亚热带盐沼湿地土壤氮循环关键过程对全球变化的响应
摘要
河口盐沼湿地受到了陆地和海洋相互作用的影响，可以认为是生物活动较为活跃的地区，同时也是地球化学过程最为活跃的地区，对人类和社会有着重要的影响。氮在大气组分占78%，是大气圈中最丰富的元素，其在环境介质中的含量会直接影响到周围生物的生长。由于目前大量的人为输入氮源对河口的盐沼湿地已经产生了巨大的影响，河口地带出现赤潮、河口溶解氧含量锐减,以及大量的温室气体从河口溢出等环境效应。本研究以福州闽江河口盐沼湿地为研究对象，充分的研究了土壤氮循环的关键过程对全球变化的响应，通过野外采集、实验室模拟的方式，定量的研究了闽江河口盐沼湿地土壤-水体界面的氮循环过程，分别研究了盐入侵、植物入侵、酸沉降和盐沼湿地改为养虾塘后，土壤中硝化、反硝化和矿化作用的变化情况，探讨了氮在河口湿地的变化，及其在河口湿地扮演的重要角色。主要得到的研究结果如下：
1、植物入侵对氮循环的影响
无机氮和总氮：（1）互花米草入侵改变了土壤NO3--N含量在不同土层含量，可显著降低土壤的NO3--N含量，但整体增加了土壤的NH4+-N含量。（2）互花米草不同入侵过程土壤TC、TN含量以及C/N比的垂直变化特征均比较一致，入侵整体增加了土壤的碳氮含量和C/N比和土壤的碳氮储量。（3）闽江口互花米草入侵对短叶茳芏湿地土壤碳氮含量的影响相对于江苏盐城、长江口以及杭州湾湿地的影响可能更为显著，主要与其对闽江口湿地植物群落格局、养分生物循环以及强促淤作用引起的土壤颗粒组成等的显著改变有关。互花米草入侵亦改变了土壤中陆源和海源有机质的来源比例，使得入侵后湿地土壤养分的自源性增强。
硝化和反硝化：（1）闽江河口湿地土壤的反硝化速率远高于硝化速率，且呈现明显的季节变化，夏季的硝化-反硝化作用最强。不同季节条件下，土壤硝化-反硝化速率由大到小顺序，硝化速率：夏季>春季>秋季>冬季，反硝化速率：夏季>秋季>冬季>春季；按不同植被类型下土壤硝化-反硝化速率由大到小顺序，硝化速率：入侵边缘>互花米草>短叶茳芏，反硝化速率：互花米草>交汇处>短叶茳芏。（2）闽江河口湿地不同植被类型下沉积物-水界面N2O交换通量呈现明显的季节变化。土著物种短叶茳芏的土壤仅春季对上覆水N2O有微量吸收，夏、秋两季均对水体释放N2O，表现为水体中N2O的净源；由于互花米草的入侵，入侵边缘的土壤为春季释放N2O，而夏、秋两季土壤均吸收N2O，与土著物种短叶茳芏完全相反；互花米草入侵成功后的土壤，其夏季的沉积物-水界面N2O交换通量达到最大，表现为向水体释放较多的N2O，而其春、秋两季都为吸收N2O，但吸收总量小于释放量。（3）闽江口湿地互花米草入侵后，增强了土壤的硝化-反硝化作用，促进了N2O对大气的释放。
矿化作用：（1）实验通过对不同样地不同土层的研究揭示，土壤氮矿化水平随土层深度的增加降低。这是由于随着土层深度的不断增加，土壤透气性逐渐降低，可供降解的有机质越来越少，微生物数量下降，氮矿化也随之下降。（2）对于某一土层来说,随着培养时间的变化其矿化速率表现出波动性，有的随培养时间的增加而下降，有的呈现波浪形变化，这可能是由于季节性变化和土壤层的凋落物降解快慢有关。（3）互花米草入侵确实影响了原土著种短叶茳芏土壤的矿化规律特征，从整体上来看互花米草入侵加强了短叶茳芏矿化效果。（4）入侵机制存在的情况下,互花米草的入侵对原土著种短叶茳芏土壤矿化的影响表现为:夏季＞春季＞秋季＞冬季。土壤温度、湿度等因子在不同季节差异很大，由土壤微生物的活动以及植物的生长周期和生长特性所引起氮矿化强度的季节变化也较大。
2、盐入侵对氮循环的影响
(1)道庆州和鳝鱼滩湿地土壤覆水理化性质分析：结果显示鳝鱼滩和道庆州湿地沉积物中电导率和硝态氮随季节变化影响较大；鳝鱼滩和道庆州覆水中各指标均随季节变化而变化较大。
(2)道庆州和鳝鱼滩湿地土壤硝化特征：硝化速率和硝化活性特征曲线看出，不同浓度的盐能够抑制硝化细菌的活性，导致硝化速率降低。
(3)道庆州和鳝鱼滩湿地土壤反硝化特征：道庆州和鳝鱼滩反硝化活性随着培养天数的增加而增加，说明不同盐度胁迫下，对反硝化影响不是很大。
(4)道庆州和鳝鱼滩湿地土壤矿化特征：从矿化特征曲线看，道庆州和鳝鱼滩湿地矿化速率均出现先增加后减少的趋势，对于鳝鱼滩而言，矿化前期，不同盐度的海水能够刺激氨化，使氨化细菌活性增加，其中盐度为5‰对应的矿化速率最大，而随着时间的增加，在第35天时，盐度为0‰对应矿化速率最大，之后矿化速率在不断降低，说明土壤中的有机质不断的减少，不能够满足氨化细菌的需求，氨化能力降低。道庆州的变化趋势与鳝鱼滩相似，随着时间的变化，出现先增加后减少的趋势，在21天时，盐度为5‰对应的矿化速率最大。
3、酸沉降对氮循环的影响
（1）pH 并不是影响土壤硝化作用的唯一因素,不同梯度pH值条件下，硝化速率的变化趋势均随着时间变化呈现出―N‖字曲线，但不同梯度pH值之间的硝化速率变化差异不大.
（2）模拟酸雨对土壤反硝化速率随着时间的变化减少。而土壤反硝化活性则随着培养天数逐渐增加。原因可能是土壤值降低，会影响到反硝化细菌和反硝化酶的活性，使反硝化作用减弱。
（3）不同pH条件下，其矿化速率都不相同，酸沉降对土壤矿化影响可能受到多个因素的控制。
4、土地利用变化对氮循环的影响
（1）不同时期的硝化速率变化趋势基本保持一致，表现为先增加后减少，各个时期的硝化活性变化趋势随着时间变化均呈现先增加后减少的趋势，硝化反应的变化可能与养殖塘的中期和后期硝化细菌的活性受到了水质的影响有关，土地利用的变化也间接或直接引起养虾塘内的硝化作用。
（2）本研究过程中养虾塘初期、中期和末期的反硝化速率及反硝化活性和时间之间的关系均呈现出先增加后减少，最后趋于平衡的趋势。且各个不同时期反硝化速率大体表现为初期＞中期＞末期。该结果一方面说明鱼虾等水生生物的生命活动及其对水体或沉积物扰动作用的强度均对水体反硝化过程有着重要作用，土地利用的变化将对反硝化作用及其N2O的生成与释放有着重要作用。
（3）土地利用的变化，引起场地周边环境的变化，包括湿度，尤其微生物活动等的改变，对场地内的矿化作用产生较大的影响。各不同时期的养虾塘的矿化速率和培养周期之间的曲线变化趋基本保持先增加后减少的趋势。最大值均出现在中期。土壤氮矿化随时间的推移而降低。
关键词：闽江河口；氮转换；植物入侵；盐水入侵；酸雨；土地利用变化
abstract
Affected by the interaction between the land and sea, the salty marsh wetland on estuary can be regarded as an active area of living things, and the most active region of geochemical process, thus having an important influence to the human and society. Nitrogen accounts for 78% in the atmosphere components, and it is the most abundant in the atmosphere. The content in the medium of environment will directly affect the growth of the creatures around. At present, a lot of nitrogen source is entering the salty marshes of the estuary wetland, thus producing huge influence such as red tides , the collapse of oxygen content of estuaries dissolving, and the overflow effect of a large amount of greenhouse gases from the environment. based on Fuzhou Minjiang estuary salty marsh wetland, this research fully studies the effects of the key process of soil nitrogen cycle in response to the global change. Through the way of field sampling and laboratory simulation, the author quantitatively studies the Minjiang estuary salty marsh wetland soil - water interface of the nitrogen cycle, and also studies the salt intrusion, plant invasion, acid deposition and salt marsh wetland to raise shrimps, nitrification and denitrification in the soil and the change of mineralization respectively, and the author also so some research on the change of nitrogen in the estuarine wetland, and the important roles of them in estuarine wetland. The main research results are as follows:
1、the influence of plant invasion in the nitrogen cycle
Inorganic nitrogen and total nitrogen: (1) the invasion of qingjiao rice grass changed the content of soil NO3 -- N in different soil, and it can significantly reduce the content of soil NO3 – N. But it increases the overall content of NH4 + -n in soil.
(2) The content of the qingjiao m grass soil TC, TN in the different invasion process , and the vertical variation of the C/N ratio are relatively consistent. The invasion increased soil carbon and nitrogen content, the C/N ratio and the storage of soil carbon and nitrogen. (3) The influence of the minjiang mouth qingjiao rice grass invasion on short leaf cyperus malaccensis wetland soil carbon and nitrogen content is relatively more significant than that of the wetland in Yancheng, Jiangsu province, the Yangtze estuary and Hangzhou bay. It’s mainly related to the plant community structure, the nutrient cycle and strong effect on promoting sedimentation causes significant changes in the composition of soil particles in the
Min river mouth wetland. The invasion of grass also changed the rate of the source of terrigenous and the source of organic matter in soil, making an enhancement of the invasion of the wetland soil nutrients.
