《简述陆地生态系统氮的循环过程》
氮循环是指陆地生态系统中氮的转化和迁移过程,包括氮在生物体内的吸收、固定、分解、合成及排出等一系列复杂的生理生化反应。主要通过以下三种方式进行:(1)植物从土壤中吸收大量的氮,其中有机氮约占95%,无机氮仅占5%左右;
(2)微生物能够将空气中的氮还原为氨,但是只有少部分被植物所利用;
(3)动物的肠道细菌可以把氨氧化成亚硝酸盐和硝酸盐,这些都不是植物所需要的营养元素,而且也会对人类产生危害。氮循环是生命过程中重要的化学过程之一,它使生物圈保持着良好的生态平衡状态。如果没有氮循环,就不能维持生物圈中碳、氢、氧、氮四者间的正常比例关系,各种生物就难以生存。氮循环是一个极其复杂的过程,目前尚未完全阐明。据估计,地球上每年有50亿吨N2转变为NOx 排入大气,同时有20亿吨N2被还原为NH3返回到地表。因此,在生物圈中氮的损失率达30～50%,其中40%以上的氮被生物固定或释放到大气中去了。
氮循环 氮循环的定义 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。 构成陆地生态系统氮循环的主要环节是：生物体内有机氮的合成、氨化作用、硝化作用、反硝化作用和固氮作用。 植物吸收土壤中的铵盐和硝酸盐，进而将这些无机氮同化成植物体内的蛋白质等有机氮。动物直接或间接以植物为食物，将植物体内的有机氮同化成动物体内的有机氮。这一过程为生物体内有机氮的合成。动植物的遗体、排出物和残落物中的有机氮被微生物分解后形成氨，这一过程是氨化作用。在有氧的条件下，土壤中的氨或铵盐在硝化细菌的作用下最终氧化成硝酸盐，这一过程叫做硝化作用。氨化作用和硝化作用产生的无机氮，都能被植物吸收利用。在氧气不足的条件下，土壤中的硝酸盐被反硝化细菌等多种微生物还原成亚硝酸盐，并且进一步还原成分子态氮，分子态氮则返回到大气中，这一过程被称作反硝化作用。由此可见，由于微生物的活动，土壤已成为氮循环中最活跃的区域。 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。 氮的固定 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。 全球人工固氮所产生活化氮数量的增加,虽然有助于农产品产量的提高,但也会给全球生态环境带来压力.,使与氮循环有关的温室效应、水体污染和酸雨等生态环境问题进一步加剧. 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。这可能会给人体健康带来有害影响，对此目前还不很清楚。施用氮肥的农田排出的地面径流，城市和农村的生活污水都把大量的氮排入河流、湖泊和海洋，常常造成这些水体的富营养化现象。 矿物燃料燃烧时，空气中和燃料中的氮在高温下与氧反应而生成氮氧化物(NO和NO2)。大气受到氮氧化物的污染，是发生光化学烟雾和酸雨的一个重要原因。
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。 基本概念 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-)，然后被硝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。
氮循环与生态系统的稳态维持 一、氮循环的概念和重要性 氮是地球上最常见的元素之一，也是生命活动中必需的重要元素。氮循环是指 通过生物和非生物过程使得氮元素在大气、土壤、水体和生物体之间不断地转换和循环的过程。氮循环是生态系统中非常重要的一个循环过程，它对于维持生物多样性和生态系统的稳态起着至关重要的作用。 由于生物体质的主要组成成分就是由氮元素构成的氨基酸，因此氮元素在生命 活动中扮演着重要的角色。在生态系统中，氮元素还可作为植物合成叶绿素和细胞壁等重要的营养物质，同时也是人类、动物和微生物生长和发展的原料。可以说，氮元素是生命之源，也是生态系统稳态维持的保障。 二、氮循环的过程和方式 氮循环包括氮气固定、氨化、硝化、脱硝以及反硝化等过程。其中，氮气固定 是指将大气中的氮气固定为氨，它是生态良性循环的起点和首要环节。两类氮固定作用分别是生物固氮和非生物固氮。生物固氮是指一些特定细菌、蓝藻以及一些寄生植物可以将大气中的氮气通过代谢活动固定为氨。非生物固氮则是指在自然界中，闪电、火山喷发等过程会产生大量的硝酸盐，它们会随着降雨和地下水的流动进入土壤和水体中，为生物体合成氨提供素材。 随后，氨化作用将氨氧化为氮酸盐，成为可供植物直接吸收利用的营养物。氧 化过程称为硝化，氨被氧化为亚硝酸盐和硝酸盐。而反硝化则是氮循环中的一种逆向反应，可以将土壤和水体中的硝酸盐还原为亚硝酸盐和氮气，从而释放出氮气。脱硝作用则是将硝酸盐还原为氮气和氮氧化物气体，通常需在缺氧的条件下进行。 三、氮循环在生态系统中的重要作用
