氮循环(Nitrogen cycle)和农业物质循环讲解
N循环(氮循环)
海洋之所以能消化所有生物的排泄物，将污水转化为净水，全靠海洋中居住着数量有如恒河沙数般多的益菌，它们吃掉这些溶入水中的污物，将毒素变为无害于生物的物质。
而在鱼缸内，我们就是要模仿这种生态系统，也是各位新手常听到的N-Cycle(氮循环)。
Nitrogen Cycle (N-Cycle) 氮循环究竟是怎样进行的呢? 除了氧、二氧化炭等为人所熟悉的气休外，其中一种叫做氮(Nitrogen, 以后称简称化学名N2)。
而鱼儿的排泄物会在水中产生有机氮(Organic N2)。
Organic N2会在水中变成阿蒙尼亚(以后简称化学名NH4)。
NH4对生物来说是致命的毒素，幸好NH4水中较容易转化成亚硝酸盐(以后以后简称化学名NO2)，同时靠着水中的硝化细菌也能够将之变为NO2。
但是，NO2本身对生物来说也是一种剧毒，稍高的NO2浓度也能轻易杀死生物。
而水中的好氧菌(其中一种硝化细菌)在氧气充足的环境下就能硝化NO2并将之变成硝酸盐(以后简称化学名NO3)。
NO3对鱼儿来说并非O致命的毒素，因此鱼儿能忍受NO3浓度较高的环境，但是对珊瑚等软体生物来说却是致命物质，稍高浓度的NO3值也使珊瑚不再"开花"，继而死亡。
而在海中，厌氧菌(其中一种硝化细菌)就能硝化NO3并将之变回N2，无害的氮；同时，海中的藻类和苔类植物也视NO3为养份而消化掉并排出Organic N2。
硝化细菌的生存、繁殖条件?在N-Cycle中，硝化细菌扮演着主要的角色，而我们就是要了解好氧菌和厌氧菌这两种硝化细菌的生存绦件。
好氧菌，释如其名，它是一种"喜欢"氧气的细菌，在"呼吸"氧气的环境下，它可以"吃掉"NH4及NO2，化为生存的能量，最后"排出"NO3。
所以，即使有大量NH4或NO2，但是在没有氧气的环境下，好氧菌会"窒息"，并不能存活；同样，虽然有大量氧气提供，却没有NH4或NO2等"食物"，好氧菌也不能生存。
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。
农田生态系统中的物质循环与能量流动
农田生态系统中的物质循环与能量流动农田生态系统是一个复杂而又有序的整体，其中物质循环起着至关重要的作用。
在农田里，物质循环涵盖了多种元素，例如氮、磷、钾等大量元素以及铁、锰等微量元素。
以氮元素为例，氮是植物生长发育不可或缺的元素，它参与植物体内许多重要化合物的合成，如蛋白质、核酸等。
在农田生态系统中，氮的来源较为多样。
一部分氮来源于大气中的氮气，通过固氮微生物的作用将氮气转化为可被植物吸收利用的氨态氮或硝态氮。
豆科植物的根瘤菌就是一种典型的固氮微生物，它们与豆科植物共生，为植物提供氮素。
农民施用的氮肥也是农田氮素的重要来源。
植物吸收了氮元素后，会将其用于自身的生长、发育和繁殖。
当植物的叶片、茎秆等部分凋落或者被收割后，这些含氮的有机物质又会重新回到土壤中。
土壤中的微生物开始发挥作用，它们分解这些有机物质，将其中的氮元素释放出来。
一部分氮可能会以氨的形式挥发到大气中，但大部分会经过微生物的转化，再次变成植物可吸收的形态，从而完成氮元素在农田生态系统中的循环。
磷元素同样在农田物质循环中有特殊的地位。
磷是植物体内许多重要生物分子的组成部分，如磷脂、ATP等。
农田中的磷主要来源于土壤中的磷矿石以及磷肥的施用。
植物根系从土壤中吸收磷元素，磷在植物体内参与能量代谢、光合作用等重要生理过程。
当植物残体归还土壤后，土壤中的磷酸酶等酶类会分解含磷的有机物质，使磷元素重新回到土壤中，继续被植物吸收利用。
能量流动在农田生态系统中也是一个关键的过程。
与物质循环不同，能量在生态系统中是单向流动的。
