氮素的生物地球化学循环

农业生态系统中的氮素营养循环及调节营养循环和物质循环是任何一个生态系统的两个基本过程，对它们的研究具有重要的作用。

对农业生态系统中的营养循环的研究，不仅可以使我们了解各种矿质营养的流动过程，对指导我们在农业实践生产过程中的化肥合理施用具有非常重要作用；同时又可以在保持原有产量下，减少资源成本投入、保护环境等等重要意义。

动植物及人类生长发育所必需的营养元素称为营养元素[1]，营养循环即为营养元素的循环，包括了大量元素的循环、微量元素的循环和痕量元素的循环。

农业生态系统中的循环则是这些元素在人工农业系统如：农田、牧场、草地等和自然系统中的土壤、水、植物等等之间的循环。

可见农业系统中的养分循环是联系土壤、作物、人、畜禽的纽带，是维持农业系统时空上的联系的重要手段，使农业系统具有稳定性和自调力的基础[2]。

氮、磷、钾是肥料的三要素，是农业生产过程中作物极易缺乏的三种营养元素，也是化肥施用量最多的元素；故一直以来，对它们在农业系统中的循环研究也是最多。

本文就农业生态系统中的氮营养元素的循环及其调控方法为主作了综述。

1.氮素的循环氮素是植物的必须营养元素，也是作物产量最重要的养分限制因子。

农业生态系统中的氮素循环是指，氮素通过不同途径进入农业生态系统，再经过许多相互联系的转化和移动过程后，又不同程度地离开这一系统，这一循环是开放性的，它与大气和水体等外界环境进行着复杂的交换[3]。

2.氮素在农业生态系统的输入2.1化肥（有机肥和无机肥）氮素的输入施肥方式输入氮素营养是农业生态系统中氮素输入的最主要的方式之一；它对增加农田中氮素营养的总量的效果也是最为明显。

故农业生产遇到氮素不足时，常以施肥方式来解决。

可见，施肥还是调节农业生态系统中氮素平衡的一个重要方式，也是人为进行调控方式之一。

1998 年我国化肥平均施用量氮肥中的N已超过225 kg/hm2；而北欧等国家施用要相对低一些，挪威东南农田氮肥施用量为N 110 kg/hm2[4]。

第十章土壤养分循环土壤养分循环：是指在生物参与下，营养元素从土壤到生物，再从生物回到土壤的循环过程，是一个复杂的生物地球化学过程。

土壤元素通常可以反复的再循环和利用,典型的再循环过程包括：（1）生物从土壤中吸收养分（2）生物的残体归还土壤（3）在土壤微生物的作用下，分解生物残体，释放养分（4）养分再次被生物吸收一、土壤氮素循环（一）氮素循环由两个重叠循环构成，一是大气层的气态氮循环，几乎所有的气态氮对大多数植物无效，只有若干种微生物或少数与微生物共生的植物可以固定大气中的有效氮。

另一个是土壤氮的循环，即在土壤植物系统中，氮在动植物体、微生物体、土壤有机质、土壤矿物质各分室中的转化和迁移，包括有机氮的矿化和无机氮的生物固持作用、粘土对氨的固定和释放作用、硝化和反硝化作用、腐殖质形成和腐殖质稳定化作用。

（二）土壤的氮的获得（来源）1土壤氮的获得（来源）（1）土壤母质中的矿质元素（2）大气中分子氮的生物固定大气和土壤空气中的分子态氮不能被植物直接吸收、同化，必须经生物固定为有机氮化合物，直接或间接地进入土壤。

