、几丁质、 氨基酸、胆碱等。
常将有机N转化成氨态和硝态氮的过程统称为矿化作用。 氨化菌主要有：芽孢杆菌、梭菌、色杆菌、变形杆菌、假单
胞菌、放线菌以及曲霉、青霉、毛霉、根霉等。
地球上固氮作用的途径有三种：生物固氮、大气固氮和工业 固氮。
在20世纪以前，土壤中的氮都是在自然氮循环过程中来自大 气。大气中含氮78%，主要通过生物固氮和大气放电固氮进 入土壤。
闪电等高空瞬间放电产生高能，使空气中的氮与水中的氢结 合，形成氨和硝酸。
工业固氮(化学法) 是在高温、高压条件下把氮气转变为氨。 13
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3. 硝化作用
土壤或水体中的氨态氮，在有氧条件下，经自养细菌的 氧化成为硝酸态氮的作用。
微生物对土壤养分循环与氮循环的影响
微生物对土壤养分循环与氮循环的影响土壤是生态系统中不可或缺的组成部分，其承载着丰富的微生物群落以及重要的养分循环过程。
微生物作为土壤中的重要参与者，对土壤养分循环以及氮循环发挥着重要的作用。
本文将探讨微生物对土壤养分循环与氮循环的影响，进一步加深我们对土壤生态功能的理解。
一、微生物在土壤养分循环中的作用1.有机质分解与养分释放土壤中的有机质主要由植物残体以及微生物的死亡体组成，而微生物在土壤中扮演着有机质降解的重要角色。
由于微生物能够分解有机物质，将其转化为无机养分，进而释放到土壤中，有效地提供植物所需的养分。
微生物通过腐殖质酶、蛋白酶等酶的分泌，将复杂的有机物分解为较简单的有机物，然后进一步分解为脂肪酸、糖类、氨基酸等，使其能够被植物吸收利用。
2.氮素转化氮循环是土壤中极为重要的一环，而微生物在其中发挥着重要作用。
在土壤中，微生物通过氮素转化过程，将有机氮转化为无机氮，从而促进了氮素的有效利用。
具体而言，微生物参与了氨化、硝化、反硝化等关键过程。
其中，氨化是指微生物将有机氮分解为氨，再进一步合成氨基酸等形式的无机氮。
硝化过程中，一部分微生物将氨氧化为亚硝酸，接着被其他微生物氧化为硝酸盐。
而反硝化则是将硝酸盐还原为氮气等形式，从而使氮素在环境中发生循环。
二、微生物对土壤氮循环的影响1.提高氮素利用效率微生物参与了氮素的转化过程，使得氮素能够以植物可利用的形式存在于土壤中。
通过分解有机氮、固定氮气等过程，微生物释放出了大量的氨和硝酸盐等形式的无机氮素，从而为植物提供了养分。
由于植物无法直接利用氮气，微生物在土壤中转化氮素形式，提高了氮素的利用效率，促进了植物的生长。
2.调节土壤氮素循环平衡微生物通过自身的代谢活动和调控作用，对土壤中氮素的循环平衡产生着重要影响。
例如，微生物在氨化过程中吸收氨气，从而抑制了氨的积累。
在硝化过程中，微生物的活动促进了硝酸盐的形成。
而在反硝化过程中，微生物通过还原反应将硝酸盐转化为氮气，从而调控了土壤中硝酸盐的含量。
微生物对农田氮循环的影响与调控
微生物对农田氮循环的影响与调控氮是植物生长的主要营养元素之一，在农田中的循环对于维持农作物的正常生长和提高农田生产力具有重要意义。
而这个氮的循环过程中，微生物起到了举足轻重的作用。
微生物能够通过一系列的生物过程参与农田氮循环，并对其进行调控，本文将探讨微生物对农田氮循环的影响及其调控机制。
1. 微生物在氮循环中的角色微生物在农田氮循环中扮演着重要的角色，主要体现在以下几个方面：（1）氮的固定：一些特定的微生物，例如根瘤菌和蓝藻等，能够与植物共生，通过共生作用将空气中的氮气转化为植物能够利用的氨或硝酸盐形式，以提供给植物进行吸收和利用。