正常的氮循环是生态系统中维持生物多样性和生态平衡的关键。氮元素的含量 和形态直接影响着植物的生成和动物的生存。在固氮过程中，微生物能够将氮元素转变为可利用的形式，植物吸收利用后再传递到承载着动物食物链和食物网的各种生物体内。经过一系列的代谢，从植物到动物的氮元素会逐渐浓缩，进而成为维持所有生态系统生命活动不可或缺的“氮基”。氮元素在生态系统中的扮演更像是一种“生命助推器”。 如果氮循环发生异常，就会影响生态系统的平衡。例如偏高的氮肥利用率会导 致土壤与地下水中的氮元素含量过多，会对水环境造成严重的污染。另外，农村生活废水和工业废水中含有大量的氮元素，如果不能妥善地处理，就会污染水域环境；过高的氮元素含量会对渔业生态环境带来重大危害，破坏生态平衡，直接危害人类和动物的健康。 四、生态系统稳态维持与氮循环的关系 生态系统的稳态维持需要氮循环的平衡和稳定。过高的肥料使用和废水排放， 会导致生态系统氮循环失衡，这就会引起多种生态环境问题。例如水体富营养化、河流水位下降、渔业衰退、耕地贫瘠化等。随着人类活动的增加，氮循环失衡导致的生态环境问题也不断增加。因此，如何平衡和稳定氮循环，维持生态系统的稳态成为了一项重大的课题。 在降低氮元素污染的过程中，应重视采取生物环境治理和减少人工干预的综合 措施，从而对氮循环的过程进行有力的调控。同时也要关注各地氮循环的差异性，根据其区域特点采取相应措施，达到理念和实践相结合的局面。生态系统不仅需要注重保护生物多样性，还需要建立生态稳态的长效机制，保持生态系统的自我调节能力，促进生态环境的可持续发展。 总之，氮循环为维持生态系统的平衡和生命的延续作出了不可替代的贡献。人 类应该加强对氮循环的研究，制定合理的氮肥利用政策，防止生态环境被污染。氮循环的平衡与稳态维持，也是人类赖以生存的保障之一。
氮循环与生态系统功能的关系研究 氮元素是生命体中不可缺少的基本元素之一，它通过氮循环而在生态系统中循 环利用，参与到了生物生长、能量转化、生态系统稳定等关键生态过程中。因此，深入研究氮循环与生态系统功能的关系，对于促进生态系统可持续发展具有重要的科学意义和实践应用价值。 一、氮循环及其生态学意义 氮元素的物质循环过程被称为氮循环。氮循环包括氮的固定、硝化、反硝化、 氨化等环节。氮的固定是指将大气中的氮转化为生物可用的氨态氮或者硝态氮的过程，同时也是氮循环的起始环节。硝化是指氨态氮被氧化为亚硝态氮和硝态氮的过程，这个过程一般发生在氧化的环境中。反硝化是指氮化合物被还原为氮气的过程，通常发生在缺氧的环境中。氨化是指将有机氮转化为氨态氮的过程。 氮循环不仅是生态系统中的关键环节，同时也决定了生态系统功能的稳定性和 服务能力。氮元素作为蛋白质等生命活动所必需的元素，通过生物体与土壤中微生物间的交换，对生物生长等关键抵抗力的提升具有重要影响。同时，氮元素的过多或过少也会导致生态系统失衡，从而影响农业生产、地下水和地表水源的污染、生物多样性下降等一系列严重后果。 二、生态系统中氮循环的影响因素 生态系统中氮循环的速率受许多因素的影响，这些因素包括温度、湿度、土壤 条件等生态因素，以及氧化物、养分、人类活动等非生态因素。 温度和湿度在生态系统中扮演着重要的角色。随着温度的升高和湿度的增加， 氮循环的速率也会加快。土壤条件也是影响氮循环的重要因素，沙化土壤中氮元素的流失速度更快，从而导致了氮循环的不稳定性。另外，氧化物和养分在生态系统中的平衡状态也是影响氮循环的重要因素。