（3）雨水和灌溉水带入的氮灌溉水带入土壤的氮主要是硝态氮形态，其数量因地区、季节和降雨量而异。

大气层发生自然雷电现象，可使氮氧化成NO2及NO等氮氧化物。

（4）施用有机肥和化学肥料2土壤N存在形态土壤无机态氮主要是铵态氮和硝态氮，是植物能直接吸收利用的有效态氮。

有机态氮是土壤氮的主要存在形态，一般占土壤全量氮的95%以上，按其溶解度的大小及水解的难易分为水溶性有机氮、水解性有机氮和非水解性有机氮三类。

土壤溶液中的铵、交换性铵和硝态氮因能直接被植物根系所吸收，常总被称为速效态氮。

3土壤中氮的转化（1）有机态氮的矿化过程含氮的有机化合物，在多种微生物的作用下降解为简单的铵态氮的过程矿化过程：第一阶段：把复杂的含氮化合物的含氮化合物，如蛋白质、核酸、氨基糖及其多聚体等，经过微生物酶的系列作用下，逐级分解而形成简单的氨基化合物，称之为氨基化阶段。

第19卷第5期2004年10月地球科学进展A DVAN CE S I N E AR TH S C I E N C EV o l.19　N o.5O c t.，2004文章编号：1001-8166（2004）05-0774-08潮滩生态系统中生源要素氮的生物地球化学过程研究综述侯立军1，2，刘　敏2，许世远2，欧冬妮2，刘巧梅2，刘华林2，蒋海燕2（1．华东师范大学河口海岸动力沉积和动力地貌综合国家重点实验室，上海　200062；2．华东师范大学地理系，上海　200062）摘　要：海岸带潮滩生源要素生物地球化学循环过程是国际地圈生物圈计划（I G B P）、海岸带陆海交互作用（L O I C Z）研究的重要内容，也是全球变化区域响应研究中的重要组成部分。

在过去的10～20年之间，潮滩生源要素氮的生物地球化学循环研究得到了长足的发展。

基于此，较为全面、系统地总结和分析了有关潮滩氮营养盐的来源、潮滩氮素的物理、化学和生物迁移转化过程及氮素地球化学循环过程中底栖生物效应等一系列研究成果，并提出了今后潮滩生源要素氮的生物地球化学循环研究重点和发展趋向。

关　键　词：潮滩；生态系统；生源要素；生物地球化学循环；硝化—反硝化耦合作用中图分类号：X142 文献标识码：A 滨岸潮滩是海陆作用的重要地带，是一个多功能的复杂生态系统［1～3］，具有独特的生态价值和资源潜力。

由于受海陆交互作用影响，滨岸潮滩各种物理、化学、生物因素变化剧烈，是一个典型的环境脆弱带和敏感区［4］，易受各种自然和人为活动的干扰和破坏。

尤其随着人口的不断增长和经济的快速发展，大量的人为污染物如营养盐、微量重金属、多环芳烃和多氯联苯等污染物质输入到滨岸地区［5］，给滨岸环境质量造成不同程度的威胁，对潮滩复杂环境的初级生产力、生物多样性以及生态系统功能产生深刻的负面效应［6］。

其中富营养化对滨岸潮滩生态环境产生的潜在危害日益严重，已成为当前国际环境研究的热点和重点问题之一［7］，而潮滩富营养化现象的研究在很大程度上依赖于对营养盐的生物地球化学过程的了解和认识［8～10］。

湖泊氮素生物地球化学循环及微生物的作用
湖泊氮素生物地球化学循环是指湖泊中氮素元素的循环过程，包括氮素的输入、输出和转化过程。

微生物在湖泊氮素生物地球化学循环中发挥着重要的作用。

微生物主要通过氮素的转化过程参与湖泊的氮素循环。

具体来说，微生物在湖泊中扮演了以下几个角色：
1. 固氮微生物：某些细菌和蓝藻能够利用大气中的氮气通过固氮作用将其转化为氨。

这些固氮微生物生活在湖泊水体中，通过固定氮气为湖泊提供可利用的氮源。

2. 氨氧化微生物：氨氧化细菌能够将氨氧化为硝酸盐，这是湖泊中氮素转化的关键步骤。

氨是一种常见的氮源，氨氧化微生物将其转化为硝酸盐，为其他微生物提供可利用的氮源。

3. 反硝化微生物：反硝化细菌能够利用硝酸盐作为电子受体，将其还原成气体态氮气释放到大气中。

这个过程将湖泊中的硝酸盐还原为氮气，从而完成了湖泊中氮素的排除。

4. 腐解微生物：湖泊中存在大量有机物，包括植物残体、藻类和动物死亡物质等。

这些有机物中含有大量的氮素，腐解微生物通过降解有机物释放出氮素，进而参与湖泊的氮素循环。

综上所述，微生物在湖泊氮素生物地球化学循环中通过固氮作用、氨氧化、反硝化和有机物腐解等过程参与氮素的转化和循环，对湖泊生态系统的氮元素的平衡和稳定起到重要的调节作用。

