地球化学之氮循环
地球化学循环的主要类型
地球化学循环的主要类型
地球化学循环是指地球上各种化学元素和化合物在不同环境圈层（如大气圈、水圈、岩石圈和生物圈）之间的迁移、转化和循环过程。
以下是地球化学循环的主要类型：
1. 水循环：水循环是地球上最重要的地球化学循环之一，它涉及水在地球各圈层之间的循环。
水循环包括降水、蒸发、水汽输送、径流等过程，对于维持地球生态系统的稳定和生命活动至关重要。
2. 碳循环：碳是构成生物体的重要元素之一，碳循环涉及碳在大气、陆地和海洋等环境中的转化和循环。
植物通过光合作用将二氧化碳转化为有机物质，动物通过呼吸作用将有机物质分解为二氧化碳，同时，化石燃料的燃烧也会向大气中释放大量的二氧化碳。
3. 氮循环：氮是构成生物体蛋白质的重要元素之一，氮循环涉及氮在大气、土壤和生物体之间的转化和循环。
生物体通过固氮作用将大气中的氮气转化为氨态氮，氨态氮可以被植物吸收利用，同时，动植物的排泄物和遗体分解也会将氮释放回环境中。
4. 磷循环：磷是植物生长和生物代谢过程中必需的元素之一，磷循环涉及磷在土壤、水体和生物体之间的转化和循环。
岩石和土壤中的磷酸盐可以被植物吸收利用，同时，动植物的排泄物和遗体分解也会将磷释放回环境中。
这些地球化学循环相互关联、相互影响，共同维持着地球生态系统的平衡和稳定。
对地球化学循环的研究有助于深入了解地球的生态过程和环境变化，为资源管理和环境保护提供科学依据。
生物地球化学循环研究的进展和挑战
生物地球化学循环研究的进展和挑战地球上的生命和非生命互为依存，构成了一个复杂而有机的系统。
而生物地球化学循环则是这个系统的一个重要组成部分。
它描述的是生物、大气、水、土壤和岩石相互作用的全球循环过程。
近年来，随着对环境和生态问题的关注不断提升，在这个领域的研究也愈加深入。
本文将探讨一下生物地球化学循环研究的进展和挑战，分别从以下几个方面进行讨论。
一、碳循环碳在地球上的存在十分广泛，它是构成生物体的重要组成部分，同时也是各种矿物和燃料的主要成分。
碳循环涉及到了大气、海洋、陆地和生物圈之间的相互作用。
近年来，全球变暖问题引起了广泛的关注，它使得碳循环的研究成为了一个热点。
目前，学者们已经能够精确地预测碳在陆地和海洋之间的交换，并且发现了碳在地球系统中的更细致的变化。
然而，在全球变暖的背景下，碳循环存在着很多未解之谜，例如，从植物到土壤中有多少碳被封存？海洋中的碳同化固定到了哪个深度？碳的源和汇分别是什么？二、氮循环氮是生命活动必不可少的元素之一，它在全球循环系统中也起着至关重要的作用。
氮循环描述的是氮在地球上不同媒介之间的交换过程，包括其在大气、水、土壤和植物体内的变化。
目前，学者们已经能够证实氮与全球变化之间存在很紧密的联系，但是氮循环的生态效应仍然令人疑惑。
例如，人类对氮循环的过度干预是否会带来大气的污染和生态系统的崩溃？氮对海洋的影响是否和温室效应有关？这些都是需要进一步研究的问题。
三、磷循环磷是生命体必不可少的元素，它在生物体内发挥着重要的功能。
磷还是大气、水体和土壤等多种介质中含量较低的元素。
磷循环描述的是磷在自然界中的分布和运动。
由于磷在生命体内具有重要的生理功能，西方在农业、工业以及生活中经常大量使用化肥、肥料和清洗剂等含有磷元素的物质，导致磷污染问题越来越严重。
尽管人们已经开始对磷的固定和转移进行研究，但是磷的生物地球化学循环还有很多未知之处等待学者们的探索。
四、硫循环硫在地球上广泛分布，是构成地球表面的几种元素之一。
提供一些关于氮循环的具体例子。
氮循环是生物地球化学中至关重要的一环，它涉及大气、土壤和生物体内氮元素的转化和循环。