人类活动也对生态环境和氮循环产生着显著的影响。化肥、农药的过量使用会导致氮的堆积和流失，从而影响生态环境的稳定。工业污染、农业养殖等活动也会对氮循环产生影响。 三、氮循环与生态系统服务功能的关系 氮循环是生态系统中的层次结构之一，它相互联系、相互依存和相互作用。氮循环是生态系统的内在机制，在生态系统中运作与平衡状态中发挥重要作用。依赖氮循环的服务功能包括土壤肥力、能源、饮用水源等。因此，深入研究氮循环与生态系统服务功能的关系是推动生态保护及可持续利用的新起点。 土壤肥力是氮循环的一个重要功能，它通过将氮元素转化为植物生长和土壤健康所必需的元素，养肥了土壤，提高了农产量。同时，氮元素与能源利用有着密切的联系，氮循环还能促进二氧化碳的固定，从而减缓全球变暖的进程。 另外，氮元素的过多或过少也会对生态系统服务功能造成损害。例如过多的氮元素会导致土壤中有害的中性物质引发地下水污染、生物多样性下降等问题，从而影响到人类的饮用水安全。 四、结论 总之，在生态系统中，氮循环是维持生态系统平衡、结构和功能的重要机制，在生态系统的多种生态功能和服务中发挥了关键作用。因此，加强对氮循环的生态学研究，既能够揭示与生态系统中氮循环相关的多种生态服务的机制和过程，还能为生态环境的保护和可持续利用提供良好的科学基础和行动指导。
氮循环及其在生态系统中的作用机制 在生态系统中，氮素是一种非常重要的元素。氮元素不仅是构成生命体的重要 组成部分，也是生态系统中一种必须的营养物质。在氮的转化和循环过程中，氮的各种形式相互转化，不同类型的生态系统通过氮循环来维持生态平衡和生物多样性。 氮的生物转化通常发生在氮循环中。氮循环反应中涉及到许多化学反应，包括 氨化反应、硝化反应、反硝化和固氮等。氨化反应是指将无机氮转化为氨，这是一种由需氧生物在有机质分解中自然进行的反应。硝化反应是将氨氮转化为亚硝酸和硝酸，是一种由化学和微生物共同作用下发生的反应。固氮是指将大气中的氮转化为化合态的氮素，通过植物的根瘤菌和一些蓝藻细菌创造适宜的环境，这是一种重要的氮素供应方式。反硝化是将硝酸和亚硝酸还原为氮气，是无氧微生物在低氧或缺氧环境下进行的反应过程。 在生态系统中，氮的各种形式在不同的生物体之间循环，从而维持生态系统中 的氮平衡。植物通过吸收土壤中的氨和硝酸根进行生长，不只是满足它们的营养需求，还可促进它们的生产力，生长速度和根系发展。这样的过程可以为食物链的消费者提供食物链营养，从而影响整个生态系统。 氮素在生态系统中还可以承担调节生态系统的许多功能。例如，当氮素在生态 系统中的含量太高时，易导致水体富营养化为生态系统带来不利影响。氮的过多在水中会导致藻类的大量繁殖，从而塞满水道或物化缺氧。这可能导致鱼类死亡或鱼塘的崩溃。此外，在氮循环过程中，固氮的行为已作为大气中源氮素的补偿，从而维持了生态系统的氮平衡，使其保持其自然状态。 总之，氮循环是生态系统中不可或缺的一部分。通过氮的转移和转换，维持整 个生态系统的氮平衡，推动生态系统向着更好的方向发展，实现生态环境的稳定运行。
氮循环和生态系统的氮限制 氮循环被誉为地球化学循环的最强循环之一，同时也是生态系统中最重要的物质转化过程之一。氮元素是构成生命体的重要元素，它在大气中的含量相对较低，因此在生态系统中的氮循环显得尤为重要。氮循环对人类的影响也十分巨大，包括农业、污染控制、气候变化等等。 氮循环是生态系统中的一个耗能过程，它主要包括氮的分解、转化、吸收和释放四个阶段。首先，有机氮被分解为无机氮的过程称为氮的分解。然后，无机氮被转化为有机氮的过程称为氮的转化。其中，硝化作用和固氮作用是最重要的两种转化过程。硝化作用是指将氨或尿素转化为硝酸盐，固氮作用是细菌和植物为获取氮而将大气中的氮转化为无机化合物。吸收过程指的是植物通过根系吸收无机氮的过程。最后，氮化合物被释放到生态系统中，可能会进入大气、水体或者生物体内。 然而，氮循环也存在着生态系统的氮限制问题。这种问题主要来自生态系统氮元素的供应不足或者生态系统的自我稳定机制。由于氮元素是构成生命体的重要元素，因此生态系统中的氮元素供应情况对生态系统所承载的生物种群和生态功能有着重要的影响。若生态系统中的氮元素供应相对不足，那么生态系统所能承载的生物种群和生态功能也会受到阻碍。 除了氮元素供应的不足，另一个导致生态系统氮限制的因素是自我稳定机制。生态系统中的氮元素不仅通过植物和生物体的吸收和利用，还会通过植物和微生物的固氮和硝化过程得到补充。然而当生态系统中氮元素的纳入过程过于发达，生态系统的自我稳定机制就会被激发。这时，氮元素的输入和输出就会趋向平衡，为生态系统的氮元素补给带来困难。 在生态系统中，氮元素限制的发展机制是极为复杂的。氮元素的供应不足和生态系统的自我稳定机制之间缺乏合理的平衡，因此生态系统氮限制的研究也是极为复杂的。只有逐渐发展出一套适合生态系统需求的稳态生态学理论，才能为生态系统氮限制问题的解决提供一个完全可行的解决方案。