(1)Nitrification and denitrification : the soil denitrification rate in Minjiang estuary wetland is far higher than that of nitrification rate, and presents a obvious seasonal change, and it works best in summer. Under the condition of different seasons, soil nitrification and denitrification rate from big to small order, nitrification rate: summer > spring > autumn > winter, and the denitrification rate: summer > autumn > spring > winter; According to soil nitrification and denitrification rate under different vegetation types from big to small order, nitrification rate: invasion of edge > rice straw > short leaves each cyperus malaccensis, denitrification rate: qingjiao junction of rice straw >intersection > short cyperus malaccensis.
(2)The seasonal exchange of the Minjiang estuary wetland sediment and water interface under different vegetation types is obviously. The soil of the indigenous species of short leaf cyperus malaccensis has only tiny absorption to the overlying water N2O in spring, but in summer and autumn it releases N2O to water, characterized by the clean source of N2O in water; due to the invasion of qingjiao rice grass, on the edge of the invasion, of soil N2O release in spring, and soil absorbs N2O in summer and autumn, which if quite opposite to the short leaf of indigenous species cyperus malaccensis; after the successful invasion of Qingjiao meters of grass, the exchange of sediment of the soil and water interface achieve the maximum of N2O in summer, which is characterized by releasing more water of N2O, and in spring and autumn is for the absorption of N2O, but the absorption amount is less than the amount of release.(3) After the invasion of the Minjiang qingjiao mouth wetland rice grass, the soil nitrification –denitrification has been enhanced, and the N2O release to the atmosphere has also been promoted.
Mineralization: (1) through the studies of soil in different layers, the experiment discovers that, soil nitrogen mineralized level reduces with the increase of soil depth. This is because along with the increase of soil depth, soil permeability is gradually reduced, and the organic matter for the degradation becomes increasingly less, the microbial population declines, and nitrogen mineralization also decreases. (2) for a particular layer soil, as the cultivating time change, the mineralization rate shows the volatility. Some decreases along with the increase
of incubation time, some appears wavy change. This may be due to seasonal changes and the speed of the degradation.
(3) the invasion of qingjiao rice grass did affect the mineralization regularity of the original native species of short leaf cyperus malaccensis soil, but on the whole the invasion strengthened short cyperus malaccensis mineralization effect. (4) under the presence of invasion mechanism, the influence of the invasion on the original indigenous short leaf cyperus malaccensis soil mineralization is characterized by: summer > spring > autumn > winter. Soil temperature, humidity and other factors are various in different seasons, and the nitrogen mineralization intensity caused by the activities of soil microbes and plant growth cycle is also significant.
2、the influence of salt invasion on the nitrogen cycle
(1) the physical and chemical properties analysis of gyeongju and eel beach wetland soil water: the results show that the sediments conductivity and nitrate on the eel beach wetland vary greatly with the seasons change; each indexes of eel beach and the gyeongju overlying water vary greatly with the season changes.
(2) the soil nitrifying characteristics of gyeongju and eel beach wetland: according to the nitrification rate and denitrification activity characteristic curve, different concentrations of salt can inhibit the activity of nitrifying bacteria, leading to the reduction of nitrate.
(3) the soil denitrification characteristics of gyeongju and eel beach wetland: the denitrifying activity of the gyeongju and eel beach as increases with the increase of the number of cultivating days, and it shows that under different salinity, the influence on denitrifying is not very big.
(4) the soil mineralization characteristics of the gyeongju and eel beach wetland: looking from the mineralization characteristic curve, the mineralization rate of gyeongju and eel beach wetland are presented in a trend of increasing after decreasing. For eel beach, at the beginning of the mineralization, the different salinity of sea water stimulates the ammoniation, making ammonifying bacteria activity increases, and the salinity of 5 ‰ corresponding mineralization rate reaches the maximum. With the increase of time, on the 35th day, the corresponding mineralization rate of 0 ‰ salinity rea ches the largest, and after the