（2）腐解与分解：微生物在农田中分解有机物质的过程中，释放出氮元素，将有机氮转化为无机氮。
这些微生物包括细菌、真菌和放线菌等，它们通过分解植物残体和动物粪便等，将固定在有机物中的氮释放出来。
（3）氨化：某些氨氧化细菌能够将氨氮氧化为亚硝酸盐，进一步转化为硝酸盐。
这个过程将有机氮转化为无机氮，使其能够被植物吸收利用。
（4）反硝化：反硝化细菌能够将硝酸盐还原成氮氧化物、氮氧化酶和氮气。
这个过程将土壤中的硝酸盐释放为气体态氮，减少了土壤中的硝酸盐含量，有助于维持土壤氮素的平衡。
2. 微生物对农田氮循环的影响微生物对农田氮循环的影响主要体现在以下几个方面：（1）促进氮固定：共生细菌能够与植物根系建立共生关系，通过生物固氮作用将空气中的氮转化为植物能够利用的氮源。
这种共生关系对于农田作物的生长发育具有重要意义，可减少农田对化肥的依赖，降低成本。
（2）加速有机氮分解：微生物通过分解有机物质，将有机氮转化为无机氮，提高土壤中的可利用氮含量。
这有助于提供足够的氮源供给作物的生长，从而提高农田的产量。
（3）影响氨化和硝化过程：某些微生物会通过氨化和硝化过程影响土壤中的氮形态转化。
例如，氨氧化细菌可以抑制氨化过程，促进硝酸盐的积累。
这些影响会影响到农作物对氮素的吸收利用效率。
（4）调节氮素的损失：微生物通过反硝化过程将硝酸盐还原为氮氧化物、氮氧化酶和氮气，减少土壤中硝酸盐的含量，避免了氮素的过量流失。
微生物与氮循环
微生物与氮循环一、引言氮是生命活动必需的元素之一，它在地球上的循环过程中扮演着重要角色。
微生物是促进氮循环的关键因素之一，通过其多样的代谢途径和功能，微生物能够参与氮的转化和固定，从而影响土壤、水体和大气中的氮循环。
本文将重点介绍微生物与氮循环的关系，探讨其在地球生态系统中的作用。
二、微生物对氮的固定氮气（N2）在空气中占据绝大部分比例，但大多数植物无法直接利用氮气进行生长。
微生物，如根瘤菌和蓝藻等，具有特殊能力来固定氮气，将其转化为植物可利用的形式。
这些微生物通过共生关系与植物根系结合，利用酶类催化剂将氮气还原成氨（NH3）或氨气（NH4+），从而为植物供应充足的氮源。
同时，一些自由生活的土壤微生物也能通过硝酸还原酶将硝酸盐还原成氨气，促进土壤中的氮循环。
三、微生物在氮转化中的作用微生物在氮循环的过程中起到了重要的转化作用。
首先，氨氧化细菌能将氨气氧化为硝酸盐，此过程称为氨氧化作用。
氨氧化细菌能够利用氨单氧化酶将氨气氧化为硝酸盐，并释放出大量能量。
其次，反硝化菌能将硝酸盐还原为氮气，从而将土壤中的氮释放到大气中。
此外，微生物还能通过亚硝酸盐的转化、硝化作用等进一步促进氮循环的进行。
四、微生物与固氮共生关系某些微生物与植物之间形成了共生关系，通过这种关系实现固氮过程。
以豆科植物为例，它们的根瘤中寄生着固氮细菌根瘤菌。
这些根瘤菌能够与植物根系结合，共同形成根瘤。
在根瘤中，根瘤菌通过酶催化将氮气还原成氨，供应给植物作为氮源。
植物则为根瘤菌提供所需的能量和成分，维持其生活活动。
这种共生关系促进了植物的生长，同时也实现了固氮的功能。
五、微生物与氮肥利用效益农业生产中，合理利用氮肥对于提高作物产量和质量至关重要。
微生物在氮肥利用过程中发挥着积极的作用。
首先，土壤中的微生物通过降解有机氮物质，将其转化为植物可吸收的无机氮物质。