生态系统碳循环与氮循环 生态系统是由环境、生物和生物之间的相互作用所组成的综合 系统。其中，生物体内的化学物质的循环是生态系统内的一个非 常关键的过程。碳和氮是生物体内两个重要的元素，它们的循环 对于生态系统的稳定和谐发挥着至关重要的作用。 碳的循环是生态系统中最为广泛和基础的循环之一。碳可以以CO2的形式存在于空气中，被植物吸收后，在光合作用中与水合 成有机物，经过食物链向动物体内转移，并最终在生物代谢过程 中被释放成CO2，回归到空气中。此外，碳还可以以有机物的形 式被沉积在土壤中、海洋底部等地，经过岩石的风化和化学反应，有机物的碳也会在一定条件下释放出来。 氮的循环也是生态系统内不可或缺的一环。在生态系统内，氮 主要以氮气的形式存在于空气中，当植物吸收不够时，氮的化合 物会在植物根部被固定生成NH3，随后形成其他化合物形式，被 转化为植物所需的无机氮（如氨、硝酸盐等），随后通过食物链 向动物体内转移，再次被排出，在细菌和腥臭虫等的作用下，氮 才又能够回归空气中。此外，在自然界中也有着其他形式的氮循环，如农业中的氮素循环、生态系统中的火山喷发等。
碳循环和氮循环有着密不可分的联系，二者之间的相互作用既 有正向作用，也有负向作用。例如，颗粒物和其他环境因素能够 影响生物体内碳和氮的循环过程，导致生态系统的不稳定性。同时，碳和氮的循环也对全球气候变化产生着深远的影响。现在， 由于过度的人类活动和工业化发展，导致若干碳和氮循环不平衡 的现象，如大量使用化肥和燃烧化石燃料，这些活动导致了大量 的温室气体排放，破坏了环境平衡和生物多样性，对人类健康和 生产活动带来了很大的威胁。 针对这些消极影响，我们需要采取有针对性的措施，以维护生 态系统的平衡和人类健康。其中，有针对性地制定和执行化肥和 燃料使用计划、开展资源循环利用、保护和管理好森林能够有效 地减轻和改变上述不平衡的现象，促进生态系统含碳和氮的循环 平衡，从而为可持续发展奠定坚实的基础。 最后，要深刻认识到生态系统碳循环和氮循环对于生态保护和 环境可持续发展的重要性。我们需要在日常行为上养成保护环境、爱护生态的良好习惯，共同维护和促进生态系统的稳定和谐。
生态学中的氮循环研究 氮循环是生态学中的一个重要研究领域，是指生态系统中氮元素在不同生物地理化学过程中的反复转化和地球大气化学循环中的转化，包括氮素的固氮、氨化、硝化、脱氮和氮素的转化等。氮循环是由土壤和水域中的微生物和植物等生物共同完成的，是支持生物生存的重要环节。本文将从固氮的生物学过程、氨化和硝化的作用、氮素的化学转化、氮沉降和人类活动对氮循环的影响等方面详细探讨氮循环在生态系统中的作用和意义。 固氮的生物学过程 氮气在大气中占据很大的比例，但普通的植物无法直接利用大气中的氮，只能通过土壤中的微生物来固定氮。而在海洋中，一些蓝细菌和异养菌可以通过光合作用和化学合成将氮转化为可利用的有机物，支持海洋生态系统中生物的生存和繁殖。 氨化和硝化的作用 在氮固定之后，大量的有机氮进入到土壤中，并被分解成氨基酸等小分子物质。氨化微生物可以将有机氮转化为铵盐，形成了初始的无机氮物质。硝化微生物则是将铵盐氧化为硝酸盐，这是植物汲取氮的主要来源。硝化和氨化这两个反应在土壤和水体中
等环境中是比较常见的，将无机氮限制在一定的范围内，为植物 和其他生物提供了合适的氮素含量。 氮素的化学转化 氮气和氧气在电火花放电和闪电过程中会产生一些氮氧化物， 这些氮氧化物可以通过反应生成大气沉降物中的硝酸盐和硝酸铵。硝酸盐和硝酸铵在土壤和水体中发生反应，形成氨类物质和氮气 等有机物。这些化学反应，使得大气中的氮素可以循环转化为土 壤和水体中的有机物和无机物，为生物的生存提供了重要的氮源。 氮沉降和人类活动对氮循环的影响 由于人类活动的持续增加，大气中的氮氧化物和氨类物质也不 断增加，导致日益严重的氮沉降问题。氮沉降不仅影响了生态系 统中的氮循环，也对人类的健康和生活环境造成了严重的威胁。 因此，研究氮循环，理解氮沉降对生态系统和人类的影响，发展 策略和措施，减缓甚至防止氮沉降的持续恶化，对于维护生态环境，保障人类健康和生活安全都具有极其重要的意义。 结语：氮循环是生态系统中一个非常重要的循环过程，主要反 应包括氮固定、氨化、硝化、脱氮和氮素的转化等。氮循环在维