太阳能是农田生态系统能量的根本来源。
绿色植物通过光合作用将太阳能转化为化学能，储存在有机物质中。
光合作用的过程中，植物利用叶绿素吸收光能，将二氧化碳和水转化为葡萄糖等有机物质，并释放出氧气。
这个过程是农田生态系统能量输入的起点。
植物所固定的能量一部分用于自身的呼吸作用，以维持生命活动的正常进行。
呼吸作用会消耗一部分能量，将有机物质分解为二氧化碳和水，并释放出能量。
《氮的循环》课件
硝化作用和反硝化作用之间的平衡对于维持自然界的氮素循环和 生态平衡具有重要意义。
影响因素
影响硝化作用和反硝化作用的平衡的因素包括环境条件、微生物活 性、土壤和水域的特性等。
平衡的维护
维护硝化作用和反硝化作用的平衡需要采取一系列措施，包括合理 使用化肥、控制土壤和水域的污染等。
05
氮的循环与环境
细菌完成。
氨化是将含氮有机物转化 为氨的过程，是许多植物 和微生物的重要营养来源
。
氮的循环的重要性
氮的循环对维持地球生态平衡具有重要意义 ，是生物圈中氮素循环的重要环节。
氮的循环对农业生产也具有重要意义，通过 合理利用和管理氮肥，可以提高农作物的产 量和质量。
同时，氮的循环也对全球气候变化产生影响 ，如过量排放含氮气体可能导致温室效应加 剧。
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THANKS
应加剧，进而影响全球气候。
减少氮气排放、改善氮的循环利 用是减缓全球气候变化的重要措
施之一。
氮的循环与水体富营养化
水体富营养化是指水体中营养物质（如氮、磷等）过多，导致水生生物大量繁殖的 现象。
氮的循环过程中，过量的氮气排放和流失会导致水体富营养化。
控制氮的排放和合理利用是防治水体富营养化的重要措施之一。
硝酸盐
氨在有氧条件下被氧化成硝酸盐 ，这是植物生长所需的氮肥之一
，对农业非常重要。
硝酸
氨氧化成硝酸的过程会产生大量能 量，这是人类利用能源的一种方式 ，如通过汽车尾气中的一氧化氮和 氧气反应生成硝酸。
氮气
在自然环境中，氨通过生物固氮作 用和闪电等自然现象转化成氮气， 重新回到大气中，完成氮的循环。
04
反硝化作用
01
氮循环的主要过程
氮循环(Nitrogen Cycle)是描述自然界中氮单质和含氮化合物之间相互转换过程的生态系统的物质循环.氮在自然界中的循环转化过程.是生物圈内基本的物质循环之一.如大气中的氮经微生物等作用而进入土壤,为动植物所利用,最终又在微生物的参与下返回大气中,如此反覆循环,以至无穷.空气中含有大约78%的氮气,占有绝大部分的氮元素.氮是许多生物过程的基本元素；它存在于所有组成蛋白质的氨基酸中,是构成诸如DNA等的核酸的四种基本元素之一.在植物中,大量的氮素被用于制造可进行光合作用供植物生长的叶绿素分子.加工,或者固定,是将气态的游离态氮转变为可被有机体吸收的化合态氮的必经过程.一部分氮素由闪电所固定,同时绝大部分的氮素被非共生或共生的固氮细菌所固定.这些细菌拥有可促进氮气和氢化和成为氨的固氮酶,生成的氨再被这种细菌通过一系列的转化以形成自身组织的一部分.某一些固氮细菌,例如根瘤菌,寄生在豆科植物（例如豌豆或蚕豆）的根瘤中.这些细菌和植物建立了一种互利共生的关系,为植物生产氨以换取糖类.因此可通过栽种豆科植物使氮素贫瘠的土地变得肥沃.还有一些其它的植物可供建立这种共生关系.其它植物利用根系从土壤中吸收硝酸根离子或铵离子以获取氮素.动物体内的所有氮素则均由在食物链中进食植物所获得.氨氨来源于腐生生物对死亡动植物器官的分解,被用作制造铵离子(NH4+).在富含氧气的土壤中,这些离子将会首先被亚硝化细菌转化为亚硝酸根离子(NO2-),然后被消化细菌转化为硝酸根离子(NO3-).铵的两步转化过程被叫做氨化作用.