mineralization the rate is on the decrease, showing that the soil organic matter reduced unceasingly, and it will not be able to meet the needs of ammonifying bacteria, ammonifying capacity reduction. The change trend of the gyeongju is like that of the eels beach, with the change of time, first increase and then decrease, and on the 21th days, the mineralization rate of the corresponding 5 ‰ salinity is the largest.
3、the influence of the acid subsidence on the nitrogen cycle
(1) the pH is not the only factor affecting the soil nitrification. Under different gradient condition of pH, the change trend of nitrification rate presents a "N"curve with the chage of time, but the difference among different nitrification rate pH gradient is not significant.
(2) the soil denitrification rate of the simulated acid rain decreases with the change of time, While the soil denitrification activity gradually increases with the increasing of the cultivating days. The reason may be that the reduction of the soil could affect the activity of the denitrifying bacteria and denitrifying enzyme , thus weakening the denitrification.
(3) Under the different pH conditions, the mineralization rate is not the same, so the effect of acid deposition on soil mineralization may be controlled by multiple factors.
4、the influence of land use change on the nitrogen cycle
(1) the nitrification rate in different periods are almost consistent with the change trends, presenting a first increase and then decrease change. The denitrification activity trends also presents the same trend according to the time change. The change of the nitration reaction may be related to the affection of the water quality on the activity of nitrifying bacteria in middle and late terms. The change of the land use affects the nitrification in shrimp pools directly or indirectly.
(2) the denitrification rate in the middle and late process of shrimp raising in this study and the relationship between denitrification activity and time shows the trend of first increasing and then decreasing, and finally tends to the balance. The denitrification rate in different period presents a trend of early period > middle period > late period. The results suggests the great effect of life activities of the fish and shrimps and the aquatic body and
its sediment disturbance intensity on water denitrification process, and the great effect of land use change on denitrification and the formation and release of N2O.
(3) The change of land use causes the changes in the surroundings, including moisture, especially the change of the microbial activity, which has a relatively large impact on mineralization of the field. The mineralization rate in different periods and training cycle curve keeps a trend of increasing first and then decreasing. The maximum appears in the medium term. The soil nitrogen mineralization decreases over time.
Key words: Minjiang estuary; Nitrogen transformation; Plant invasion; Salt water intrusion; Acid rain; Land use change
目录
第1章绪论 (1)
1.1 前言 (1)
1.2 研究背景 (2)
1.3 国内外研究现状及发展动态 (3)
1.3.1 植物入侵对湿地土壤氮循环的影响 (3)
1.3.2 盐水入侵对湿地土壤氮循环的影响 (6)
1.3.3 酸沉降对湿地土壤氮循环的影响 (7)
1.3.4 土地利用变化对湿地土壤氮循环的影响 (9)
1.4 本研究的科学问题 (11)
1.5 研究内容与意义 (11)
1.5.1 研究内容 (11)
1.5.2 研究意义 (12)
1.6 论文创新点 (12)
第2章研究区概况与研究方法 (12)
2.1 研究区概况 (12)
2.2 样品的采集与实验方法 (12)
2.2.1 N2O通量及环境影响因子研究 (12)
2.2.2 沉积物N2O产生和释放测定的培养实验 (12)
2.2.3 实验样地环境背景值的测定 (12)
2.3 数据处理与分析 (12)
第3章潮汐湿地土壤氮转换过程对植物入侵的响应 (13)
3.1 引言 (13)
3.2 研究材料与方法 (14)
3.2.1土壤样品的采集与培养 (14)
3.2.2 土壤样品分析与测定 (17)
3.3 结果 (18)
3.3.1入侵不同阶段土壤无机氮、总氮的变化特征 (18)
3.3.2入侵不同阶段的土壤硝化-反硝化作用 (19)
3.3.3 入侵不同阶段土壤矿化作用 (22)
3.4 讨论 (25)
3.4.1 硝化-反硝化作用对植物入侵的响应 (25)
3.4.2 矿化作用对植物入侵的响应 (28)
3.5 总结 (30)
第4章潮汐湿地土壤氮转换过程对盐水入侵的响应 (32)
4.1 引言 (32)
4.2 研究材料与方法 (32)
4.2.1 实验样地 (32)
4.2.2 培养条件设置 (33)
4.2.3 土壤样品的采集与培养 (33)
4.2.4 氮矿化速率、硝化与反硝化速率的计算方法 (34)
4.2.5 盐水入侵实验条件选择 (34)
4.3 结果 (34)
4.3.1 土壤理化性质分析 (34)
4.3.2盐水入侵对土壤硝化作用的影响 (35)
4.3.3盐水入侵对土壤反硝化作用的影响 (36)
4.3.4盐水入侵对土壤矿化作用的影响 (37)
4.4 讨论 (38)
4.4.1硝化-反硝化作用对盐水入侵的响应 (38)
4.4.2矿化作用对盐水入侵的响应 (40)
4.5 总结 (41)
第5章潮汐湿地土壤氮循环过程对酸雨的响应 (42)
5.1 引言 (42)
5.2 酸雨对湿地土壤氮转换的影响 (43)
5.2.1 酸雨对土壤硝化作用的影响 (43)
5.2.2 酸雨对土壤反硝化作用的影响 (43)
5.2.3 酸雨对土壤矿化作用的影响 (44)
5.3 讨论 (44)
5.3.1 硝化作用对酸沉降的响应 (44)
5.3.2 反硝化作用对酸沉降的响应 (45)
5.3.3 矿化作用对酸沉降的响应 (46)
5.4 总结 (47)
第6章潮汐湿地土壤氮循环过程对土地利用变化的响应 (47)
6.1 引言 (47)
6.2 研究材料与方法 (48)
6.2.1 实验样地 (48)
6.2.2 沉积物柱状样的采集与培养 (48)
6.2.3 土壤样品分析与测定 (49)
6.2.4 计算方法 (49)
6.2.5 数据处理与统计分析 (50)
6.2 结果 (50)
6.2.1 取样地土壤理化性质分析 (50)