氮循环 1.引言 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，如此反复循环，以至无穷。 构成陆地生态系统氮循环的主要环节是：生物体内有机氮的合成、氨化作用、硝化作用、反硝化作用和固氮作用。 自从生命形成以来，氮循环就启动了。氮是空气中含量最多的成分，是生命体内蛋白质、核酸的必需元素，是农业上重要的增产要素，也是对环境有显著影响的成分，与人类生存环境密切相关。然而，随着科学技术的发展，人类活动从各方面干扰了氮循环的进行，在满足人类生存需求、提高人类生存质量的同时，引起了一系列环境问题，如酸雨、光化学烟雾、水体富营养化等。为了维持氮循环的平衡，进而保护生态环境，为人类的生存发展长远考虑，有必要对生态系统中的氮循环问题进行探讨。 历史上，在生产工业化以前，氮循环系统中，氮的收支是平衡的。随着人类社会的发展，特别是工业革命的发生，环境中的氮循环受到了巨大影响。1908 年德国化学家哈伯发明合成氨，开启了人工固氮的时代，含氮化肥的使用大大提高了农业生产率，满足了人们的生活需求。发现豆科植物的固氮作用后，人们开始大规模种植豆科植物等有生物固氮能力的作物。煤炭，石油等化石燃料被大量开采并投入使用，产生能量的同时也产生了大量污染物，如空气中氮氧化物导致酸雨、光化学烟雾以及臭氧层破坏，水体中氮以及其他元素超标产生的水体富营养化（如赤潮、“水华”）。据科学估算，到1990年，全球人为活化氮（化学合成氮，化石燃料燃烧形成的氮氧化物和豆科作物及水稻扩种而增加的生物固定的氮）的数量已达到每年140TgN，而工业化前自然生物固定的氮，即通过微生物把大气中的惰性分子氮转变为活性的氨的量为每年90至130TgN。 这就是说，目前进入全球氮循环的活化氮总量比工业化前的自然生物活化的氮增加了一倍多。氮肥的发明使全球粮食产量剧增。大量使用氮肥却造成了全球氮循环失控，带来了许多负面影响：藻类爆发、生物多样性丧失、疾病风险增加，甚至可能加剧全球变暖。但是为了保证全球粮食供给，我们不得不使用氮肥。我们应如何寻找一条更可持续发展的道路，来消除氮的负面影响？ 2.氮循环的途径 氮循环就是指氮气、无机氮化合物、有机氮化合物在自然界中相互转化的过程的总称。包括氨化作用、硝化作用、反硝化作用、固氮作用以及有机氮化合物的合成等。在自然界，氮元素以分子态（氮气）、无机结合氮和有机结合氮三种形式存在。大气中含有大量的分子态氮。但是绝大多数生物都不能够利用分子态的氮，只有象豆科植物的根瘤菌一类的细菌和某些蓝绿藻能够将大气中的氮气转变为硝态氮（硝酸盐）加以利用。植物只能从土壤中吸收无机态的铵态氮（铵盐）和硝态氮（硝酸盐），用来合成氨基酸，再进一步合成各种蛋白质。动物则只能直接或间接利用植物合成的有机氮（蛋白质），经分解为氨基酸后再合成自身的蛋白质。在动物的代谢过程中，一部分蛋白质被分解为氨、尿酸和尿素等排出体
生态学中的氮循环过程研究氮循环是生态学中非常重要的一个过程，它会影响到许多不同生物体系的生存和发展。氮循环的过程相当复杂，需要大量的研究和分析才能深入了解其中的细节。在本文中，我们将对氮循环的一些基本原理和重要的研究进展进行探讨。 首先，我们需要了解氮的几种化合态。氮存在于自然界中的形态主要有三种：氧化态氮（NOx）、还原态氮（NH4+）和氮气（N2）。其中，NOx和NH4+是植物和动物体系中主要的氮源，这两种形态氮可以相互转化互补利用，也可以与气态氮（N2）结合形成氮肥，通过农业和人工林来增加土壤中的氮含量，促进作物生长。 氮循环是将这些不同形态的氮完整清除出生态系统的过程。氮循环可以分为两个基本环节：固氮和反硝化作用。固氮是指将氮气还原为氨或硝酸盐的过程，这种过程主要由土中某些微生物参与。而反硝化作用则是指将硝酸盐还原为N2气体的过程，反硝化作用通常发生于缺氧或微氧环境中。在氮循环的过程中，NH4+形态的氮可以通过硝化成NOx，而NOx形态的氮又可以通过反硝化还原为氮气。
近年来，关于氮循环的研究不断的深入。一方面，科学家们在 探索氮循环的分子机理方面不断取得进展。例如，一些微生物能 够将N2还原为NH4+或硝酸盐，这种能力与特殊的铁钼酵素和氢 气酶有关。此外，科学家们也在探索与反硝化作用相关的铜含量 变化等问题。另一方面，人类在大规模生产肉类和农作物的过程中，也对氮循环造成了极大的影响。人工氮肥的广泛使用在某种 程度上导致了大量的NOx和NH4+排放，进而加剧了全球气候变 化和水体污染等环境问题。很多研究表明，限制人工氮肥使用对 环境保护具有重要的意义。 总的来说，氮循环是一个综合性的过程，在研究中涉及到了生 物学、化学、物理学等多个学科。面对现今不断升级的环境问题，加深对这个过程的理解将有助于我们应对这些挑战。在未来，希 望人们能够保持对氮循环的持续研究和探索，以更好地理解这个 过程对自然生态系统的影响，并寻找有效的得以减轻全球气候变 化和水体污染等问题的方法。
