氧化亚氮气体排放概述

关 键 词 ： 土壤 ； 化 作 用 ； 硝 化 作 用 Ｎ０； 硝 反
全球变暖对人类生存环境有着十分重要 的影响 ，有关温室气体 酸 陛条件下 ，Ｏ 一 Ｎ 。分解产生 ＮＯ的趋势大大增强 ， 这可看作是化学反 的研究一直以来都是全球气候变化研究中的热点。二 氧化碳（ Ｏ） 硝化 的一种 。 Ｃ 、 异养有机体利用有机物质作为碳源和能量 ， 它们能从氧 甲烷 （ Ｈ ） 氧 化 哑氮 （ 。 ） Ｃ 和 Ｎ０ 被列 为 三种 最 重 要 的 温室 效应 气 体 。其 化 Ｎ ／ Ｈ 或有机氮化合物中获得部分能量 。真菌是最重要的异养微生 中 ，： 温 潜 势 较 高 ，红外 吸 收 能力 约是 Ｃ １０ ２ ０ ，Ｈ 物 ， 关 异 养 微 生物 的硝 化作 用 研 究较 少 ， 般 认 为 ， 对 有 机 、 Ｎ０增 Ｏ 的 ５～０ 倍 Ｃ 有 一 它们 无 的 ４ ， 留在大气 中的时间长约 １０年 ， 目前 Ｎ０大气 中的背景 机 氮 的 氧化 可 能经 过 以下 途 径 ： 倍 滞 ５ 而 浓 度 正 以每年 ０２ ０ ％的速 度增 加 。 因此 ， 的排 放逐 渐 受 到全 ． ％～ ＿ ３ ＮＯ 机 氮 ： Ｎ ２ Ｒ Ｈ Ｈ ＋ Ｎ 卜 Ｎ 厂 Ｎ Ｒ Ｈ￣ Ｎ ０ — Ｒ （ Ｒ ０ ０一 球 性 的关 注 ， ： 的排 放 对 全 球 气 候 变 化 的 贡 献 及 在 生 物 地 球 化 学 Ｎ０ 无机 氮 ： Ｈ — Ｈ２Ｈ ÷ ０ — Ｎ ２ Ｎ Ｎ ４ Ｏ ＿Ｎ Ｈ Ｏ一 ０一 循 环 中 的作用 ， 日益 成 为国 际研 究 的热 点 。 虽 然异 养 硝 化 作用 并 不 是 占据 突 出 的地 位 ， 是 在一 定 条 件下 ， 但 １ ＮＯ 的作 用 ， 异 养硝 化 的重 要 性也 会 超 过 自养 硝化 。 丁业革命 以来 ， 中 Ｎ０的浓度持续上升 ， 大气 已经从工业化前 的 ３ 反 硝 化 作 用 。反 硝 化作 用 是 在缺 乏 氧 气 的嫌 气 条 件下 ， ． ２ 由反 约 ２０ ｐ ｖ 加 到 ２ ０ 年 的 ３ １ｐ ｖ 了具 有 吸 收 红外 线 的 硝化 细菌 将 硝 酸盐 和 亚 硝 酸盐 异 化 还原 为 气 态氮 （ 气 和氮 的 氧化 ７ｐｂ 增 ０８ ２ ｐ ｂ 。ＮＯ除 氮 性质 ， 能减少地表通过大气 向外空 的热辐射 ， 而导致 温室效应外 ， 物 ） 进 的微 生 物过 程 。这 是 氮循 环 的最后 一 步 ， 过这 个 厌氧 过 程 ， 固 通 被 还 表 现 在 平 流 层 中 的 Ｎ０ 可 与 Ｄ 电离 层 的 氧 原 子 发 生 反 应 生 成 定 的氮 回 到大 气氮 库 。其 反 应过 程 可 以简 单 的表示 如下 ： Ｎ 并 进 一 步与 同温层 的臭 氧 （ 发 生 反 应 ， 而 消耗 ０ ， 坏 臭 氧 Ｏ， Ｏ） 从 破 ＮＯ３ ｝ ０— Ｎ０— ｝ ０—｝ — Ｎ２ Ｎ２ Ｎ２ 层， 增强了到达地球表面的紫外辐射强度 ， 导致人类皮肤癌和其它疾 反 硝化 过 程是 ＮＯ产 生 的 主要 途径 ，这一 过 程 产生 的 Ｎ０ 的量 病 的发病率迅速上升 ， 并带来其他的健康 问题 ， 使人类 的生存健康受 远 多 于硝 化作 用 。参 与反 硝 化作 用 的 微生 物类 群 较 多 ， 广 泛分 布 于 且 到影 响 ； 外 ， 平 流 层底 部 ， 解产 生 的 Ｎ ｘ 化 学 反 应 生 成 自然界。根据反应 的能量来源分为异养反硝化和 自养反硝化两种类 此 在 Ｎ０分 Ｏ经 硝酸。 