6.2.2 不同养殖时期沉积物的硝化作用 (51)
6.2.3 不同养殖时期沉积物反硝化作用 (51)
6.2.4 不同养殖时期沉积物矿化作用 (51)
6.3 讨论 (52)
6.3.1 硝化作用对土地利用变化的响应 (52)
6.3.2 反硝化作用对土地利用变化的响应 (52)
6.3.3 矿化作用对土地利用变化的响应 (53)
6.4 总结 (53)
第七章全文总结 (54)
参考文献 (58)
第1章绪论
1.1 前言
氮是大气圈中最丰富的元素，约占在大气组分78%，它也是陆地生态系统生物地球化学循环中最受限制的元素之一（Mooney et al.,1987），因此在环境介质中的含量会直接影响到周围生物的生长。氮循环是指自然界中氮单质和含氮化合物在地球的大气圈，土壤圈、生物圈和水圈之间相互转换过程的生态系统的物质循环（卢蒙，2009），氮按照化学形态分为两种，一种是有机态，主要其中包括：蛋白质、氨基糖、氨基酸、核酸、尿素等；另一种是无机态，主要包括氨（NH4+）硝酸盐（NO3-）、亚硝酸盐（NO2-）、一氧化二氮（N2O）、氮气（N2）等。大气圈是地球最大的氮库，但是由于氮氮三键是一种极强化学键，使得氮气不能直接被植物直接吸收和转换，在自然界氮气通常是通过闪电和生物固氮完成的，通过以上两种方式，将氮气转化为生物可利用的铵盐和硝酸盐，腐烂的有机体通过微生物的矿化分解作用，使得有机氮转化为无机氮进入到环境介质中。进入环境介质的铵盐可以通过硝化细菌和反硝化细菌变为氮氧化物和氮气从新回到大气中，完成整个循环。
随着全球工业与农业生产发展，使得越来越多的氮元素通过地球化学沉降、地表径流、地下渗透、污水排放等形式汇入到盐沼生态系统，与此同时，也有大量的氮素与不同元素混合进入盐沼生态系统，使原本相对平衡的生态系统遭到了破坏，影响了原有的氮循环转换的过程。亚热带盐沼湿地氮循环过程能够直接影响湿地自身的调节机制，同时氮元素在土壤介质中的关键过程也受到全球变化的影响。由于大量的氮元素不断地输入到盐沼湿地中，导致了河口地带诸多的环境问题，如赤潮的爆发、水体底部的溶解氧含量锐减、大量CO2和CH4气体从水体中排出（Rabalais, N.N, et al., 2010）。
福建沿海各河口分布的盐沼湿地是我国盐沼湿地的重要组成部分，其受到诸多环境的影响，其最主要的影响因素包括海水入侵、植物入侵、酸沉降及人为改造等。论文以闽江口盐沼湿地为研究对象，研究了在植物入侵、盐水入侵、酸沉降与土地利用变化四种不同情境下，盐沼湿地生态系统土壤氮循环的关键过程受此影响的变化规律，目的为亚热带盐沼湿地氮循环关键过程的外界环境变化的响应响应进行了完善与补充，对于深入的理解与认识环境外部的变化对盐沼湿地氮循环生物地球化学关键环节的驱动机制，预测盐沼湿地系统氮转换过程受外界环境影响的演变趋势，深化对盐沼湿地系统与生态环境变化和人类活动的关系，为已受到破坏的盐沼湿地的重建和修改具有重要的理论和实践意义。
论文共分7个章节。第一章论述论文的研究背景、研究目的与意义，国内外对盐沼湿地的研究现状等；第二章阐述了研究区域的概况与主要的研究（试验）方法；第三章论述植物入侵过程对土著种短叶茳芏湿地土壤硝化、反硝化和矿化作用的影响；第四章通过室内培养和野外实验相结合讨论盐水入侵对短叶茳芏湿地土壤的硝化、反硝化和矿化作用影响；第五章通过室内调节不同pH值间接反映酸沉降对湿地土壤氮硝化、反硝化和矿化过程的影响；第六章通过采集养虾塘中沉积物底泥和土地利用之前的短叶茳芏湿地的土壤进行室内的培养实验，反映土地利用变化后对沉积物的硝化、反硝化和矿化的影响；第七章是通过对前期的研究成果进行总结梳理，比较各种外界环境的改变对湿地土壤氮硝化、反硝化和矿化作用相对强弱。论文选择了目前对闽江湿地生态系统影响比较大的几种因素即互花米草入侵、盐水入侵、酸沉降和土地利用等过程对湿地土壤氮转换的影响进行系统的分析，其研究结果为闽江湿地的恢复和重建提供一定的科学数据。
1.2 研究背景
河口盐沼湿地氮循环的关键环节包括氮的矿化、硝化过程和反硝化过程。湿地中的氮主要以有机氮的形式存在（占土壤总氮95%左右），但是能够被植物直接吸收和利用的N只有2%左右（Bai et al., 2006）。氮在湿地中的循环过程主要包括：氮通过自然沉降或闪电固氮进入到湿地中；进入湿地的无机氮可以被植物吸收或被硝化细菌转化为硝酸盐；进入湿地系统的有机氮可以被微生物在矿化作用下分解为无机氮；植物的凋零物沉落在湿地土壤中被微生物分解；湿地土壤进行反硝化作用，将氮化合物转化为氮气和一氧化二氮重新回到大气中完成湿地氮循环。可以看出湿地中的氮循环主要包括固氮、矿化、硝化和反硝化这四个重要的环节。近年来，随着生态灾害和人类活动的加剧，对于河口盐沼湿地土壤硝化、反硝化和矿化作用都有较为显著的影响，河口区域能够衔接水圈、土壤圈、大气圈、生物圈等地球上的多个圈层，河口湿地对全球的物质元素循环与平衡也有着非常重要的生态学意义。沼湿地是湿地生态系统的一种特殊形态，其独特之处在于盐沼湿地生态系统是指地表过湿或季节性积水、土壤盐渍化并长有盐生植物的地段，在潮汐作用下，交替地被淹没或露出水面。盐沼湿地多位于降水量大、淤泥-沙质耦合的海岸与温暖的气候带，世界盐沼湿地主要分布在亚热带与温带的河口海岸区域，作为生物地球化学较为活跃的区域，盐沼湿地具有着丰富的生态功能、自然资源，同时对人文经济、社会发展也有这重要的作用（Werner, B.T., 1999.）李贵才（2001）等人归纳了影响土壤氮矿化的三类因素：（1）环境因素：包括土壤的温度、湿度、pH等，这些因素是影响微生物数量、群落特征的重要因子，通过影响微生物间接影响氮矿化；
（2）生物因素：包括土壤的动物和微生物，这些生物的类型、数量和活性等是影响氮矿化的直接因素；（3）凋零物状况：凋零物的数量、可降解程度等决定了可矿化程度。
通常简单的陆地湿地生态系统的氮循环比较单一，主要是通过水-土壤-微生物-植物完成的，受其影响因素也比较单一，而沿海的盐沼湿地氮循环还需要考虑更多的因素，如潮汐变化、盐水入侵、外来植物入侵、盐沼湿地改造利用以及工业革命以来，石油在全球范围的应用，土壤的开发，农业的发展等造成大量含硫化合物排放到大气当中，这些含硫化合物通过干湿沉降的方式到达地面，对陆地生态系统氮循环造成了一定的影响。河口盐沼湿地氮转化在盐沼湿地中起到了重要的作用，河口区域是生态敏感区域，其容易受到生态灾害及人类活动的影响，因此对河口盐沼湿地土壤氮元素的转化的影响急需研究。
1.3 国内外研究现状及发展动态
1.3.1 植物入侵对湿地土壤氮循环的影响
外来生物的入侵严重威胁到本地域的生物多样性，对当地的自然生态系统会造成严重的破坏，造成当地物种的大量死亡（Bradley et al., 2010）。在入侵生态学中，主要通过当地种群里的可入侵性和外来生物的入侵力两个方面来研究的。
物种的入侵力和群落的可入侵性相互联系的，其中群落的可入侵性通常是指受到外来物种的入侵程度，用于评价当地物种的受损程度，同时也能够反映物种的入侵力（Mack et al., 2000），而入侵力指的是外来物种对当地物种造成入侵的能力，通常是研究什么样的物种成为入侵物种，这些入侵物种具备什么特性（Alpert et al.,2000）。
2014年《中国外来入侵植物调研报告》显示，中国外来入侵植物有72科285属515种。在世界自然保护同盟公布的全球100种最具威胁的外来物种中，中国发现50种。调查发现，从城市到乡村，从沿海到内地，中国34个省（市、自治区）已全部被外来入侵植物―攻陷‖，甚至很多国家级自然保护区也发现了外来入侵植物。西南及东南沿海地区是外来植物入侵的―重灾区‖。在515种外来入侵植物中，分布在东南沿海地区的物种有108种。周亮进（周亮进等，2006）等人对闽江河口湿地生物多样性做了相关的调查，闽江口围垦破坏了大面积的盐沼湿地，导致湿地面积减少，自然资源受到破坏，其中蝙蝠洲、鳝鱼滩南面以及被围垦养殖了，目前红木和木麻黄以及接近灭绝，而区域内被外来植物入侵非常严重，如大米花和互花米草在区域内蔓延速度极快，将抢占了浅滩的面积，对生态造成破坏，对植物多样性非常的不利。据估计，在2010年闽江口鳝鱼
滩湿地互花米草的入侵面积已经占据了72.54%（Zhang等，2011），对生态造成了严重的影响。
Boorman等人(Boorman, 1999)研究了盐沼植物群落的分布模式。根据其受到潮汐影响的频度和植物群落的结构将盐沼植物由高向低分为5个带：先锋带群落、低潮滩、中潮滩、高潮滩和过渡带，研究发现米草属分布在先锋群落中，即分布在潮汐范围在0.6~0.8米左右。
在植物入侵对氮循环的研究中，大多数集中在陆地高等植物中，可能是因为高等植物群落能够控制表层土壤生态系统大尺度的氮循环过程，也可能是因为这些高等植物的入侵力相对较强。目前国内研究关于植物入侵对氮循环的影响主要包括对土壤中总氮库存量的影响、土壤无机氮、有机氮、植物体内氮含量、植物凋零物氮含量、土壤氮矿化速率、土壤硝化和反硝化速率及植物体内关于氮代谢酶有关活性等方面。研究者通过整理和分析，运用统计学的方法得到了被入侵的生态系统氮循环的改变方向。其中凋零物降解速率、土壤氮库、植物氮库、土壤硝化速率、土壤矿化速率、植物氮含量、凋零物氮含量、土壤铵态氮含量等均上升了约30%~115%，说明了入侵植物能够刺激微生物的分解作用，增加土壤氮库含量。与此同时通过将统计数据划分为不同的子集，即通过划分入侵种和被入侵生态系统的方法，来减少氮循环分析中的不确定因素（Liao et al,.2007)。国际上对植物入侵后对土壤N循环的影响做了大量的研究，大多数学者主要集中在土壤的某个过程，Hibbard等人研究了植物入侵下对氨化速率的影响，Ehrenfeld 等人研究了植物入侵对土壤矿化和硝化作用的影响，以上均没有研究植物入侵对反硝化速率的影响。
在入侵植物对湿地氮循环的研究中，湿地土壤源与汇的关系也是研究的重点，如外来入侵植物在该地的扩张，大部分的文献显示出外来植物具有更高的生物量和更高的净初级生产力，其比例可以达到80%以上（Windham,2001）。但是以上作为整个植物-土壤反馈环节的驱动力是不成立的，因为土壤总氮库增加还依靠氮矿化速率的降低。对于植物凋零物，其氮的含量上升会引起碳氮比下降，或者木质素氮比下降，与直接促进降解加速的情况不同，凋零物量的变化会比降解速率变化造成的影响更为显著。彭家豪（2009）总结了入侵种对生态系统氮循环中库与流域的影响。通过实例论证了：（1）氮的库与流不一定会同时改变；（2）变化几种的时段不同；（3）同一生态系统中不同种植物对氮循环的影响是不同的；（4）在同一系统中同属于固氮植物的不同类型的植物入侵对氮循环的影响也不同；（5）同一生态系统的入侵植物在不同环境下对氮循环的影响也是不同的。通过以上论证说明入侵植物对生态系统氮循环有着较强的影响机制。许多研究者通过植物-土壤反馈、固氮入侵种、非固氮入侵种调节生态系统固氮速率、改变系统硝化速率、入侵融化等，通过分析影响代谢、循环改变环节的位置，与影响的效应等