《氮的循环》知识点总结 氮是生命体中必需的元素之一，它在生态系统中的循环过程十分复杂。氮的循环涉及到大气、土壤、植物和动物等各种环境因素，对维持生态平 衡具有重要意义。下面将对氮的循环和相关知识点进行总结。 1.氮的形态及其相互转化： a.氮气（N2）：大气中最主要的氮源，但大部分生物无法直接利用。 b.氨（NH3）：动植物通过摄取土壤中的氨来利用。 c.亚硝酸盐（NO2-）和硝酸盐（NO3-）：由硝化细菌将氨氧化生成亚 硝酸盐，再由亚硝化细菌将亚硝酸盐氧化生成硝酸盐。植物通过根系吸收 土壤中的亚硝酸盐和硝酸盐。 d.有机氮：植物通过固氮细菌的共生将大气中的氮固定为有机氮，然 后通过根系吸收。 e.氨基酸和蛋白质：植物合成的有机物中含有氮，动物通过食物链摄 取而得。 f.尿素：动物代谢废物中含有大量的尿素。尿素通过腐殖酸或细菌酶 的作用分解为氨和二氧化碳，然后由细菌氨化生成氨。 2.氮的固定与释放： a.氮的固定：指将大气中的氮固定为植物可利用的形态。固定氮的主 要方式有生物固氮、工业固氮和电力固氮等。生物固氮是最主要的固氮途径，通过植物与固氮细菌的共生关系进行。固氮细菌中的铁素蛋白酶能够 将氮气还原为氨，植物通过根瘤中的细菌来获取氨。
b.氮的释放：指将有机氮分解为氨或硝酸盐的过程。这个过程主要由细菌和真菌进行，称为腐生性分解。分解产生的氨可以被植物吸收，也可以通过硝化作用生成硝酸盐。 3.氮的硝化与反硝化： a.硝化：是指氨氧化菌将氨氧化为亚硝酸盐的过程，然后由亚硝化细菌将亚硝酸盐氧化为硝酸盐。硝化过程需要充足的氧气和中性或弱酸性的环境条件。 b.反硝化：是指反硝化细菌将硝酸盐还原为亚硝酸盐、亚氮酸盐或氮气的过程。这个过程通常发生在缺氧或低氧的环境条件下。反硝化是氮从生物体返回大气中的主要途径之一 4.氮的生物地球化学循环： a.入土固氮：固氮细菌通过与特定植物形成根瘤共生，将氮气固定为氨，进而供应给植物。 b.植物吸收氮：植物通过根系吸收土壤中的氨、亚硝酸盐和硝酸盐，然后将其转化为氨基酸和蛋白质等有机化合物。 c.动物摄取氮：动物通过食物链摄取植物的有机氮，然后合成自己的氨基酸和蛋白质等有机物。 d.动物排泄氮：动物通过代谢废物中的氮排泄尿素，将有机氮返回土壤中。 e.腐生性分解和硝化：细菌和真菌将有机氮分解为氨，然后通过硝化作用形成硝酸盐。
地球化学循环过程的分析与研究地球是我们生存的家园，自然界中存在着各种元素和化合物。 它们不断地在地球之间不断循环，构成了地球化学循环。地球化 学循环是指在地球大气、陆地、海洋和生物圈之间相互作用的全 球性循环过程。这个循环过程包括大气化学循环、陆地化学循环、海洋化学循环和生物圈化学循环等。本文将对这些化学循环过程 进行分析与研究。 一、大气化学循环 大气化学循环是指气态和气溶胶形态的大气成分在大气之间的 循环过程。大气化学循环包括氮气循环、碳循环和氧循环等。其中，氮气循环是指氮气从大气进入生物圈中，再回到大气的循环 过程。氮气在土壤中通过一系列微生物反应，将氮固定成有机物质，然后又被放回大气中的氮氧化细菌释放出来。碳循环是指二 氧化碳从大气中进入植物体内形成有机物质，再通过光合作用释 放氧气，最后形成二氧化碳，不断循环的过程。氧循环是指氧气 通过动植物的呼吸作用、大气光化学反应和水生生物的光合作用等，不断循环的过程。 二、陆地化学循环
陆地化学循环是指地球表面的岩石和土壤中的化学元素和物质 在陆地之间不断循环的过程。其中，重要的是地球的岩石循环和 土壤循环。岩石循环是指岩石之间的磨耗和碎裂作用，然后通过 地球内部活动的力量，如地震、火山爆发等，再一次合并成岩石。土壤循环是指来自地球表面有机物质的降解过程，并再一次形成 土壤，这种过程被称为“旋转业”。 三、海洋化学循环 海洋化学循环是指海洋气溶胶、水体和沉积物等环境中的化学 元素和物质在海洋之间相互传递和循环的过程。海洋化学循环中 的元素和物质包括碳、硫、氮、铁等。这些元素和物质通过海洋 浊度、海水流动、海洋生物活动以及下落的物质沉积等机制构成 了完整的海洋生态系统。 四、生物圈化学循环 生物圈化学循环是指生物体内所含的元素和物质在生物圈之间 相互循环的过程。这个循环过程包括水生生态化学循环和陆生生 态化学循环。其中，水生生态化学循环包括在水体中的有机物、