这一过程称为矿质化作用，能够提高氮素的有效性。
其次，微生物能够促进植物对氮肥的吸收和利用。
微生物在近海氮循环过程的贡献与驱动机制
微生物在近海氮循环过程中发挥着重要的作用，主要贡献有以下几点：
1.参与氮恒定过程：微生物可以通过氨氧化、氮氧化、硝化等过程将氮素从氨基酸、
尿素、尿素盐和氮氧化物中转化为氮气，使近海氮循环保持稳定。
2.促进氮汇过程：微生物可以将氮气吸收并转化为氨基酸和尿素盐等有机氮，促进近
海氮汇过程。
3.调节近海氮平衡：微生物可以通过影响氮氧化物的生成和消耗来调节近海氮平衡。
微生物在近海氮循环过程中的驱动机制主要包括以下几点：
1.光合作用：微生物的光合作用是其进行氮循环的主要驱动力。
2.氧气：微生物的氧气摄取量对其氮循环的影响较大。
当氧气浓度较高时，微生物往
往选择氮氧化作用；当氧气浓度较低时，微生物往往选择氨氧化作用。
3.氮源：微生物的氮源需要与其生长的其他因子相协调。
当氮源充足时，微生物往往
会优先选择氮氧化作用；当氮源缺乏时，微生物往往会优先选择氨氧化作用。
4.硝酸盐浓度：微生物的硝酸盐浓度也会影响其氮循环。
当硝酸盐浓度较高时，微生
物往往会优先选择硝化作用；当硝酸盐浓度较低时，微生物往往会优先选择氨氧化作用。
湖泊氮素生物地球化学循环及微生物的作用
湖泊氮素生物地球化学循环及微生物的作用
湖泊氮素生物地球化学循环是指湖泊中氮素元素的循环过程，包括氮素的输入、输出和转化过程。
微生物在湖泊氮素生物地球化学循环中发挥着重要的作用。
微生物主要通过氮素的转化过程参与湖泊的氮素循环。
具体来说，微生物在湖泊中扮演了以下几个角色：
1. 固氮微生物：某些细菌和蓝藻能够利用大气中的氮气通过固氮作用将其转化为氨。
这些固氮微生物生活在湖泊水体中，通过固定氮气为湖泊提供可利用的氮源。
2. 氨氧化微生物：氨氧化细菌能够将氨氧化为硝酸盐，这是湖泊中氮素转化的关键步骤。
氨是一种常见的氮源，氨氧化微生物将其转化为硝酸盐，为其他微生物提供可利用的氮源。
3. 反硝化微生物：反硝化细菌能够利用硝酸盐作为电子受体，将其还原成气体态氮气释放到大气中。
这个过程将湖泊中的硝酸盐还原为氮气，从而完成了湖泊中氮素的排除。
4. 腐解微生物：湖泊中存在大量有机物，包括植物残体、藻类和动物死亡物质等。
这些有机物中含有大量的氮素，腐解微生物通过降解有机物释放出氮素，进而参与湖泊的氮素循环。
综上所述，微生物在湖泊氮素生物地球化学循环中通过固氮作用、氨氧化、反硝化和有机物腐解等过程参与氮素的转化和循环，对湖泊生态系统的氮元素的平衡和稳定起到重要的调节作用。
氮素循环与微生物作用的生态机制研究
氮素循环与微生物作用的生态机制研究氮素是植物生长所必需的一种元素，同时也是生态系统中最常见、最重要的元素之一。
氮素的循环过程非常复杂，其中微生物作用发挥着至关重要的作用。
本文将从氮素循环和微生物作用的角度出发，探讨氮素的生态机制。
氮素的循环氮素的循环是生态系统中非常重要的循环之一。
氮素的主要来源为大气中的氮气(N2)，固氮细菌将空气中的氮气转化为有机氮。
经过植物的吸收和利用，部分有机氮又会被还原为氨氮(NH4+)，然后再通过硝化细菌和反硝化细菌的作用，而逐步地被转化为硝酸盐(NO3-)或还原为氮气(N2)。
而硝酸根态氮(NO3-)则可以被植物利用。
这个过程中，微生物起着举足轻重的作用。