分析了植物入侵对生态系统氮循环的机制（Lawton et al,.1993;Wright et al,. 2006;Knops et al,. 2002）。
植物的入侵必然会影响到土壤自身对于养分调节的功能和作用，我们需要对土壤N 循环的各个过程进行较为系统的研究才能了解植物入侵对土壤N循环的影响，大多数学者主要关注植物入侵下一般土壤的N循环模式，而忽略了植物入侵对河口盐沼湿地土壤N循环的影响，植物入侵土壤的过程已经得到了证实，入侵后会使得土壤中的N2O 大量的排放，主要是因为植物根系的根际环境能够富集大量的微生物，这种微生物能够加速土壤的硝化-反硝化和矿化的作用，因此具有较未被入侵的土壤更具有生物活性和生物潜力，因此植物入侵对于温室气体的排放影响也应该得到关注。
互花米草是一种耐盐耐淹植物（徐国万，1985），中国1979年从美国引进的互花米草来扩大盐沼面积，目前互花米草已经大面积分布在我国沿海地区，如渤海湾、北海湾、东海湾、东南沿海地区都生长有互花米草，他能够对海岸盐沼湿地的动力、地貌和沉积等会对生态环境产生巨大的影响（Zhang et al.,2004；仇乐等，2010）。互花米草地下部分通常由短而细的须根和长而粗的地下茎（根状茎）组成。根系发达，常密布于地下30 cm深的土层内，有时可深达50–100 cm。植株茎秆坚韧、直立，高可达1–3 m，直径在1 cm以上。茎节具叶鞘，叶腋有腋芽。叶互生，呈长披针形，长可达90 cm，宽1.5–2 cm，具盐腺，根吸收的盐分大都由盐腺排出体外，因而叶表面往往有白色粉状的盐霜出现。学者对互花米草土壤氮循环的研究主要是通过实地采样检测的方法，如陶世如（2009）研究通过原位和凋落物袋分解法，比较了互话米草凋落物分解的季节动态；彭容豪（彭容豪，2009）则较为系统的研究了上海市崇明岛河口流域的互花米草和芦苇对氮循环的影响，研究表明互花米草土壤矿化速率和总氮较高，潮汐交替时，外源无机氮的输入量要高于芦苇群落，这也是互花米草维持地上生物量高于芦苇的原因之一。对于互花米草入侵对一般土壤N循环和湿地土壤N循环的影响已有了部分的研究，但是对于植物入侵后，对入侵湿地、入侵边缘湿地和入侵某一种植物后的盐沼湿地N循环的影响还是较少，对于不同季节下植物入侵不同区域的湿地土壤N循环变化的研究也较少，对同一地域不同区域盐沼湿地N循环的研究比较也较少。福建是我国互花米草入侵最为严重的省份之一，闽江河口湿地是福建省面积最大、生态类型最齐全、冲淤演变最复杂的典型淤泥质海滨湿地，其主要分布的原生湿地沼泽植物主要有芦苇（Phragmites australis）、短叶茳芏（Cyperus malaccensis）和海三棱藨草（Scirpus mariqueter）等，因此对于深入研究互花米草入侵闽江河口湿地土壤N循环的影响对于湿地的管理和控制有着一定的意义。
1.3.2 盐水入侵对湿地土壤氮循环的影响
分布在海岸带及入海口的潮汐盐沼湿地其盐度梯度范围可以从近海水盐度的33‰到接近淡水的0.03‰（铁佩，2004）。河口的盐沼湿地是各种营养元素汇集、转化的场所，氮是海岸盐沼湿地土壤中最重要的营养元素之一，能够反映出海岸湿地生态系统的营养状况，与内陆湿地不同的是，海岸盐沼湿地含盐分较多，这种情况下可能会影响到氮在土壤中的生物化学循环。仝川等人（仝川等，2010）研究了远、近潮沟区域内三种植物下土壤0~10cm的总氮含量，研究表明TN的范围约在0.24~1.91g/kg，无论是近潮沟区域还是远潮沟区域，芦苇和咸草下的TN含量都十分的接近，并且要大于藨草下的TN，研究还发现，盐度对盐沼土壤中的NH4+-N和NO3--N有显著的影响，与前者呈正相关，与后者呈负相关，说明随着盐度的增加氨化反应逐渐的增强，硝化活动逐渐的减弱（Kemp, 1984）。吕晓霞等人（2005）采集了长江口内外的9个采样点的表层土壤，测定了N的含量，发现TN与盐度呈负相关；另外，刘敏（2004）等人也发现，盐度对表层土壤中的NH4+-N和NO3--N有显著的影响，实验结果同仝川类似。白红军等人（2007）对内陆的盐沼湿地土壤氮剖面的分布与季节之间的关系进行了分析，研究表明TN的含量与土壤之间存在负相关关系，在剖面上由表层土壤（0~10cm）至下层土壤(50cm)，其含量在不断减少，这种变化趋势具有较为显著的季节差异。
在河口地区的盐分含量具有很大的波动性，这种波动性控制着沉积物对NH4+-N的吸附能力（Boatman et al.,1982），据报道，与淡水的潮汐河流域沉积物相比，河口沉积物中吸附的NH4+-N的含量较低，在淡水土壤孔隙水中的NH4+-N含量也很低（Simon et al.,1987）。A.Martijn等人（2007）研究了在室外围隔实验恢复潮汐运动和海水入侵对土壤氮素的转化率和半自然和农业草原的植被响应的影响，研究表明氮的矿化速率要比之前没有潮汐时更快，硝化速率受潮汐影响较小，甚至低于潮汐时；与淡水相比，低盐处理几乎对土壤氮的转化率没有影响。Arantza Iriarte(1998)等通过抑制剂法对城市河口盐梯度下硝化的季节响应做了响应的研究，氨、硝酸盐和亚硝酸盐在轴向和深度上的分布表明，在河口内部更深的地方硝化反应、硝酸盐和亚硝酸盐还原同时发生，硝化作用于温度表现出很强的相关性，但两者的关联性不是很强。刘敏(2004)等人以长江口咸淡水交互作用为典型的研究区域，通过模拟盐度的变化，定了的分析了其对无机氮的迁移和转化过程，研究表明，高浓度盐有利于氨态氮向覆水扩散，但是硝态氮和亚硝态氮的扩散则同氨态氮呈现相反的扩散趋势。另外，研究也表明盐都对沉积物中的硝态氮和亚硝态氮的影响也十分的显著，随着盐都的增加，氨态氮含量增加不明显，但是硝态氮的含量却又明显得减少趋势，说明高浓度盐都能够一直氨态氮的硝化作用，从而使得沉积物中的氨态氮含量有所提高。
反硝化是河口氮循环重要组成部分，是消除过剩氮元素的主要过程，反硝化将盐沼湿地中的氮元素从新分配，进入到大气中（Seitzinger，1984）。许多因素影响着脱氮的速率，如入海河口岸的盐分含量（Rysgaard，1999）。Seitzinger等人(1991)的研究表明盐度能够间接的通过减少沉积物中可交换态铵，减少硝化细菌对铵的可利用性来影响反硝化。也有研究表明，反硝化与季节性、温度以及沉积物中有机质的含量有明显的关系（Hopkinson，1999），水层中的硝酸盐浓度能够控制反硝化（Smith, 1985）；沉积物氧含量具有双重调节反硝化的作用，它通过硝化速率影响氧气的供应，改变和扩散水中硝酸盐到达反硝化层的距离（Nowicki,1994）。由于以上的原因，反硝化速率会在看似相近的系统中产生较大的偏差。除此之外，河口盐度也是影响氮矿化的重要原因，氨化细菌比硝化细菌更耐盐，且随着盐度的增加，总氮矿化量是下降的。对于盐入侵土壤河口盐沼湿地N循环已有研究，但是对于闽江河口特殊地理位置下，盐入侵的研究相对较少。福建省地处于东南沿海，有独特的地理条件，其河口也具的潮汐湿地称为我们重点研究对象，对于闽江河口湿地单循环的关键过程目前研究的还较少，因此对于深入研究海水入侵下湿地土壤N循环有着重要的研究价值。
1.3.3 酸沉降对湿地土壤氮循环的影响
我国与欧洲和北美是世界三大酸雨区域，而且我国的强酸雨（pH＜4.5）的面积最大，2014年的酸雨分布调查显示，酸雨污染主要分布在长江以南-青藏高原以东地区，主要包括浙江、江西、福建、湖南、重庆的大部分地区，以及长三角、珠三角地区。酸雨区面积约占国土面积的12.2%。酸雨给生态环境带来了严重的破坏，不同的地区酸雨的组成结构有所不同，但组成物质上大致相同，都含硫酸根、硝酸根、氯离子、钙离子、镁离子、氨、钾离子和钠离子。马治国等人（2006）研究了福建东部地区1991~2003年的酸雨年际分布，通过分析认为福州市的酸雨出现率在39.51%，pH=5.05，出现酸雨较频繁的季节是春季和冬季，闽江口盐沼湿地是离福州市最近的入海口，其气候状况与福州市相近，酸雨会对水生生态系统产生较大的影响，评价酸雨的指标通常包括酸雨的酸度和频度，大量的酸雨进入湿地会导致湿地生物量的下降，抑制水生动物和植物的活性，导致水体内有机物分解速率下降，影响到湿地生态圈的循环。研究表明不同pH的酸雨进入水生生态系统后，会对水体生物造成不同的影响：pH＜6，水体中的一些微生物、浮游生物，如蜉蝣等会相继死去；pH＜5.5，会导致鱼类不能繁殖、幼鱼很快死去、造成鱼类畸形、鱼类窒息等；pH＜5，鱼群会相继死去；pH＜4，存活的生物会变异（黄美元，1993；陈明艳，2009）。另一方面，酸雨进入湿地后，会使土壤中的重金属被释放出来，大量的重金属被释放，使得水生动植物在重金属胁迫下中毒。
对于土壤而言，pH=4.0的酸雨对土壤几乎没有影响，但是土壤中的氮元素的转化会使土壤H+量显著增加，如果以铵盐的形式每年每公顷施肥100kg氮肥，其酸化土壤的含量要远远大于酸雨的效果（张耀民，1984）。大气中的硫沉降主要大多数为干沉降(Xu et al.,2004)，对于那些缺硫的土壤能够满足作物的生长发育。模拟酸雨实验可以使得土壤中的氮的矿化受到刺激作用，也可以使得土壤中氮的矿化受到抑制，对矿化作用的影响与土壤的性质有较大的关系(刘连贵，1991)。表1.2是酸沉降对土壤矿化作用的影响。
表1.2 酸沉降对土壤矿化作用的影响
Table 1.2 effects of acid deposition on soil mineralization
矿化作用pH的影响参考文献
土壤酸化导致土壤内重金属离子释放，
有机质的转化
Francis,1980
降低了有机质矿化的速度
微生物的活性受到了抑制；细菌向耐酸
Falappi,1994
微生物的变化
的真菌转变
抑制氨化作用；抑制硝化作用；抑制反
Francis,1980;Abrahamsen,1980 含氮有机物的矿化过程
硝化作用；促进氮的有效性
根的吸收由土壤酸化引起的毒害Mayer,1977;Ulrich,1980 大量的酸雨进入湿地后，使得水体中的pH值减少，不仅会对水生生物造成威胁，对水体中的营养盐的数量也会有所影响，张修峰（2005）研究了酸雨对温州三垟湿地水体中氮营养盐数量的影响，研究发现通过大气沉降输送到三垟湿地的氨氮、硝态氮和总氮占了湿地水体现有的56~64%、11.21~19.38倍、12%~17%；而直接输送到三垟湿地的量则要远远少于大气沉降，分别是16%~19%、3.24~5.63倍、3~5%，因此认为酸雨是三垟湿地重要的氮输入源。史艳姝（2011）等人模拟了不同pH值下，对冬小麦-大豆轮作农田土壤硝化和反硝化作用的影响，分析不同的pH对这些关键土壤氮循环过程的影响，结果表明pH升高，并没有影响到冬小麦的硝化和反硝化作用；高强度模拟酸雨（pH=2.0）对土壤的硝化和反硝化反而有促进作用。陈希（2015）等人研究了不同pH 条件下植物根际氮转化情况，研究表明，随着酸雨pH的增加，非根际土壤氨氮和脲酶出现了先减少后增多的趋势，其他指标如N有效含量、N转化速率等指标并没有发生明显的变化，可以说pH对该地土壤的N输入和输出的影响并不大。对于根际土壤的NO3--N、矿物质氮和氨化速率表现出随着酸雨的强度增加而减少的趋势，说明在长期强酸的胁迫下，酸化土壤会导致氮氨化作用，使NO3--N减少，NH4+-N增加。