下面我们将介绍一些关于氮循环的具体例子，以便更好地理解这一过程的复杂性和重要性。
1. 大气中的氮气固定: 大气中的氮气通过闪电、火山喷发等自然现象或工业活动释放的氮氧化物的作用，转化为可溶解在水中的硝酸盐或氨。
这些化合物被降雨带入土壤中，在土壤中进行生物固氮的重要过程。
2. 生物固氮: 微生物在土壤中能够将大气中的氮气转化为氨或其他化合物，这一过程称为生物固氮。
这主要由一些细菌和蓝藻来完成，它们的共生菌会与一些植物结合形成根瘤，这些植物就能利用这些微生物固氮的产物。
3. 植物吸收和利用氮: 植物通过根部吸收土壤中的氮化合物，并将其转化为氨基酸、蛋白质等有机化合物，从而用于生长和代谢。
4. 动物的氮循环: 动物通过食物链摄取植物中的氮化合物，将其转化为自身的组织和有机化合物。
当动物排泄时，它们的粪便中含有未被利用的氮化合物，这些又会被微生物分解还原为土壤中的无机氮。
5. 氮化合物的硝化和反硝化: 在土壤中，氨和氨基酸被硝化菌氧化成硝酸盐，这是一种氧化还原反应。
另反硝化细菌则将硝酸盐还原为氮气，或者其他氮氧化物。
6. 氮素流失: 在氮循环过程中，氮化合物也会流失到水体中，这可能导致水体富营养化，对水生生态系统造成危害。
以上是关于氮循环的一些具体例子，它们展示了氮元素在大气、土壤和生物体中的转化和循环过程。
深入理解氮循环对于生态学、农业和环境保护等领域具有重要意义。
只有掌握了氮循环的规律，我们才能更好地利用和管理氮资源，保护生态环境，保障人类和地球的可持续发展。
在继续深入探讨氮循环的过程时，我们不得不考虑到人类活动对氮循环的影响。
人类的工业和农业活动极大地改变了自然氮循环的平衡，导致了一系列严重的环境问题。
农业化肥的过度使用导致了土壤中氮化合物的过量积累，进而造成了水体富营养化问题；工业排放的氮氧化物则加剧了大气污染，对生态系统造成了严重危害。
微生物地球化学循环
微生物地球化学循环地球上的微生物是地球化学循环的重要参与者和调节者。
微生物通过其多样的代谢途径和生物地球化学过程，影响着地球上各种元素的循环和转化。
氮循环是地球上最重要的微生物地球化学循环之一。
氮是生物体生长所必需的元素之一，但大气中的氮气并不能被多数生物直接利用。
微生物在这个过程中发挥了重要作用。
首先，氮气通过固氮菌的作用转化为氨，然后进一步转化为硝酸盐和亚硝酸盐，最终被植物吸收利用。
同时，还有一部分氮化合物通过微生物的作用转化为氮气，回归到大气中。
这个过程中，微生物起到了媒介和催化剂的作用，促进了氮的循环。
除了氮循环，微生物还参与了碳循环。
碳循环是地球上最基本的地球化学循环之一，涉及到碳的吸收、释放、转化和储存。
微生物通过呼吸作用将有机碳分解为二氧化碳释放到大气中，同时还通过光合作用吸收二氧化碳转化为有机碳。
此外，微生物还可以将有机碳转化为甲烷气体释放到大气中。
微生物的代谢活动对碳循环的平衡和稳定起着重要作用。
除了氮循环和碳循环，微生物还参与了其他元素的循环，如硫循环、磷循环、铁循环等。
在硫循环中，微生物通过还原硫酸盐和硫酸酯的代谢，将硫还原为硫化物释放到环境中。
在磷循环中，微生物通过磷酸盐的降解和吸收，促进了磷的循环和转化。
在铁循环中，微生物通过铁的还原和氧化作用，参与了铁的循环和转化。
微生物地球化学循环不仅影响着地球上各种元素的循环和转化，还对环境和生态系统的稳定性和健康起着重要作用。
微生物通过调节元素的循环，影响了土壤的肥力和质量，影响了水体的富营养化和水质的净化，影响了大气中的气候变化和温室气体的排放。
微生物还通过分解有机物和降解污染物，起到了环境修复和污染治理的作用。
然而，微生物地球化学循环也容易受到人类活动的干扰和破坏。