铵对于鱼类来说有剧毒,因此必须对废水处理植物排放到水中的铵的浓度进行严密的监控.为避免鱼类死亡的损失,应在排放前对水中的铵进行硝化处理,在陆地上为硝化细菌通风提供氧气进行硝化作用成为一个充满吸引力的解决办法.铵离子很容易被固定在土壤尤其是腐殖质和粘土中.而硝酸根离子和亚硝酸根离子则因它们自身的负电性而更不容易被固定在正离子的交换点（主要是腐殖质）多于负离子的土壤中.在雨后或灌溉后,流失（可溶性离子譬如硝酸根和亚硝酸根的移动)到地下水的情况经常会发生.地下水中硝酸盐含量的提高关系到饮用水的安全,因为水中过量的硝酸根离子会影响婴幼儿血液中的氧浓度并导致高铁血红蛋白症或蓝婴综合征(Blue-baby Syndrome).如果地下水流向溪川,富硝酸盐的地下水会导致地面水体的富营养作用,使得蓝藻菌和其它藻类大量繁殖,导致水生生物因缺氧而大量死亡.虽然不像铵一样对鱼类有毒,硝酸盐可通过富营养作用间接影响鱼类的生存.氮素已经导致了一些水体的富营养化问题.从2006年起,在英国和美国使用氮肥将受到更严厉的限制,磷肥的使用也将受到了同样的限制.这些措施被普遍认为是为了治理恢复被富营养化的水体而采取的.在无氧（低氧）条件下,厌氧细菌的“反硝化作用”将会发生.最终将硝酸中氮的成分还原成氮气归还到大气中去.氮气(N2)的转化有三种将游离态的N2（大气中的氮气）转化为化合态氮的方法：生物固定–一些共生细菌（主要与豆科植物共生）和一些非共生细菌能进行固氮作用并以有机氮的形式吸收.工业固氮–在哈伯-博施法中,N2与氢气被化合生成氨(NH3)肥.化石燃料燃烧–主要由交通工具的引擎和热电站以NOx的形式产生.另外,闪电亦可使N2和O2化合形成NO,是大气化学的一个重要过程,但对陆地和水域的氮含量影响不大.由于豆科植物（特别是大豆、紫苜蓿和苜蓿）的广泛栽种、使用哈伯-博施法生产化学肥料以及交通工具和热电站释放的含氮污染成分,人类使得每年进入生物利用形态的氮素提高了不止一倍.这所导致的富营养作用已经对湿地生态系统产生了破坏.。
氮循环(Nitrogen Cycle)
氮循环（Nitrogen Cycle）氮是自然界中的丰富元素，主要以氮气(N2)的形式存在于大气中，以有机氮的形式存在于沉积物中，以溶解氮的形式存在于海水中。
这三种氮的量的变动都很小。
其他形态的氮则不停地进行着复杂的流动和交换，而且受人类活动的强烈影响。
自然界中氮的分布和氮的流动交换情况见表1和表2。
氮气占大气总体积的78％以上。
氮在大气中主要以氮的分子态存在,还以氨（NH3）、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)等氮的化合态的形式存在。
这些化合态的氮在云、气溶胶粒子、雨滴中转化为铵(NH嬃)和硝酸根(NO婣)，随降水降落地面。
大气中的N2和 O2可在雷电作用下反应生成NO婣。
土壤和水体中某些细菌和微生物也可吸取大气中的氮，并把它和氢结合成为氨。
这样生成的氨以及大气中降落的铵类化合物在微生物的硝化作用下，最终变为硝酸盐。
硝酸盐很容易被植物根系吸收，在植物体内合成多种有机化合物如蛋白质。
然后通过食物链的传递成为动物体的蛋白质。
动、植物死亡后，残体被微生物分解，氮又以氨的形式回到土壤和水体中。
动物排出的粪便含尿素和氨，尿素也可被微生物转变为氨。
土壤中的硝酸盐在微生物的反硝化作用下还原为氮和氧化亚氮 (N2O)而逸入大气中。
氨也可由于挥发而进入大气。
土壤中的硝酸盐和氨极易溶于水，所以很容易随地表径流和地下水排入水体中。
人类活动的干预：指人为的固氮作用，即化学氮肥的生产和应用，大规模种植豆科植物等有生物固氮能力的作物,以及燃烧矿物燃料生成NO和NO2。