1.一氧化氮与氧气的反应2NO+O2=== 2NO2 2.二氧化氮与水的反应3NO2+ H2O==== 2HNO3+ NO 3.氮气与氢气的反应N2+3H2========= 2NH3 4.氨气与水的反应NH3+H2O==== NH3·H2O 5.氨气与盐酸的反应NH3+HCl==== NH4Cl 6.氨气与硫酸的反应2NH3+H2SO4==== (NH4)2SO4 7.氨气与强酸的离子的反应NH3+H+==== NH4+ 8.氨的催化氧化的反应4NH3+5O2====== 4NO+6H2O 9.碳酸氢铵加热的反应NH4HCO3==== NH3↑+CO2↑+H2O 10.氯化铵加热的反应NH4Cl==== NH3↑+HCl↑ 11.碳酸铵加热的反应(NH4)2CO3==== 2NH3↑+CO2↑+H2O 14.氯化铵与氢氧化钙的反应2NH4Cl+ Ca(OH)2==== CaCl2+2NH3↑+2H2O 13.氯化铵与氢氧化钠的反应NH4Cl+ NaOH==== NaCl+NH3↑+H2O 14.碳酸氢铵与氢氧化钠的反应NH4HCO3+2NaOH==== Na2CO3+NH3↑+2H2O 15.碳酸氢铵与氢氧化钙的反应 NH4HCO3+Ca(OH)2==== CaCO3↓+NH3↑+2H2O 16.硝酸的分解的反应4HNO3========= 4NO2↑+O2↑+2H2O 17.铜与浓硝酸的反应Cu+4HNO3(浓)==== Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 18.铜与稀硝酸的反应3Cu+8HNO3(稀)==== 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O 19铁与浓硝酸的反应Fe+6HNO3(浓)==== Fe(NO3)3+3NO2↑+3H2O 20.铁与稀硝酸的反应Fe+4HNO3(稀)==== Fe(NO3)3+NO↑+2H2O 21.碳与浓硝酸的反应C+4HNO3(浓)==== CO2↑+4NO2↑+2H2O 22.一氧化氮与氧气和水的反应4NO+3O2+2H2O==== 4HNO3 23.二氧化氮与氧气和水的反应4NO2+O2+2H2O==== 4HNO3 24.氨气(过量)与氯气的反应8NH3+3Cl2==== 6NH4Cl+N2 25.氨气(少量)与氯气的反应2NH3+3Cl2==== 6HCl+N2 26.二氧化氮生成四氧化二氮的反应2NO2==== N2O4
[强化训练] 一、选择题： 1、起固定氮作用的化学反应是（） A、N 2与H 2 在一定条件下合成NH 3 B、NO与O 2 反应生成NO C、NH 3被O 2 氧化成NO和H 2 O D、由NH 3 制备化肥NH 4 HCO 3 2、Murad等三位教授最早提出NO分子在人体内有独特功能，近年来此领域研究有很大进展，因此这三位教授荣获了1998年诺贝尔医学及生理学奖。关于NO的下列叙述不正确的是（） A、NO可以是某些含低价N物质氧化而来的产物 B、NO不溶于水 C、NO可以是某些含高价N物质还原而来的产物 D、NO是红棕色气体 3、将盛有氮气和二氧化氮（假设无N 2O 4 ）混合气体的试管倒立于水中，经过足够长时间后， 试管内气体的体积缩小为原来的一半，则原混合气体中氮气与二氧化氮的体积比是（） A、1：1 B、1：2 C、1：3 D、3：1 4、发射卫星的运载火箭，其推进剂引然后发生剧烈反应，产生大量高温气体从火箭尾部喷 出。引然后产生的高温气体主要是CO 2、H 2 O、N 2 、NO，这些气体均为无色，但在卫星发射现 场看到火箭喷出大量红烟，产生红烟的原因是（） A、高温下N 2遇空气生成NO 2 B、CO 2 与NO反应生成CO和NO 2 C、NO遇空气生成NO 2 D、NO和H 2 O反应生成H 2 和NO 2 5、现在城市每日空气质量报告中涉及的污染物主要指的是（） A、SO 3、NO 2 、尘埃 B、CO、NO 2 、尘埃 C、SO 2、NO、可吸入颗粒物 D、SO 2 、NO 2 、可吸入颗粒物 6、下列叙述的内容与光化学烟雾无关的是（） A、引起大气污染的氮氧化物主要是NO、NO 2 B、化石燃料的燃烧产生CO和粉尘污染大气 C、汽车尾气是城市大气中氮氧化物的主要来源之一 D、氮氧化物和碳氢化合物受太阳紫外线作用，发生光化学反应产生的有毒物质混合在一起形成浅蓝色烟雾 7、室内空气污染主要来自（） ①建筑物自身；②人自身；③室内装饰材料；④水；⑤人为活动；⑥空气；⑦室外 A、①②④⑤ B、①③⑥⑦ C、①③⑤⑦ D、②③⑤⑦ 8、下列叙述不正确的是（） A、治理光化学烟雾污染，就必须对汽车尾气进行净化处理 B、大气中可吸入颗粒物的源头是工业烟尘和灰尘 C、大气中可吸入颗粒物的直径在10nm以下 D、室内装饰材料挥发出来的有害物质主要是苯和甲醛 9、造成降水pH降低的主要原因，是降水中溶有（） A、亚硫酸、硫酸、硝酸 B、碳酸、硫酸、硝酸 C、氢硫酸、碳酸、硫酸 D、盐酸、硫酸、硝酸 10、食油在锅内过热着了火，离开火炉后，火仍不熄灭，此时熄灭它的最好方法是（） A、立即浇水 B、用灭火器 C、把油泼掉 D、盖严锅盖 11、对某地区空气质量检测的结果显示，二氧化硫的污染指数是40，二氧化氮的污染指数是60，可吸入颗粒物的污染指数是140。以下是对该地区空气状况评价，其中不正确的是（）
化学小论文 ——对于碳铵循环对环境影响的思考 在自然界之中各种元素都是通过各种各样的化学反应不断循环流动，从而达到一种动态平衡的状态，整个自然界就是处于一种动态平衡的状态之中，表面看似平静其实一直在发生变化来保持平衡。一旦人类过度干预这些循环，就会使自然失去原本的平衡，从而引发一系列的灾难。 在有机体中的所有的化学元素都参与了生物地质化学循环。而生物地质化学循环在生态学上指的是化学元素或分子在生态系统中划分的生物群落和无机环境之间相互循环的过程。这使得相关的元素得以循环，虽然实际上在某些循环中化学元素被长期积聚在同一个地方而不发生移动。例如，水始终是通过水的循环回收利用。水经过蒸发，凝结和降水，干净的回落到地球。通过生物化学循环，元素、化合物以及其它形式的物质是从一个生物体到另一个生物体，并从生物圈中的一个部分到另一个部分，由此来保持水在自然界的动态平衡。化学元素除了参与有机体的构成外，亦可经过生态系统的各种非生物因素进行循环，例如水（水圈）、陆地（岩石圈）和空气（大气圈）；地球上的所有生物因素都可以被认为是生物圈的组成部分。所有的化学物质、营养物质或者更进一步说——元素，例如碳、氮、氧、磷这些存在于生态系统中的有机体的封闭系统中，同时有机体又与开放系统相互循环这些化学物质以保持收支平衡。生态系统的能量则由开放系统所提供，太阳持续地为地球以光的形式提供能量，最后被食物网中的各个营养级所利用或以热能的形式散失。 因此物质的循环对于自然平衡来说是十分重要的，就拿碳循环和氮循环来说。碳和氮都是生命体构成的基本元素，在生物的生命活动中起着极为重要的作用，同时也大量的存在于我们所生存的环境之中。碳循环是一种生物地质化学循环，指碳元素在地球上的生物圈、地圈、水圈及大气中交换。碳的主要来源有四个，分别是大气、陆上的生物圈（包括淡水系统及无生命的有机化合物）、
亚热带盐沼湿地土壤氮循环关键过程对全球变化的响应
摘要 河口盐沼湿地受到了陆地和海洋相互作用的影响，可以认为是生物活动较为活跃的地区，同时也是地球化学过程最为活跃的地区，对人类和社会有着重要的影响。氮在大气组分占78%，是大气圈中最丰富的元素，其在环境介质中的含量会直接影响到周围生物的生长。由于目前大量的人为输入氮源对河口的盐沼湿地已经产生了巨大的影响，河口地带出现赤潮、河口溶解氧含量锐减,以及大量的温室气体从河口溢出等环境效应。本研究以福州闽江河口盐沼湿地为研究对象，充分的研究了土壤氮循环的关键过程对全球变化的响应，通过野外采集、实验室模拟的方式，定量的研究了闽江河口盐沼湿地土壤-水体界面的氮循环过程，分别研究了盐入侵、植物入侵、酸沉降和盐沼湿地改为养虾塘后，土壤中硝化、反硝化和矿化作用的变化情况，探讨了氮在河口湿地的变化，及其在河口湿地扮演的重要角色。主要得到的研究结果如下： 1、植物入侵对氮循环的影响 无机氮和总氮：（1）互花米草入侵改变了土壤NO3--N含量在不同土层含量，可显著降低土壤的NO3--N含量，但整体增加了土壤的NH4+-N含量。（2）互花米草不同入侵过程土壤TC、TN含量以及C/N比的垂直变化特征均比较一致，入侵整体增加了土壤的碳氮含量和C/N比和土壤的碳氮储量。（3）闽江口互花米草入侵对短叶茳芏湿地土壤碳氮含量的影响相对于江苏盐城、长江口以及杭州湾湿地的影响可能更为显著，主要与其对闽江口湿地植物群落格局、养分生物循环以及强促淤作用引起的土壤颗粒组成等的显著改变有关。互花米草入侵亦改变了土壤中陆源和海源有机质的来源比例，使得入侵后湿地土壤养分的自源性增强。 硝化和反硝化：（1）闽江河口湿地土壤的反硝化速率远高于硝化速率，且呈现明显的季节变化，夏季的硝化-反硝化作用最强。不同季节条件下，土壤硝化-反硝化速率由大到小顺序，硝化速率：夏季>春季>秋季>冬季，反硝化速率：夏季>秋季>冬季>春季；按不同植被类型下土壤硝化-反硝化速率由大到小顺序，硝化速率：入侵边缘>互花米草>短叶茳芏，反硝化速率：互花米草>交汇处>短叶茳芏。（2）闽江河口湿地不同植被类型下沉积物-水界面N2O交换通量呈现明显的季节变化。土著物种短叶茳芏的土壤仅春季对上覆水N2O有微量吸收，夏、秋两季均对水体释放N2O，表现为水体中N2O的净源；由于互花米草的入侵，入侵边缘的土壤为春季释放N2O，而夏、秋两季土壤均吸收N2O，与土著物种短叶茳芏完全相反；互花米草入侵成功后的土壤，其夏季的沉积物-水界面N2O交换通量达到最大，表现为向水体释放较多的N2O，而其春、秋两季都为吸收N2O，但吸收总量小于释放量。（3）闽江口湿地互花米草入侵后，增强了土壤的硝化-反硝化作用，促进了N2O对大气的释放。