微生物的作用氮素循环和微生物密不可分，微生物既是氮素循环的驱动者，也是氮素循环的初级和次级生产者。
固氮细菌、硝化细菌、反硝化细菌、硫代硝化细菌、硫化细菌等，无一不是参与到氮素循环的微生物。
具体的，固氮细菌是把空气中氮气转化为有机氮的细菌，而硝化细菌则是将有机氮转化为氨氮和硝酸盐氮的微生物，反硝化细菌则是把氮素还原为氮气的微生物。
硝化细菌扮演的角色使其非常重要，在氮素循环中，硝化细菌首先把有机氮转化为氨氮和硝酸盐氮，进而氨氮再被转化为硝酸盐氮。
硝化细菌的好处在于缩短了有机氮被植物吸收和利用的时间，使植物利用有机氮的效率更高，从而对缓解氮素限制有着显著的影响。
同时，硝化细菌还可以控制土壤中氨氮和硝酸盐氮的相对含量，从而维护着氮素循环的平衡。
反硝化细菌同样是非常重要的，它可以把氮气还原为硝酸盐氮，从而维持硝酸盐氮的平衡，防止氮素积累过多对生态系统造成负担。
微生物的作用还表现在分解有机物和植物残渣上，它会把有机物转化为有机氮，同时还能将没有被植物吸收的氮素转化为氮气、亚氮酸盐和氨，维持氮素循环过程的平衡。
微生物在氮素循环过程中起到了关键的作用，但同时也受到了人类活动的干扰。
如大气中氧化亚氮和氨的过多释放，给微生物带来了对硝酸盐盐和氨盐的兴奋，结果大量氮素被过度积累，影响生态系统的可持续性。
微生物对土壤养分循环的影响与调控
微生物对土壤养分循环的影响与调控土壤是我们赖以生存的重要自然资源之一，具有丰富的养分和水分，对于植物的生长和生态系统的稳定起着至关重要的作用。
而微生物作为土壤中的重要组成部分，通过参与土壤养分循环过程，对土壤养分的转化和利用起着关键的调节作用。
本文将探讨微生物对土壤养分循环的影响以及调控机制。
一、微生物对土壤养分的影响1. 氮素循环氮素是植物生长过程中的关键养分之一，直接影响着植物的生长发育和产量。
微生物在土壤中通过氮素循环过程，将有机氮转化为无机氮，包括氨化、硝化、反硝化等过程。
其中，氨化菌能将有机氮分解为氨气，而硝化细菌则将氨气氧化为亚硝酸盐和硝酸盐，提供给植物直接吸收利用。
反硝化作用则将土壤中的硝酸盐还原为气体态的氮气，释放到大气中。
微生物在氮素循环中的参与，不仅影响着土壤中的氮素含量和形态分布，也调节着植物对氮素的吸收利用效率。
2. 磷循环磷是植物生长所需的主要元素之一，但常以磷酸盐的形式存在于土壤中，对于植物的吸收利用能力有一定限制。
微生物通过磷循环过程，参与磷酸盐的溶解和矿化，将固相磷转化为可溶性磷，提供给植物利用。
此外，微生物的磷酸酶活性还能够使植物更好地吸收土壤中的磷酸盐。
因此，微生物对于土壤中磷素的循环和植物的磷素吸收具有重要影响。
3. 钾循环钾是植物生长和发育所必需的微量元素，对于植物的抗病、抗寒和耐旱等生理过程起着重要作用。
微生物参与了钾元素在土壤中的转化和循环。
钾元素主要以矿物质的形式存在于土壤中，在微生物的代谢过程中，通过代谢产物的分解和酸性物质的释放，使土壤中的钾元素得以释放并可利用。
此外，微生物还能通过生物固氮的过程，将大气中的氮气转化为铵态氮，与土壤中的钾形成离子交换，促进植物对钾的吸收。
二、微生物对土壤养分循环的调控机制1. 分泌酶类物质微生物通过分泌多种酶类物质，对土壤中的有机物和矿物质进行降解和转化。
这些酶类物质包括蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶等，能够将有机质进行分解，并释放出养分供植物吸收。