例如，过度使用化肥和农药会导致氮和磷的过度富集，引发水体富营养化和蓝藻水华；过度排放温室气体会加剧气候变化和全球变暖。
因此，保护微生物地球化学循环的平衡和稳定，对于维护地球生态系统的健康和可持续发展至关重要。
解释生物地球化学中的氮素循环
解释生物地球化学中的氮素循环嘿，朋友！咱今天来聊聊生物地球化学里那个神奇的氮素循环。
你知道吗？氮素就像个调皮的小精灵，在咱们的地球大家庭里到处蹦跶，玩着它独特的循环游戏。
先来说说氮气吧，它在大气中占了好大一部分，就像一个超级大仓库。
但是呢，植物们可没法直接把这个仓库里的氮气拿来用，这可咋办？别着急，这时候微生物就登场啦！比如说根瘤菌，它们就像是神奇的小工匠，能把氮气加工成植物能吸收的形式，这过程就好像把一块粗糙的石头雕琢成精美的玉器一样。
植物吸收了氮素，开始茁壮成长。
动物们吃了植物，氮素也就跑到了动物的身体里。
这是不是有点像接力赛，一棒接一棒？
可是，生命有始有终，动物和植物也会死亡啊。
它们死后，微生物又来发挥作用啦，把氮素分解出来，重新放回大自然的怀抱。
氮素在土壤里、水里、大气里来回穿梭，这不就像一个孩子在不同的房间里玩耍吗？有时候在这个房间玩累了，就跑到另一个房间去。
再想想，氮素循环要是出了问题，那可不得了！就好比一辆汽车的某个零件坏了，整个车子都跑不顺畅。
要是氮素循环太慢，植物可能就营养不良，长不好；要是太快了，说不定又会带来环境污染。
咱们人类的活动也会影响氮素循环呢！比如大量使用化肥，这就好像给氮素循环的小火车加了太多的燃料，一不小心就可能失控。
所以说呀，氮素循环可不是个简单的事儿，它关系到整个生态系统的平衡和稳定。
咱们得好好了解它，保护它，才能让咱们的地球家园一直美丽、富饶。
你说是不是这个理儿？
总之，氮素循环就像是一场永不停息的舞会，各个角色相互配合，共同演绎着大自然的精彩篇章。
咱们可不能让这场舞会乱了节奏，得让它一直优美地跳下去！。
氮循环的知识点总结
氮循环的知识点总结氮的来源氮是地球大气中含量最丰富的气体之一，占据大气的78%。
氮气并不容易被生物直接利用，只有少数植物和微生物能够将氧化氮还原成氨，然后再转化成有机氮化合物，以供生物利用。
除了大气中的氮气，氮也存在于土壤中、水体中和生物体内。
一般而言，氮的来源主要有以下几种途径：1. 大气中的氮气：氮气通过闪电活动和化石燃料燃烧等方式进入大气，形成氮氧化物和硝酸盐等氮化合物，随着降水和大气沉降进入土壤和水体中。
2. 土壤中的氮：土壤中的氮主要来源于植物残体的分解、微生物的转化以及大气的沉降。
土壤中氮的主要形式有有机氮和无机氮。
3. 水体中的氮：水体中的氮来源于大气的沉降、植物和动物的排泄物、腐殖质的分解以及人类活动等。
4. 生物体内的氮：生物体内的氮主要来自于食物链的转移和新陈代谢产生的废物。
氮的固定氮的固定是指将大气中的氮气转化为植物可利用的形式。
氮的固定主要是由一些植物和微生物完成的，主要包括以下几种方式：1. 大气固定：少数植物的根系中寄生着一种叫做根瘤菌的微生物，它们能够从大气中固定氮气，将其转化为植物能够利用的氨。
2. 人工固定：人类通过合成氨法等工业生产方式，固定了大量的氮气，用以生产化肥和其他化学品。
氮的转化氮的转化是指在生物体和非生物体的作用下，将氮从一种化合物转化为另一种化合物的过程。
氮的转化主要包括以下几种方式：1. 氮的硝化：氨和有机氮通过细菌的作用，转化为亚硝酸盐和硝酸盐。
2. 氮的还原：亚硝酸盐和硝酸盐通过一系列的还原反应，转化为氮气或氨。
3. 氮的铵化：硝酸盐和亚硝酸盐转化为氨。
4. 氮的硝化：氨和有机氮通过细菌的作用，转化为亚硝酸盐和硝酸盐。