在养殖水体中，有机污染物包括氮、碳、磷、硫4种主要物质，而后3者形成的产物在氧气充足的条件下对鱼类的影响程度不是很大，当氮以分子氨态或亚硝酸盐氮态存在时，却会对水生动物产生很强的神经性毒害。当前以强饲为特征的集约养殖方式加大了水体有机氮物质分解转化的负荷，微生物分解环节严重受阻，从而成为水体系统循环过程的制约瓶颈与顽结，造成水体富营养化甚至污染，引发出诸多病害、药残、食品隐患等问题。水体系统的氨氮循环及污染治理已成为世界性关注的环境问题和研究热点。 1 养殖水体内氨氮循环与脱氮过程 水体氮素的来源构成 集约养殖水体氮素的来源主体为饵料残剩物和粪便排泄物的分解，其次为老化池塘底泥沉积物氨化分解，再次为施肥积累。养殖生产包括自然再生产过程与经济再生产过程，然而传统的养殖方式片面追求产量经济效益，强化水体系统外的能量物质的投入。过量的投饵，形成大量有机代谢废物的沉积，致使水体系统的分解环节受抑制，造成硝化反应难以通畅完全进行，自净能力减弱，产生多种有机酸及氨氮、亚硝酸盐、硫化氢、甲烷等中间有毒有害产物同时，这些中间有毒产物也可再由含氮化合物通过反硝化细菌还原而返复积累。自然状态下水体氮素的来源：①一些固氮藻类及固氮细菌能把大气层中的氮气转变为有效氮；②鱼类等水生动物的最终代谢产物主要为氨态氮（NH3），其次为尿素和尿酸；③藻类细胞自溶与有机碎屑沉积物的矿化作用，使以颗粒状结合着的有机氮以NH3－N的形式释放到水体中；④地面泾流及域外污水串用带来的氮的污染问题也愈加突出，等等。对自然状态
的氮素来源构成及转化过程应清楚把握和准确运用，才能不悖其水体物质转化循环规律，达到健康高效生态养殖的目的。 养殖水体生态系统的生物组成 消费者、分解者、生产者是养殖水体生态系统的生物组成部分。其特点是：①消费者：鱼虾类养殖动物为整个生态系统的核心，数量多、投饵量大，产生大量的排泄物和残饵； ②分解者：微生物的数量与种类较少，大量的有机物无法及时分解，经常处于超负荷状态，水质恶化；③生产者：藻类数量少，无法充分利用有机物降解产生的营养盐类，导致NH3-N 和-N等有害物质积累以至污染。因此，这种片面强调消费者，而忽视分解者和生产者的生态系统是极为不平衡的，常使其循环过程存在两处“瓶颈”梗阻。 水体物质循环的中间部位 即有机物的生物分解转化环节,水中有机物在异养微生物的作用下，第一阶段是碳氧化阶段，初步被分解出的产物是二氧化碳（CO2）和氨态氮，氮物质大部分以NH4+·NH3的形式释放出来。在自然条件下（温度为20℃），一般有机物第一阶段的氧化分解可在20d 内完成。第二阶段是氨物质的硝化过程，在亚硝化细菌的作用下氨（NH4+·NH3）被氧化成亚硝态氮（NO3--N）；在硝化细菌的作用下再进一步被氧化成植物生长所需要的硝态氮（NO3--N）。在20℃自然条件下，第二阶段的氧化分解需百日才能最终完成。当水体缺氧时，另有一类反硝化细菌可以把硝酸盐（NO3-）还原为亚硝酸盐（NO3-），再还原为氨氮或游离氨或氮气，失去营养作用，成为植物不能直接利用的氮。这种游离氨或氮气由水体界面
水质的氮循环 在养殖水体中，有机污染物包括氮、碳、磷、硫4 种主要物质，而后3 者形成的产物在氧气充足的条件下对鱼类的影响程度不是很大，当氮以分子氨态或亚硝酸盐氮态存在时，却会对水生动物产生很强的神经性毒害。当前以强饲为特征的集约养殖方式加大了水体有机氮物质分解转化的负荷，微生物分解环节严重受阻，从而成为水体系统循环过程的制约瓶颈与顽结，造成水体富营养化甚至污染，引发出诸多病害、药残、食品隐患等问题。水体系统的氨氮循环及污染治理已成为世界性关注的环境问题和研究热点。 1养殖水体内氨氮循环与脱氮过程 1.1水体氮素的来源构成 集约养殖水体氮素的来源主体为饵料残剩物和粪便排泄物的分解，其次为老化池塘底泥沉积物氨化分解，再次为施肥积累。养殖生产包括自然再生产过程与经济再生产过程，然而传统的养殖方式片面追求产量经济效益，强化水体系统外的能量物质的投入。过量的投饵，形成大量有机代谢废物的沉积，致使水体系统的分解环节受抑制，造成硝化反应难以通畅完全进行，自净能力减弱，产生多种有机酸及氨氮、亚硝酸盐、硫化氢、甲烷等中间有毒有害产物同时，这些中间有毒产物也可再由含氮化合物通过反硝化细菌还原而返复积累。 自然状态下水体氮素的来源：①一些固氮藻类及固氮细菌能把大气层中的氮气转变为有效 氮；②鱼类等水生动物的最终代谢产物主要为氨态氮（NH3，其次为尿素和尿酸；③藻类 细胞自溶与有机碎屑沉积物的矿化作用，使以颗粒状结合着的有机氮以NH3－N 的形式释放
到水体中；④地面泾流及域外污水串用带来的氮的污染问题也愈加突出，等等。对自然状态 的氮素来源构成及转化过程应清楚把握和准确运用，才能不悖其水体物质转化循环规律，达到健康高效生态养殖的目的。 1.2养殖水体生态系统的生物组成 消费者、分解者、生产者是养殖水体生态系统的生物组成部分。其特点是：①消费者： 鱼虾类养殖动物为整个生态系统的核心，数量多、投饵量大，产生大量的排泄物和残饵；② 分解者：微生物的数量与种类较少，大量的有机物无法及时分解，经常处于超负荷状态，水质恶化；③生产者：藻类数量少，无法充分利用有机物降解产生的营养盐类，导致NH3-N 和-N等有害物质积累以至污染。因此，这种片面强调消费者，而忽视分解者和生产者的生态系统是极为不平衡的，常使其循环过程存在两处“瓶颈”梗阻。 1.3水体物质循环的中间部位 即有机物的生物分解转化环节, 水中有机物在异养微生物的作用下，第一阶段是碳氧化 阶段，初步被分解出的产物是二氧化碳（CO2和氨态氮，氮物质大部分以NH4+?NH3的形 式释放出来。在自然条件下（温度为20C）, —般有机物第一阶段的氧化分解可在20d内 完成。第二阶段是氨物质的硝化过程，在亚硝化细菌的作用下氨（NH4+?NH3被氧化成亚 硝态氮（N03--N）;在硝化细菌的作用下再进一步被氧化成植物生长所需要的硝态氮 （N03--N）。在20C自然条件下，第二阶段的氧化分解需百日才能最终完成。当水体缺氧
氮气循环–过程，步骤–说明 氮是蛋白质和核酸的基础。它是所有生命形式不可或缺的一部分。大气中氮含量丰富。为了将其用于各种生物过程，需要将其从惰性大气分子转化为有用的形式。 氮从大气分子形式转化为对生物有用的形式的过程称为氮循环。 氮循环的阶段是什么？ 1. 固定-大气中的氮气为惰性形式，只有少数生物可以从中受益。为了使其对 所有生命形式都有用，应将其转换为固定形式或有机形式。因此，该过程 称为固氮。固氮过程包括以下内容： 1. 氮通过沉淀沉积。它来自大气，并沉积在土壤和水的表面。 2. 一旦沉积成功，氮将发生一些变化。两个氮原子分离并与氢结合形成氨。 有三种生物负责该作用-藻类，游离厌氧细菌以及与某些类型的植物共生的 细菌。 要记住什么？ ?植物没有使用大气氮的能力。他们需要固氮细菌的帮助。 ?种植豆类和苜蓿等农作物可以弥补土壤中的氮消耗。 ?氮可以通过人为的过程进行固定，例如制造氮肥和氨肥。 在固氮过程中起作用的微生物是什么？ ?原核生物 ?非生物手段，例如闪电或某些工业干预，例如燃烧化石燃料。 ?三叶草，豌豆和大豆等豆类植物的根系分泌物 ?有氧和厌氧固氮菌 ?光养和化学养分细菌 2. 硝化作用-一些工厂使用氨水。但是，在某些类型的细菌（称为硝化细菌）的帮助下，植物吸收的大部分氮都从氨转化为亚硝酸盐并转化为硝酸盐。例如： 1. 亚硝化单胞菌 2. 亚硝基螺菌 3. 硝化螺菌 4. 硝基球菌 5. 硝化细菌 6. 硝化菌 7. 硝基球菌 3. 同化–在此阶段，植物从土壤中吸收了各种形式的氮。它们将用于形成植物和 动物蛋白。 4. 氨化–植物和动物降解或排放废物后，氮会重新进入土壤，分解剂会分解土壤。 分解过程导致产生氨，氨将用于其他生物过程。 5. 反硝化–在此阶段，氮气返回大气。硝酸盐形式转化回气态氮。反硝化阶段发生 在潮湿的土壤中，微生物无法进入其中。 反硝化细菌是负责处理硝酸盐以获取氧气的细菌，使氮气成为该过程的副产品。在 反硝化中起重要作用的微生物是： 1. 芽孢杆菌
一、引自潘青等《朱庄水库水体氮循环系统对水质的影响分析》 ㈠、反硝化又称硝酸盐呼吸或硝酸盐还原，可以分成同化性硝酸盐还原与异化性硝酸盐还原。 大多数细菌、放线菌、真菌都能以硝酸盐作为营养，将硝酸还原为氨，合成氨基酸、蛋白质、其它含氮有机物，该还原方式属同化性质，被称为同化性硝酸盐还原。 一些微生物可以将硝酸盐逐级还原成ＮＯ、Ｎ2Ｏ、Ｎ2逸出水体，该还原方式属异化脱氮过程，被称为异化性硝酸盐还原。参与该反应过程的细菌都是兼性厌氧菌，例如：施氏假单胞菌、脱氮假单胞菌、荧光假单胞菌、色杆菌属中的紫色杆菌、脱氮色杆菌等。 ㈡、环境因子对氮循环的作用 1、水温：硝化菌活性在水温15～30℃最强，12～14℃活性最弱，易积累ＨＮＯ2。反硝化反应最适水温20～35℃， 2、ＰＨ：硝化过程最适宜ＰＨ=7.0～8.0。反硝化反应最适ＰＨ=7.0～8.5。当ＰＨ＜6.0～6.5时，反硝化的最终产物为Ｎ2Ｏ。 3、溶解氧：根据试验资料显示，ＤＯ≥0.5㎎／Ｌ硝化反应才能正常进行。 ㈢铵态氮（ＮＨ3、ＮＨ4-）的动态平衡： ＮＨ3+Ｈ?ＮＨ4-
当ＰＨ＜7.0时，水中的铵态氮几乎以ＮＨ4-形式存在； 当ＰＨ＞11.0时，水中的铵态氮几乎以ＮＨ3形式存在。二、生物体内有机氮的合成（生物体的同化作用）：植物把土壤中的铵盐、硝酸盐同化成植物体内有机氮的过程；动物直接或间接摄食植物，将植物体内的有机氮同化成动物体内的有机氮的过程。 三、氮循环的主要环节：生物体内有机氮的合成（生物体的同化作用）、氨化作用、硝化作用、反硝化作用、固氮作用。 四、固氮作用：大气中分子态的氮被还原成ＮＨ3的过程。固氮途径：工业固氮【即固氮微生物（豆科植物）将大气中的氮（Ｎ2）还原成氨（ＮＨ3）的过程】、高能固氮【在闪电等高能作用下，将大气中的氮（Ｎ2）氧化成ＮＯ、ＮＯ2，再形成ＨＮＯ3的过程；或大气中的氮（Ｎ2）与水体中的氢结合形成ＮＨ3的过程】、生物固氮【采用高温高压催化剂办法，将氮合成氨（ＮＨ3）的过程】。 五、氮氧化物(NOx)在大气中生成硝酸的反应途径： (1)与OH的反应 NO2+OH+M— HN03+M 2)NO3根与有机化合物的反应 NO2+03一N03+02 N03+RH—HN03+R (3)N205与水的反应
氮循环的基本原理 介绍氮循环的基本原理，以及如何利用氮循环保证水族生态环境的稳定“物质既不会被创造，也不会被消灭，只能从一种形式转换成另一种形式。”——拉瓦锡 对于一个新建的水族箱来说，头几个星期至关重要，因为这是其水体生态建立的过程。在把鱼放入水族箱之前，我们一定首先为它们准备好居住环境。建立起良好的氮循环，是其中一个重要的工作。 鱼的废物、吃剩的食物，以及其他累积的有机物不会自己消失，它们会被微生物分解，产生有毒的物质。不过大自然是聪明的，一些生物会把这些分解物转变成能被其它生物利用的新物质。这些分解物中最主要的是氮基物质，这个逐渐分解的过程称为氮循环。能够造成这种变化的是一种微生物—硝化细菌（nitrifying bacteria），在自然界中它会分解氮化合物。在水族箱刚建好时会有少量的硝化细菌存在（可能来自水或底砂等，也有专门的硝化细菌出售），这就是后期培养的基础。在头几个星期里，我们要让这种细菌大量繁殖直到它们能够分解处理水中的废物，就是我们常说的“养水”。只有在水养好后，才能将鱼放到缸中。这个过程大概需要2－6个星期。 氮（N）对生物来说是非常重要的化学元素，因为它可以形成