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第九章
在自然界，生物不断地从环境中吸收它们生长发育所必需的C、H、O、N、S、P等各种营养元素。
但是，这些营养元素在自然界的总量是有限的，而生命的延续是无限的，只有这些元素的循环使用，生物界不断向前发展。
促进这些物质循环的作用有物理作用、化学作用和生物作用，其中生物是起主导作用的，而微生物是自然界物质循环的主要推动者，在自然界物质循环中起着非常重要的作用。
本文主要介绍了微生物在氮素循环中的作用。
关键词：固氮氨化硝化同化反硝化
2 微生物在氮素循环中的作用
氮是核酸和蛋白质的主要成分，是构成生物体的必需元素。
虽然占大气体积78%的气体是N2，但所有动植物和大多数微生物都不能直接利用N2。
作为自然界最重要的初级生产者的植物所需要的氮―铵盐、硝酸盐等无机氮化物，在自然界为数不多，只有将大气中的N2进行转化和循环，才能满足植物体对氮素的需要。
氮素循环包括微生物的固氮作用、氨化作用、硝化作用、反硝化作用以及同化作用，这其中的每一种作用都离不开微生物的参与。
2.1 固氮作用
分子态氮被还原成氨或其它氮化物的过程称为固氮作用。
自然界氮的固定有两种方式，一是非生物固氮，即通过雷电、火山爆发和电离辐射等固氮以及人工合成氨，非生物固氮形成的氮化物在数量上远不能满足自然界生物生长的需要；二是
生物固氮，即通过微生物的作用固氮，自然界生物生长所需要的氮大部分通过这种作用提供。
生物固氮不仅经济，而且不破坏环境，在N2的转化中占有重要地位。
湖水沉积物中含有大量的固氮菌(Peptea,1993)，能够固氮的微生物均为原核生物，主要有细菌、放线菌和蓝细菌(徐孝华,1991)。
2.2 氨化作用
微生物分解含氮有机物产生氨的过程称为氨化作用。
氨化作用在农业生产中十分重要，施入土壤中的各种动植物残体和有机肥，包括绿肥、堆肥和厩肥都含有丰富的含氮有机物。
这些有机物须通过各类微生物的作用，将其氨化后才能被植物吸收和利用。
水中的氨化细菌有助于水体中氮的循环和水的清洁，湖的底泥中氨化细菌相当活跃(Genovese,1994)。
2.3 硝化作用
微生物将氨氧化成硝酸盐的过程称为硝化作用。
硝化作用是自然界氮素循环中不可缺少的一环。
硝化作用分两个阶段进行，每个阶段都离不开微生物的作用。
第一阶段是氨在亚硝化细菌的作用下被氧化为亚硝酸盐。
第二阶段是亚硝酸盐在硝化细菌的作用下被氧化为硝酸盐。
土壤中固氮细菌的数量多于硝化细菌(金钧然,1991)。
2.4 同化作用
铵盐和硝酸盐是植物和微生物良好的无机氮类营养物质，它们可被植物和微生物吸收利用，合成氨基酸、蛋白质、核酸和其它含氮有机物。
湖泊中具有同化作用的细菌有助于淡水鱼对蛋白质的利用(Shivokene,1996)。
2.5 反硝化作用
微生物还原硝酸盐，释放出分子态氮和/或N2O的过程称为反硝化作用或脱氮作
用。
反硝化作用是造成土壤氮素损失的重要原因之一。
反硝化作用一般只在厌氧条件下进行，在农业生产上常采用中耕松土的办法抑制反硝化作用。
从整个氮素循环来说，反硝化作用是有利的。
水体中的反硝化细菌有助于碳的循环(宋金明,2000)。
湖水沉积物中含有大量的反硝化细菌，如果没有反硝化作用，自然界的氮素循环就会被中断，硝酸盐将会在水体中大量蓄积，对人类的健康和水生生物的生存就会造成极大的威胁(Peptea,1998)。