硝酸在进入对流层后能产生两种效应 ： 一是通过云水清除形成 型。异养反硝化是微生物在因氧气缺乏影响代谢 的情况下利用 Ｎ Ｏ一 酸『 生降水 ， 二是作为温室气体加剧温室效应 。ＮＯ浓度增加将导致对 作为电子受体氧化有机化合物获得能量 的过程。 自养反硝化则是微 ： 流层有害气体臭氧浓度的加大 ， 对流层臭氧会促进 Ｎ ｘ Ｏ 转化为硝酸 ， 生物 利 用 Ｎ 作 为 电子 受 体 氧化 无 机 化合 物 ， ：２Ｆ ｚ的过 程 ， Ｏ一 如 Ｓ－ ｅ ， ＋ 异 同 时形 成光 化学 烟 雾 ， 直 接危 害 人体 健 康 。Ｎ０在对 流 层 中经 光 养反 硝 化是 比 自养 反 硝化 更 重要 的产 生 ＮＯ 的过 程 。 从而 ： 化 学 反应 的二 次 污 染 物 ０ 能引 起 大 豆 小 麦 棉 花 等 农 作 物 的 叶 子 早 ３ ３化学反硝化。化学反硝化作用是 Ｎ ， Ｎ 被化学还原剂 Ｏ 或 Ｏ一 衰， 产量下降， 紫外辐射 的增加还会对植物及动物体内的 Ｄ Ａ产生 还原 成 为 Ｎ 或 氮 的氧 化 物 的 过程 。在 硝化 过 程 中 ， Ｏ一 Ｎ ： Ｎ 的进 一步 氧 影 响 ， 起细 胞死 亡 ， 物 生长 发 育受 到 限制 ， 终 导致 减 产 。 引 植 最 化有时会 因高 Ｎ Ｈ 分压而受到抑制 ， 当大量施用液氮或铵 态氮时 ， 硝 ２ 大 气 中 Ｎ Ｏ 源与 汇 化细菌受到氮毒害而使 Ｎ ２在土壤 中大量积累。 ０－ 此外， Ｐ 高 Ｈ条件以 由于研 究方 法 的 限制 以及 全球 生 态 系统 的复 杂 多 变性 、土 壤 的 及磷肥 的使用也能导致土壤中 Ｎ 积累， Ｏ一 较高浓度 的 Ｎ ２与有机质 Ｏ 空间异质性等 自然条件的限制 ，使得 目前对全球 Ｎ０的排放量只是 发 生化 学 反应 ， 而 反应 生 成 Ｎ 和各 种 氮 氧化 物 。 ： 从 个粗 略 的估 计 ， 种 源 的 贡献 难 以 准确 定 量 ， 有 一些 未 确 定 的源 各 还 Ｎ 。 硝基 苯 酚类 一 醌 化合 物一 ＮＯ、 Ｎ Ｎ 。 Ｏ— Ｎ 、 Ｏ、 Ｏ 等 与汇有待于进一步地研究 。目 已知的 Ｎ０排放源主要包括海洋 、 前 热 化学 反 硝 化 过程 中生 成 的含 氮 气体 绝 大 部 分 为 Ｎ Ｎ 占的 Ｏ， Ｏ 所 带 及 温带 土 壤 、 林 、 地 、 森 草 地下 水 、 石 燃 料 燃 烧 、 物 质 燃 烧 以及 比例很小 ，其生成的 ＮＯ量也远少于微生物参与的硝化过程和反硝 化 生 某些工业生产过程（ 如硝酸 、 、 尼龙 合成氨和尿素生产等 ） 。近年来大 化过 程 形成 的 Ｎ０量 。 ： 量研究表明农 田生态系统是氧化亚氮的重要源 ，大气 中不断增加 的 ３ ． 要影 响 因 素 。 目前 的研 究 表 明 ， 响 Ｎ０气体 排 放 的 的主 ４主 影 Ｎ０有 ７ ％源 于 土壤 的排 放 。大 气 中 Ｎ０的 汇 主要 是 平 流层 光 化 学 要 因 素 有 ： 肥施 用 、 壤 温 度 、 壤 含 水 量 、 壤 有 机 质 、 壤 ｐ ０ ： 氮 土 土 土 土 Ｈ 反应对其 的消除及其后的干湿沉降过程 ，土壤和水体也会吸收一部 值 、 壤 质地 、 物 影 响及 土壤 耕 作 的影 响 。 土 植
科 技 论 坛
・ ・ ３
氧化 氮气体排放概述
吴 世 义
（ 春职 业学院， 伊 黑龙 江 伊 春 １３ ０ 氧化亚氮是 重要 的温 室效应气体 ， 本文介 绍了 Ｎ０浓度增加 带来的危害 ， 及该 气体产生途径和影响 因素 ， 出了 Ｎ０研 究的 指 ：