生物必不可少的两种有机物：蛋白质和核酸。自然界的氮主要以氮气（N2）的形式存在于空气中，虽然空气中氮气的含量很多，但大多数生物无法直接利用它，只有一些特殊的菌类，主要是蓝、绿藻类（cyanobacteria），能够吸收N2，用以合成氮基化合物。这个过程叫氮固定。藻类被其他生物吃掉，这些生物又再被生物链中更高级别的生物吃掉，最后氮化合物在整个生态系统中传播开来。 当这些氮化合物被释放（生物死亡，或通过其脱落物、排泄物）时，它们被细菌分解，分解的主要产物之一是氨（NH3）。氨在水中与水结合，形成氢氧化铵（NH4OH）。这是毒性比较大的物质，能使鱼类血液中的蛋白质变性而失去生理功能，当水体中氨浓度超过0.2ppm时就会造成鱼类急性死亡。高浓度的氢氧化铵（即氨水）是强烈的腐蚀剂。氨对鱼来说是非常危险的物质，它的毒性随温度，PH值和水中的盐分而不同。由于氨水呈碱性，在越呈酸性（PH<7）的水中，氢氧化铵就越被压制，反之在越呈碱性（PH>7）的水中，它的毒性就越大。氨可以被亚硝化细菌分解,转变成亚硝酸（NO2-），这个过程成为亚硝化： 2NH3+3O2--->2HNO2+2H2O+热 HNO2（亚硝酸）也溶于水，释放亚硝酸根离子（NO2-）。高浓度的亚硝酸盐对植物和动物也是有害的，但幸好它会被硝化细菌继续分解成硝酸盐（NO3-），这个过程成为硝化：
8.12地球氮循环 8.12.1介绍 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 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 8.12.3 氮库及其交换 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 8.12.4 产生活性氮 8.12.4.1 介绍 8.12.4.2 闪电——自然 8.12.4.3 陆地生物固氮——自然 8.12.4.4 人类活动 8.12.4.4.1 介绍 8.12.4.4.2 食品生产 8.12.4.4.3 能量产物 8.12.4.5 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 8.12.5.2 产生活性氮 8.12.5.3 活性氮的分布 8.12.5.4 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 8.12.8.1 介绍 8.12.8.2 大气圈 8.12.8.3 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，氮气被创造出来，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，宇宙需要足够的冷却来创造原子；氢和氦首先形成。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，氦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，并且假定空间温度为-270℃，当地球形成时N2可能是固体，因为它的沸点（b.p.）和熔点（m.p.）分别为-196℃和-210℃。迈向积累的最后期，温度可能足够高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N2排放。碳和硫可能以CO和H2S排放（Holland，1984）。N2仍然现今最常见的氮火山气体，其排放速率为2TgN yr-1（Jaffee，1992）。 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，氖气和氩气。在新形成的地球脱气期间释放的大部分氖气和氩气仍然存在于大气中，基本上没有转移到水圈或地壳。另一个极端是碳和硫。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6×106 TgN在大气，水圈和地壳中，2/3在大气中以N2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N2分子的三键需要大量的能量来断裂。在早期的大气中，这种能量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N2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N2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NH4+），无机氧化形式（如NO x，HNO3，N2O和NO3-）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，NH3是形成早期有机物质的必要成分。NH3生成的一种可能性是海水通过火山岩循环（Holland，1984）。在这样的过程中，NH3可以释放到大气中，当与CH4，H2，H2O和电能结合在一起时，可以形成包括氨基酸的有机分子（Miller，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（Holland，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O2的情况下生存并产生NH3。几乎与此同时，能够在光合作用中产生O2的第一个有机体（例如蓝细菌）得以进化。直到15-20亿年，O2才开始在大气中积聚。到目前为止，O2已经被化学反应（例如铁氧化）消耗了。通过5亿年，大气中的O2浓度达到了今天发现的相同值。随着O2浓度的增加，在N2和O2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O2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2.3×10-6亿年。在1770年代，三位科学家Carl Wilhelm 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，Jean Antoine Claude
图 1 湿地系统氮循环分室模式（方框内数字为分室N储量, gN?m-2; 箭头上方数字为分 室间N流通量gN?m-2?a-1）
2 研究方法 2.1氮输入对湿地系统的影响 试验目标：定量研究外源氮在湿地系统中的分配与去向。 试验设计：利用基于稳定性同位素15N 示踪技术的模拟试验来开展本项研究。 实施方法：2010年3月1日进行湿地植物的移栽，采用上口直径40cm 、下口直径32cm 、高42.5cm 的塑料桶作为移栽桶，并按湿地土壤的自然深度进行移栽。因各桶内的植物密度不尽一致，所以为使各桶间具有一致的代表性，试验前将各桶内的植株定在30～40株之间，并使其在桶内拥有15天左右的适应时间。3月16日施入15N 丰度为20.28％的15NH 415NO 3（上海化工研究院）。试验依照氮浓度设CK 、1 N 和2N 三种处理，即用一组桶作对照，另两组桶分别施入1.50g 和3.00g 硝酸铵。试验过程中通过不定时的添加自来水以保持其与野外湖滨带的水分条件相一致。为了避免大雨天造成桶内积水外溢而损失同位素，在模拟试验场的上部设置防雨装置，在雨天将加入同位素的各桶用防雨装置遮蔽。分别于施氮后10d 、20d 、30d 、60d 和90d 取样，两个重复。取样时，先用剪刀沿土壤表面剪下植物的地上部分并分离为茎、叶和叶鞘，植物根系用水小心冲洗至无泥土为止，在将植物各器官置于80℃烘干箱中烘干称重后磨碎成粉待测。土壤样品按0-10、10-20、20-30、30-40cm 分层采集后，迅速风干，在研磨过100目筛后，装袋待测。所有样品用凯氏法测全N ，用质谱法测15N 丰度。 2.2湿地氨挥发试验 试验目标：研究湿地的氨挥发规律及影响因素，估算氨挥发量。 试验设计：采用通气法测定氨挥发量。试验 采用的通气法装置由聚氯乙烯硬质塑料管 制成（图1），内径15cm ，高10cm 。测定过 程中分别将两块厚度均为2cm ，直径16cm 的海绵均匀浸以15ml 的磷酸甘油溶液（50ml 磷酸＋40ml 丙三醇，定容至1000ml ）后，如图置于硬 质塑料管中，下层的海绵距管底4cm ，上层的海绵与管顶相平。试验前，在样地的不同位置分别放置3个通气法氨捕获装置，调整后即开始试验。取样频次以7天左右为宜。取样时，将通气装置下层的海绵取出， 迅速按编号分别装入塑料袋 图1 测定氨挥发的通气法装
氮的循环 一、教材分析 （一）知识脉络 氮及其化合物是元素化合物知识的重要组成部分。本节教材通过闪电这一自然现象，激发 学生思考自然界中的含氮物质，通过自然界中的氮循环，引出氮循环中的重要物质—氮气、NO 、NO 2、氨、铵盐、硝酸等，然后通过观察思考、实验探究认识这些重要物质的性质、用途。在学习过程中了解人类活动对自然界氮循环和环境的影响。 （二）知识框架 （氮气的性质，氮的固定） 氮气与氮的固定 氨与铵态氮肥氮的循环硝酸及其应用 （氨的性质，铵盐的 （硝酸的性质） 性质） 人类活动对氮循 （酸雨、光化学烟雾、富营养化） （三）新教材的主要特点： 从培养学生终身发展所必备的知识和能力出发，重点介绍重要代表物的性质与用途，同 时注重培养学生的观察能力和综合分析问题的能力。 二、教学目标 （一）知识与技能目标 1、了解自然界中的氮循环及人类活动对氮循环的影响； 2、通过了解生物固氮和人工固氮形式，认识N2、 NO 、 NO2的性质；
3、通过观察思考活动，认识NH3、铵盐的性质及铵态氮肥的使用问题； 4、通过观察思考活动，认识HNO3的性质。 （二）过程与方法目标 1、培养学生通过观察实验现象，总结分析物质性质的能力； 2、初步体会物质的浓度对化学反应产物的影响，进一步认识实验中变量控制的思想。 （三）情感态度与价值观目标 1、通过介绍合成氨发展的艰辛历程，体会从实验室研究到工业生产的过程，渗透化学与技术关系的教育； 2、通过介绍酸雨，光化学烟雾和富营养化等环境问题，了解人类活动对氮循环的影响，树立保护环境的意识。 三、教学重点、难点 （一）知识上重点、难点 重点：氮气、氨、铵盐和硝酸的性质。 难点：硝酸的氧化性。 （二）方法上重点、难点 培养学生通过观察实验现象总结分析物质性质的能力，并使学生初步体会物质的浓度对化学反应产物的影响，进一步认识实验中变量控制的重要性。 四、教学准备 （一）学生准备 1 、预习第二节- 氮的循环 2、查找氮循环的资料，小组合作画出氮循环图示，写出短文。重点说明氮循环中涉及到哪些含氮元素的物质，它们是如何转化的？ （二）教师准备 1、教学媒体、课件； 2、补充实验。 五、教学方法 实验引导，学生观察、归纳。