氮的循环氮的循环是指氮在地球上不同环境中的循环过程。
氮的循环主要包括以下几种方式：1. 植物吸收：植物通过根系吸收土壤中的氮元素，将其转化为有机氮化合物，供自身生长和繁殖所需。
2. 动物摄取：动物通过食物链摄取植物中的氮元素，将其转化为自身所需的蛋白质和其他有机物质。
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.。
微生物与生物地球化学循环之氮循环资料35页PPT
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46、寓形宇内复几时，曷不委心任去 留。
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47、采复得此生。
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49、勤学如春起之苗，不见其增，日 有所长 。
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50、环堵萧然，不蔽风日；短褐穿结 ，箪瓢 屡空， 晏如也 。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
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8」2地球氮循环 8.12.1介绍 &12.2生物地球化学反应 & 12.2.1初始反应：活性氮的产生 8.12.2.2大气圈 8.12.2.2.1无机还原氮 8.12.2.2.2无机氧化氮 8.12.2.2.3还原有机氮 8.12.2.2.4氧化有机氮 8.12.2.3生物圈 &12.3氮库及英交换 8.12.3.1陆地到大气 8.12.3.2海洋到大气 8.12.3.3大气到表面 8.12.3.4陆地到海洋 &12.4产生活性氮 8」2.4.1介绍 8」2.4.2闪电一一自然 8」2.4.3陆地生物固氮——自然 8.12.4.4人类活动 8.12.4.4J 介绍 8.12.4.4.2食品生产 8.12.4.4.3能量产物 8」2.4.5从1860到2000产生活性氮的速率 8.12.5全球陆地氮收支 8.12.5.1 介绍 & 12.5.2产生活性氮 2.5.3活性氮的分布 & 12.5.4活性氮转化成氮气 8.12.6全球海洋氮收支 8.12.7区域氮预算 8.12.8结果 8.12. &1 介绍 8.12.&2大气圈 &12.&3陆地生态系统 8.12.8.4水生生态系统 8.12.9展望 8.12.10 总结 致谢 参考文献 8.12.1介绍 曾几何时，氮气不存在。今天它却存在。在宇宙形成的这段时间里，氮气被创造岀来, 地球诞生了，它的大气和海洋也形成了！在对地球氮循环的分析中，我首先概述了与氮有关 的重要事件，然后继续进行更为传统的氮循环本身的分析以及人类在其变化中的作用。 宇宙有150亿年。即使在形成之后，仍然存在一段不存在氮的时期。在大爆炸发30万 年后，宇'由需要足够的冷却来创造原子：氢和氮首先形成。氮通过核合成过程形成在恒星中。 当恒星的质量变得足够大以达到必要的压力和温度时，氨气开始融合成更重的元素,包括氮。 在地球形成之前已经过去了 100亿年（45亿年前），这是由于多级过程中预装配材料的 积累。假设N2是这些材料中占优势的氮物种，并且假泄空间温度为-270oC,当地球形成时 N?可能