人为的固氮量是很大的，估计约占全球年总固氮量的20～30％。
随着世界人口的增多，这一比例将会继续上升。
农田大量施用氮肥,使排入大气的N2O不断增多。
在没有人为干预的自然条件下，反硝化作用产生并排入大气的N2和N2O,与生物固氮作用吸收的N2和平流层中被破坏的N2O是相平衡的。
N2O是一种惰性气体,在大气中可存留数年之久。
它进入平流层大气中以后，会消耗其中的臭氧，从而增加到达地面的紫外线辐射量。
氮循环_精品文档
氮循环氮循环是自然界中重要的生物化学循环之一，主要涉及氮在大气、土壤、水体和生物体之间的转化过程。
氮是构成生物体的基本成分之一，对维持生物体的生长和繁殖起着重要的作用。
尽管氮在地球上的存在量是相对丰富的，但氮的利用和转化并不容易，因为大气中的氮气（N2）对大多数生物体是不可利用的。
氮的循环过程可以分为氮固定、氮硝化、氮还原和氮脱氧四个主要环节。
首先是氮固定的过程。
氮固定是指将大气中的氮气转化为可供生物利用的形式，主要由两种方式完成：生物固氮和非生物固氮。
生物固氮主要是通过一些特殊的细菌和蓝藻完成的，它们能够将大气中的氮气固定为氨（NH3）或硝酸盐（NO3-）等形式。
非生物固氮是指氮的人为固定过程，主要包括工业固氮和农业固氮。
工业固氮是指通过工业化的过程将氮气转化为氨或尿素等化合物，用于农业生产或其他用途。
农业固氮是指通过农业实践，如植物和微生物的共生关系，将氮气转化为可供植物吸收的形式。
接下来是氮硝化的过程。
氮硝化是指将氨或亚硝酸盐（NO2-）转化为硝酸盐的过程。
这个过程主要由一些氧化细菌完成，最终产生的硝酸盐可供植物吸收。
氮硝化是一个氧化过程，需要氧气作为电子受体，而产生的亚硝酸盐则是进一步氧化的中间产物。
然后是氮还原的过程。
氮还原是指将硝酸盐还原为亚硝酸盐、氨或一氧化氮（NO）等形式的过程。
这个过程主要由一些还原细菌完成，还原细菌可以利用硝酸盐作为电子受体来进行能量代谢。
在有缺氧的环境下，氮还原是一个重要的能量供应途径，同时还可以产生一些氮气。
最后是氮脱氧的过程。
氮脱氧是指将氨、亚硝酸盐或硝酸盐等形式的氮还原为氮气的过程。
这个过程主要由一些脱氧细菌完成，这些细菌能够利用还原形式的氮来进行能量代谢，并产生氮气作为代谢产物。
氮脱氧是一个重要的过程，可以防止氮积累过多从而对环境造成污染。
总之，氮循环是一个复杂而重要的生物化学循环，通过氮固定、氮硝化、氮还原和氮脱氧等过程，实现了氮在大气、土壤、水体和生物体之间的循环转化。
氮循环的原理与应用
氮循环的原理与应用氮素是植物生长的重要营养元素，但自然界中可以直接吸收的氮素却很少。
而氮循环就是将空气中的氮气转化为植物可利用的氮素的一系列过程。
本文将从氮的循环原理以及应用方面分别进行探讨。
1. 氮循环的原理氮循环包含氮固定、氨化、硝化、反硝化和尿素分解等多个步骤。
其中，氮固定是将空气中的氮气转化为氨等可利用形态的氮素的过程。
氮固定有两种形式：一是非生物固氮，指直接利用高温、高压等物理因素将氮气转化为氨；二是生物固氮，主要由一些细菌、蓝藻等微生物完成。
氨化是将氮气转化为氨的过程。
氨化可由一些嗜热菌、真菌和蓝藻等微生物完成。
例如，菌根菌和一些土壤细菌能通过固氮和氨化将氮气转化为氨。
硝化是将氨氮转化为硝酸盐、亚硝酸盐等化合物的过程。
硝化由两种细菌完成：一种嗜好亚硝酸盐，一种嗜好硝酸盐。
反硝化是将硝酸盐或亚硝酸盐转化为氮气或氮氧化物的过程。
反硝化作用由一些厌氧细菌完成，如厌氧亚硝酸盐还原菌和厌氧硝酸盐还原菌等。
尿素分解是利用尿素酶，将尿素分解为氨和二氧化碳等物质的过程。
外源性尿素可以被微生物迅速分解为氨和二氧化碳等无机物质，最终被植物吸收利用。
2. 氮循环的应用2.1 氮肥的应用作物需要充足的氮素来促进生长和产量。