生物环境中氮的循环与利用 氮是生命体所必需的元素之一，是构成蛋白质和核酸的基础。然而，氮是大气 中占比较大的元素，在大气中存在的氮分子无法被大多数生物直接利用。因此，氮的循环和利用对生物系统的运转非常重要。本文将介绍氮的循环和利用过程以及氮肥的作用，希望能够帮助读者更好地了解氮的重要性和生态系统的运转。 # 生物环境中氮的循环 ## 大气固氮 氮占据大气组成的78%，然而大气中的氮气分子是生物无法利用的。而一些微 生物，例如许多细菌和蓝藻等，可以将空气中的氮气还原为氨（NH3）或氮化物（NO2-），将其固定为生物可利用的形式。这个过程被称为大气固氮。这些固氮 的微生物存在于土壤中或水生环境中。此外，人类通过工业方法也能够对氮气进行固氮，生产出大量的氨以及其他氮化物。 ## 植物吸收氮 许多植物通过根部吸收土壤中的氮元素，主要是通过氮酸盐和铵盐两种形式进 行吸收。氮酸盐主要存在于土壤中，而铵盐通常来自有机物的分解或者细菌的加工作用。植物吸收了氮元素之后，其会将其转化为氨基酸、核酸和蛋白质等生物分子。在植物的生命过程中，氮占据了重要的作用，因为植物的结构和功能主要依赖蛋白质，而蛋白质则由氮和碳元素组成。 # 生物环境中氮元素的利用 ## 微生物的氧化还原作用 微生物在氮元素的利用过程中具有非常重要的作用。例如，硝化细菌能够将铵 盐转化为亚硝酸盐（NO2-）和硝酸盐（NO3-），此过程被称为氧化。硝化菌存在 于土壤中和水生环境中，通过这个过程将铵盐转化为硝酸盐来供植物吸收。
此外，反硝化细菌则能够将硝酸盐还原为氮气，释放出大气中的氮元素。这个过程对地球的氮平衡具有非常重要的作用，因为大气中的氮气分子是生物无法利用的，需要通过反硝化细菌还原为生物可利用的形式。 ## 植物的氮同化 当植物吸收了土壤中的氮元素之后，其先将其转化为氨基酸等分子。这个过程被称为氮同化，氮同化过程基于氨基酸合成酶和过量的三磷酸腺苷(ATP)等。 因为氨基酸是蛋白质的基本组成部分，植物会根据需要将氨基酸组装成蛋白质分子。这个过程同样需要耗费大量的能量，植物需要从光合作用、呼吸和其他代谢过程中获取能量来完成氮同化以及蛋白质的合成。 ## 氮钾磷等营养物质在生态系统中的重要性 氮、磷、钾等元素是植物生长所必需的基本元素，如果植物的生长所需的养分在环境中缺乏，那么植物的生长将受到限制。因此，土壤中的营养素含量对生态系统的生命过程具有非常重要的影响。 ## 氮肥的作用 氮肥是人类用于增加土壤中氮元素含量的一种化肥。氮肥能够和土壤中的水分结合，使得土壤中的氮元素变得更加易于被吸收。氮肥对农业和植物生长具有重要的作用，但是如果过度使用氮肥，则可能导致水体的富营养化等问题，给生态系统带来一些负面影响。因此，氮肥的使用应该在合理控制范围以内。 总之，氮在生态系统中的循环和利用具有非常重要的作用。人类需要更好地了解氮循环和利用的过程，以便更好地管理自然资源和保护生态环境。
氮循环的生物化学机理 氮是植物和动物生命所必需的重要元素之一，但是它存在于自然环境中的形式通常是无机氮：氨、硝酸盐和亚硝酸盐。为了让植物和动物摄取这些无机氮元素，自然界中就存在着一种复杂而又协调的化学过程：氮循环。 氮循环是指自然界中发生的一系列化学反应，将无机氮元素转化为有机氮，再将有机氮转化为无机氮，从而维持整个生态系统的稳定性。这个过程由氮气固定、氨化、亚硝化、硝化和脱氮等多个步骤组成。 氮气固定： 氮气在大气中占据绝大部分比例，但是植物和动物无法直接利用氮气进行生长和繁殖。因此，氮气固定过程十分关键。氮气固定是指将氮气转化为氨这一过程，这个过程能够通过人工手段来完成，例如生产氨气疏水法与铁硅合金法。但是自然界中，氮气固定主要是通过三种途径进行的： 1. 电侵势固氮
微生物可以利用电侵势原理固定氮气。这种方法通常发生在海洋中，当氨气浓度过低的时候，微生物就会利用电子从钙离子的表面吸收氮气，并将其还原成氨气。 2. 光合固氮 光合固氮是指许多植物和一些微生物能够利用光能将氮气转化为氨气的过程，这个过程通常在光照充足的环境下进行。光合固氮通常由具有共生关系的植物和细菌来完成。 3. 非光合固氮 非光合固氮是指微生物利用生长时消耗的能量将氮气固定成氨气的过程。非光合固氮通常由一些细菌和蓝藻来完成。 氨化：
氨化是指将固定好的氮气转化为氨的过程。这个过程通常由一些微生物负责，包括一些以氨氧化为主要代表的细菌和单细胞真核生物等等。在这个过程中，氨气往往是最常见的中间产物。 亚硝化： 亚硝化是指将氨氧化产生的亚硝酸盐转化为硝酸盐的过程。这个过程通常由一些厌氧菌和嗜酸性的化学氧化剂来完成。在这个过程中，NO2-会进一步氧化为NO3-。 硝化： 硝化是指将NO2-和NH3转化为NO3-的过程。这个过程同样由一些细菌来完成，包括厌氧和嗜氧菌等等。在这个过程中，NO3-被称为最终产物，通常可以被一些植物和动物所利用。 脱氮： 脱氮是指将NO3-转化为N2的过程。这个过程主要发生在一些沉积物、水体和土壤中。这个过程通常由一些嗜尿酸菌来完成。