是固体，因为它的沸点（b.p.）和熔点（m.p∙）分別为-196。C和-21（ΓC°迈向积累的 最后期，温度可能足够髙使一些材料显著熔化。由此产生的火山活动所释放的火山气体严重 影响地表环境。氮从固体转化为气体并以N?排放。碳和硫可能以CO和H2S排放（HOlIand, 1984）
β N?仍然现今
最常见的氮火山气体，其排放速率为2TgN yr1 （Jaffee, 1992）o
一旦排放，气体或者留在大气中或者沉降到地球表面，从而继续进行生物地球化学循环 过程。转移率取决于排放物质的反应性。在反应性的最低极端是惰性气体，就气和氮气。在 新形成的地球脱气期间释放的大部分氛气和氮气仍然存在于大气中，基本上没有转移到水圈 或地壳。期一个极端是碳和硫。脱气过程中排放的99%以上的碳和硫不再存在于大气中， 而是停留于水圈或地壳中。氮是介于中间的。大约6× IO6TgN在大气，水圈和地壳中，2/3 在大气中以N?形式
存在，其余大部分在地壳中。大气圈是一个主要的的氮气储存器，因为 N?分子的三键需要大量的能量来断裂。在早期的大气中，这种能疑的唯一来源是太阳辐射 和放电。 在这一点上，我们有一个主要是N?并且没有生命的地球。我们如何使主要是N2的地球 充满生机？首先，必须将N?转化为活性氮（Nr）（术语活性氮（Nr）包括大气圈和生物圈 中所有具有生物活性的，光化学反应性和辐射活性的氮化合物。因此活性氮包括无机还原形 式（例如NH3和NHP,无机氧化形式（如NOX，HNO3, 20和NO亍）和有机化合物（如 尿素，胺和蛋白质）。）。早期的大气减少并限制了 NH3。然而，NHs是形成早期有机物质的 必要成分。NFh生成的一种可能性是海水通过火山岩循环（HolIand, 1984）。在这样的过程 中，NH3可以释放到大气中，当与CH4, H2, HQ和电能结合在一起时，可以形成包括氨基 酸的有机分子（MillCr, 1953）。
实质上，放电和紫外线辐射可以将还原气体的混合物转化为 有机分子的混合物，然后它沉积到陆地表面和海洋（HOlIand, 1984）。 总而言之，地球形成于45亿年，水凝聚在40亿年，随后形成有机分子。35亿年简单 生物体（原核生物）能够在没有02的情况下生存并产生NH3o几乎与此同时，能够在光合 作用中产生
02的第一个有机体（例如蓝细菌）得以进化。直到15-20亿年，O?才开始在大 气中积聚。到目前为止，02已经被化学反应（例如铁氧化）消耗了。通过5亿年，大气中 的O?浓度达到了今天发现的相同值。随着02浓度的增加，在N?和O?反应放电期间在大气 中形成No的可能性也增加了。 今天我们有一个有N2的大气圈，有能量产生一些NO （N2和02的反应）。降水可以将 活性氮转移到地球表面。放电可以产生含氮有机分子。简单的细胞进化大约35亿年，并在 接下来的几年中，包括人类在内的更复杂的生命形式已经进化。自然形成了氮气并创造了生 命。那个“生命”是通过什么途径发现氮的？ 为了解决这个问题，我们现在从35亿年跳到2.3× IO'6亿年。在1770年代，三位科学 家 Carl WiIhelm SCheele （瑞典）,Daniel RUtherfOrd （苏格兰）和 AntOine LaVOSier （法国）分 别发现氮的存在。他们进行了一些非反应性气体生产的实验。1790年，JcanAmoincClaiidc ChaPtal正式命名该气体为“氮气S这一发现标志着我们开始了解氮及其在地球系统中的作 用。 到十九世纪下半叶开始时，已知氮在植物和动物组织中是常见的元素，它对于植物生长 是必不可少的，在有机和无机化合物之间存在不断的循环，并且它是一种有效的肥料。然而, 氮的来源仍不确泄。闪电和大气沉降被认为是最重要的来源。