一些化肥企业将气态氮固定为氨氮，并制成氨肥、尿素、尿素磷酸二铵复合肥等氮肥，供农民使用。
通过肥料施用，可补充耕地的土壤氮素，提高产量。
2.2 生物固氮应用利用微生物进行生物固氮是一种环保、高效的氮素补充方式。
例如，可根据不同耕地种植不同的草籽，如豌豆、苜蓿、根瘤菜等，与土壤中的根瘤菌共生，进行生物固氮。
通过这种方式，可减少肥料施用，降低环境污染，提高耕地的自然肥力。
2.3 植物与微生物的相互作用提高土壤中微生物活性和多样性，植物可以吸收更多的氮素。
例如，根际微生物能够转化固定氮，植物则能利用这些营养物质进行生长。
同时，植物还能通过根系释放有机质，促进土壤中微生物群落的生长繁殖，从而增加土壤肥力。
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3. 城市化和集约化农牧业使人畜废弃物的自然再循环受阻。其中， 人类的农业活动对氮循环的影响主要是由于不合理的作物耕作方 式以及氮肥施用而引起氮素的流失与亏损。其主要途径包括：
①反硝化(Denitrify)； ②氨挥发(Volatilization)； ③淋失(Leaching)； ④地表径流(Runoff)和土壤侵蚀(Corrosion)。
岩石
磷酸盐的沉淀（固化）
残体 土壤中的P （非有机态）
降解作用 Decomposition
土壤中的残体
全球磷循环存在的问题
1. 磷矿资源的开采与消耗 据统计，从1935年至1990年间，磷矿总开采量达
3.79×109t，相当于5×108t磷。1990年全球磷矿开 采量为1.5×108t，这相当于2×107t磷。按这一速度， 地球上的磷矿可开采750年。
氮循环(Nitrogen cycle)
植物生物量 动物生物量 枯枝落叶层
土壤：
有机质 不溶性无机氮 可溶性无机氮 微生物体
岩石
沉积物
煤
全球氮素储量（Tg N）
陆地 1.1×10-4～1.4×104 2×102 1.9×103～3.3×103
植物生物量 动物生物量 死亡有机质
可溶性
海洋
3×102 1.7×102
另外，由于各养分配合施用比例失衡也导致了磷素的流失。根据 有关试验调查统计资料表明，我国农业生产中各种化肥配合施用 时氮、磷（P2O5）、钾（K2O）的合理吸收比例大约为1: 0.45: 1， 而我国大部分地区的实际氮磷钾施用比例为：1: 0.45: 0.169。
钾肥所占比例严重超标，与氮磷肥的使用比例失调，影响了作物 对氮素和磷素的正常吸收，进而造成农田所施氮磷肥流失，污染 农田周边地域的水体环境，产生富营养化。有些地区甚至还出现 了地下水遭到氮磷污染的后果，使当地人畜饮水困难，对人们的 身心健康都构成了威胁。
全球磷矿的年开采量虽然仅为岩石风化而释放的磷量 的2倍，但人工开采的磷几乎全部被化学加工成可溶 态或迟或早地进入地球化学循环。因此，20世纪以来 特别是20世纪70年代以来，岩石圈的磷参与全球生物 地球化学循环的潜在速度增长了近百万倍。
2. 磷肥的施用与流失
因为土壤对磷肥有较强的固定作用，磷肥当季利用率只有 10%~25%左右。而且，施用磷肥虽然补充了有效磷，但土壤中的 磷素含量又会因有机质分解及收获物移出农业生态系统而逐渐下 降。另一方面，水土流失及肥料淋失又会导致土壤中原有磷素的 损失。
Denitrification 200
生物固定 Biological fixation
15 河流
Rivers
36
30
内在循环 Internal cycling
8000
内在循环 Internal cycling
海洋 Oceans
地下水 Groundwater
永久掩埋 Permanent burial
10
中国
美国
澳大利亚
印度