生态系统物质循环 生态系统中存在着物质的持续循环。在环境中，废物和死亡物质不断地被回收，以支持各种生命形式。这不仅仅限于有机材料。有机和无机矿物质都在生态系统中不断交换和移动，以支持物质的生产。本文将讨论三种最基本的矿物循环及其在生态系统中的重要性。 ➢生态系统中的物质循环 有机和无机材料不断地被回收和再利用。这种循环通常被称为营养物质循环。 ●释义： 养分循环是一个连续的过程，通过这个过程，物质被回收和再利用。这个循环涉及到细胞、生物体、社区和生态系统之间的营养物质的传递。 土壤和水中的营养物质被动物和植物吸收并用于生长和制造新物质。在它们死后，它们的身体会被分解，将这些养分释放回生态系统中。 ●深入理解： 养分循环涉及到材料被转化为不同的形式，其他生物体可以沿途使用。在营养循环中，元素也被转移到生物体更容易获得的环境中。例如，氮气是大气中最丰富的气体，但它是惰性的，因为生物体不能使用气态的氮气。然而，在氮循环过程中，氮被居住在土壤中的细菌转化为更容易获得的形式。 ➢微生物在生态系统中的作用
微生物在大多数营养物质循环中进行大部分的化合物处理。它们通过相互转化各种氮、碳和其他元素的化合物，是土壤中营养物质的生物地球化学循环的组成部分。当我们讨论具体的碳、氮和水循环时，我们将更详细地解释微生物的作用。 ●定义： 生物地球化学循环涉及生态系统的生物和非生物组成部分之间的营养物质循环。 ●注意： 如果没有这些循环（以及最重要的是分解微生物），必要的营养物质将被困在地面和海洋中，生命将不复存在。 ➢生态系统中的碳循环 碳是地球上所有生命形式的组成部分。它是制造复杂生物大分子的核心元素，如糖、蛋白质和DNA。碳也以无机形式存在于大气中的二氧化碳（CO2）。二氧化碳是一种温室气体，对保持地球温暖和维持适合生命的温度至关重要。没有二氧化碳，地球将被冻成固体。大气层中过多的二氧化碳也会产生问题，因为它可能使平均温度超过最佳范围，并导致极端天气事件。 碳循环描述了大气、生物体和土壤之间不同形式的碳原子的自然交换。因为我们亲爱的地球和它的大气层形成了一个封闭的系统，这个系统中的碳量总是相同的。不断变化的是碳原子的位置。碳循环有五个主要阶段：光合作用、分解、呼吸作用、燃烧和交换。
环境科学中的陆地生态系统氮磷循环陆地生态系统氮磷循环是自然界中一个重要的循环系统，为生态环境的健康发展提供了保障。随着工业和城市化进程的加速，人类活动对生态环境的影响也日益明显，对陆地生态系统氮磷循环的研究变得尤为重要。本文将围绕陆地生态系统氮磷循环展开阐述，分别从概念、特征、影响因素和保护措施几个方面加以分析。 一、概述 氮磷循环是指生态系统中氮、磷元素的赋存、运移、转换和利用的过程。氮循环包括氮固定、氨化、硝化、反硝化等环节；磷循环包括磷礁溶解、有机磷矿物化、生物矿化等过程。这些过程在生态系统中构成了一个循环系统，使氮磷元素在不同生物体之间进行了有规律的转移和循环，保证了生态系统中各生态物种的繁衍和生态系统的健康稳定。 二、特征
1、氮磷元素在陆地生态系统中分布广泛，并经过复杂的相互作用和循环。 2、生态系统中土壤中氮磷元素的赋存和变化对气候、地貌、植被和生态环境变化等具有重要影响。 3、生态系统中氮磷元素的循环是一个复杂的生物地球化学过程，需要多个生物过程和环境因素共同影响。 三、影响因素 1、生态系统中植物和微生物数量和种类对氮磷元素的循环有着重要的影响，其中植物又是影响因素中最重要的因素之一。 2、气候和土壤类型都对氮磷元素的循环有着重要的影响，其中气候因素中降水量和温度是影响因素中的两个重要因素之一。 3、地表流水和地下水对氮磷元素的运移和循环也具有一定的影响，它们可以在不同空间范围和时间尺度内对生态系统氮磷循环产生影响。
四、保护措施 1、加强对生物多样性的保护，促进土壤有机质的增加和土壤不良状态的改善。 2、采用生态工程的方法提高土壤肥力，避免过度耕作对土壤造成的伤害。 3、加强生态环境监测，分析土地演变和不同生态系统之间的关系。 4、改善氮磷元素循环的结构和功能，提高土壤养分利用率和生态系统养分稳定性。 通过对陆地生态系统氮磷循环的了解，我们不仅可以更好地把握自然界的规律和变化，也能够更好地预防和应对各种环境问题和生态危机。同时，提高对生态系统氮磷循环的保护意识，是实现可持续发展的重要保障和措施。