虽然当时还不知道生物固氮 (BNF)的存在，但1838年BOUSSingaUIt证明豆科植物能够将活性氮储存到上壤中，并且 它们以某种方式直接产生活性氮。花了将近50年的时间来解决这个难题。1888年，Hennan HelIriegel ( 1831-1895)和 Hermann WiIfarth (1853-1904)发表了他们关于微生物群落的研 究成果。他们指岀，与豆类相关的微生物有能力吸收大气中的N? (SmiL 2001 )o他们还表 示，豆科植物和微生物之间存在共生关系是必要的。 推动这一循环的其他重要过程在十九世纪得到阐明。在19世纪70年代后期，TheOPhile SChOleSing证明了硝化细菌起源。大约十年之后，Serfei NikOIaeViCh WinOgradSky分离了两种 腊类，亚硝化单胞菌和硝化杆菌，并且表明前者将氨基酸氧化成亚硝酸盐，并且后者将亚硝 酸盐转化为硝酸盐。然后在1885年，UlySSe GayOn分离了两种将硝酸盐转化为N?的细菌培 养物。尽管只有两个细菌属可以将氮气转化为活性氮，但有几个细菌属可以将活性氮转化回 氮气，最显着的是假单胞菌属，芽抱杆菌属和产碱杆菌属(SmiL 2∞l)0
到十九世纪末，人类已经发现了氮和氮循环的基本组成部分。换句话说，他们知道一些 微
生物将N?转化为NH%,其他微生物将NH4+转化为NOr,然后第三类微生物将NOj转化 回N?,从而完成循环。 本章的以下部分将分析活性氮的生物地球化学反应,活性氮在地球储层中的分布以及储 层之间的交换。本章随后讨论了利用GaIloWay和COWling (2002)以及科里克利夫兰(科 罗拉多大学)和DOllglaS CaPOne (南加利福尼亚大学)的材料来自生物地球化学综述中的论 文(GaIlOWay等，2003a),通过自然和人为过程以及全球陆地和大陆和海洋的氮预算创造 的活性氮的形成。本章还概述了环境中活性氮积累的后果(使用GallOWay等(2OO3b)作为 主要参考)，然后以2050年活性氮最小值和最大值产生率的估计结朿。
8. 12.2生物地球化学反应 8.12. 2.1初始反应：活性氮的产生 在地球的形成过程中，大多数氮可能是N2,最稳立的分子，因此也是所有英他氮化合 物形成
的储库。因此，本节开始讨论与氮气发生化学反应，N2分子的两个原子代表氮的亚 当和夏娃。
N?转化成活性氮通过将N?转化为NH3或通过将N?转化为NO.需要髙能量来 打破N?分子的三键一一226kcal.mol-1<>在NFh和NO形成的情况下，自然过程和人为过程 从N?形成活性氮。接
下来的几段将回顾这些过程；后而的章节讨论了作为时间和过程的函 数的活性氮的形成速率。 生物固氮是一种微生物介导的过程，发生在几种细菌和蓝绿藻中。该过程使用厌氧环境 中的酶固氮酶将N?转化为NH3。微生物可以是自由生活的，也可以与髙等植物的根系共生。 豆类是这种类型关系中最著名的例子(SChICSingCr, 1997： Mackenzie, 1998)： 2N2 + 6H2O-*4NH3+3O2
如后而将更详细解释,生物固氮可以发生在不受管理和受管理的生态系统中。在前者中, 自然生态系统产生活性氮。在后者中，豆类的种植增强了生物固氮，某些作物(如湿地稻) 的种植创造了必要的厌氧环境来促进生物固氮。 在地质历史上，大多数活性氮是由生物固氮形成的。然而，在二十世纪的后半期， HabCr-BOSCh过程已经取代了生物固氮作为产生活性氮的主要地球过程。HabCr-BOSCh工艺 被发明和商业发展在20世纪初。它使用高温和髙压的金属催化剂来生产Nth： N2 + 3H2-*2NH3