英国
新西兰
荷兰
341.7 1 396.4
19.7
953.4 597.6 61.5
1 384 13.3 99.0
149.8
48.7
86.2
5.2
113.6
90.9
0.6
84.9
56.9
34.9
99.3
5.8
化学固氮：即通过化工厂将空气中的氮合成氨，然后进一步加工，制成各种氮肥。 另外，闪电也会将少量氮氧化，形成硝酸，随降雨进入土壤。因此，从增加农业中氮 素来看，应当积极种植豆科作物，培育其他固氮生物，努力增产并合理施用化学氮肥， 才能更好地满足农业增产对氮素的需要。
在农田生态系统中，氮素通过不同途径进入土壤亚系统， 在土壤中经各种转化和移动过程后，又不同程度地离开土 壤亚系统，形成了“土壤-生物-大气-水体”紧密联系的氮
素循环
农田生态系统氮素来源
生物固氮量与化肥氮量的比较
生物固氮量（×104Tt N/年）（A） 化肥氮量（×104Tt N/年）（B） A / (A + B) ×100
烧分解或其他原因导致氨的挥发损失； 2. 氮的淋失（NO3--N），主要是硝态氮由于雨
水或灌溉水淋洗而损失； 3. 在水田中或土壤通气不良时，硝态氮受反硝
化作用而变成游离氮，导致氮素损失。 4. （4）径流（Runoff）
人类活动对氮循环的干扰及其对环境 的影响
1. 含氮有机物的燃烧产生的大量氮氧化物（NOx）污染大气。同 时，过度耕垦也使土壤氮素肥力（有机氮）下降，土壤整体肥力 持续下降；
磷循环
储量
岩石圈 岩石 可开采的磷矿
圈层
土壤圈
生物圈 陆生生物 淡水生物 海洋生物 人类
水圈 淡水 海洋
大气圈
储量 5 × 1010 15000
62000 1805 0.34 60.4 0.62
108 110000
0.013
岩石的抬升
岩石的萎缩
岩石中的磷化物
径流
有机成分中的P
动物 植物
溶液中的P
5.3×105
N2 N2O NH3
NH4+
3×105 1.6×104
? 5×102
1.9×1011
4×108
1.2×105
颗粒 N2（溶解的） N2O NO3-
NO2
NH4+
0.3×104～2.4×104 2.2×107 2×102 5.7×105
NO2 NO3有机氮
5×102
7×103
大气
3.9×109 1.3×103
3. 富营养化（Eutrophication）、赤潮（Red tide） 等问题
水体富营养化（Eutrophication）的发生过程是，随 着水中营养物质（N、P等）含量的增加，导致水生 植物（主要是藻类）的急剧、过量生长，水生植物的 大量繁殖及其死亡后的分解，降低了水中溶解氧的含 量，从而形成厌氧条件，严重影响鱼类的生存，乃至 鱼类的大量死亡。随着富营养化的发展，藻类的种类 逐渐减少，尤以硅藻和绿藻为主，转而为以蓝藻为优 势种，这种藻类的分解产物往往具有毒性，并给水体 带来不良气味。水体富营养化起关键作用的营养元素 是氮和磷，由于大多数水体磷是藻类繁殖的限制因子， 故磷的作用大于氮。
氮沉降：因大气污染而不断增加大气氮沉降量，过剩的氮沉降将增加NH4+的硝化 和NO3-的淋失，加速土壤的酸化，影响树木和作物的生长以及生态系统的功能和生 物多样性，对农业生态系统产生危害作用。
3. 农田生态系统的氮素损失
氮素损失主要有四个方面： 1. 挥发损失（NH3+-N），即由于有机质的燃
0.9
1.8
1～4 0.5 1
氮素循环
100 人类活动 Human activities
土壤有机N Soil organic N
陆地植物 Land plants
1200
大气
生物固定
Atmosphere
Biological fixation 140
反硝化作用 Denitrification
110 反硝化作用