氮循环过程中的生物地球化学过程一、介绍生物体内的氮素是其组成蛋白质和核酸的重要元素。

氮元素在地球上处于一个类似于氮气（N2）和氨（NH3）这样的不同状态之间的循环过程中。

由于复杂的互作用和氮素在环境中的生物地球化学过程，氮素的过渡状态变得越来越庞大，难以预测和管理。

二、氮的循环方式被植物吸收的二氧化碳（CO2）和水（H2O）结合在一起形成葡萄糖和其他的有机分子。

植物和动物体内的蛋白质和核酸中所含的氮素来源于土壤和水中的无机形式（例如硝酸盐和铵离子）。

可以通过以下步骤将氮素从一个形式转换到另一个形式：1.氮固定：在大气中，十分稳定的两个氮原子（N2）通过闪电或传统的人工方法被转换成氮化合物（如硝酸盐和铵离子）。

2.硝化：细菌将氨转化为硝酸盐或者氧化氮氧化物（NOx）。

3.反硝化：当器官胞或其他物质不被分解后，它们通常会被排放到土壤或者泥浆中。

然后反硝化细菌将硝酸盐和铵离子还原为N2。

三、细菌的作用在氮固定、硝化和反硝化过程中，许多细菌起着关键作用。

细菌可以利用它们的酶或者线粒体异黄酮的原型淀粉糖来从化石燃料中提取氮元素。

这些细菌在环境中的循环过程中进行一系列的代谢和化学反应。

例如，在反硝化过程中，细菌将硝酸盐和铵离子还原成氮气（N2）。

这种反应有时也会被称作脱氮作用。

同样的，硝化作用会将氨或氧化氮氧化物转化为硝酸盐或亚硝酸盐。

此外，一些细菌甚至可以利用土壤中含有的多价金属离子，以生成一种被称为养子的无机盐化合物，这种无机盐可以提供羟基或者其他化学基团，来帮助细菌存活并进行化学反应。

四、氮素的生物地球化学循环大气氮解离过程和化学工业在全球的人类干扰下，导致了土地和水源中硝酸盐以及其他氮化合物的富集。

在地球的氮循环过程中，细菌、植物和动物扮演着不可或缺的角色。

通过把植物分解产生的氨从一种化学形式转换为另一种形式，细菌将氮素变为了有效的生物可利用的形式。

这使得生物可以利用氮元素来合成蛋白质和核酸。

在太古时代和地质历史中，并非所有生物体都利用氮的生物循环过程。

海洋中氮的生物地球化学循环
海洋中氮的生物地球化学循环是指在海洋中，氮元素在生物体内和海水中不断转化的过程。

氮元素是生命体中必不可少的元素之一，而海洋是全球最大的氮库之一。

在海洋中，氮元素主要以无机形式存在，包括氨、硝酸盐和亚硝酸盐等。

海洋中氮的生物地球化学循环包括了氮的固氮、硝化、反硝化、氮素的生物利用和氮素的沉降等多个环节。

其中，固氮是指将空气中的氮气转化为氨或亚硝酸盐，由一些细菌和蓝藻完成；硝化是指将氨转化为硝酸盐，由硝化细菌完成；反硝化则是将硝酸盐还原为氮气，由反硝化细菌完成。

氮素的生物利用是指海洋生物体内的吸收和利用，包括浮游植物、浮游动物、底栖动物等。

氮素的沉降则是指氮元素从海洋中下沉到海底沉积物中的过程，包括颗粒有机物的沉降、死亡生物体的沉降和沉积物中的化学沉淀等多种方式。

海洋中氮的生物地球化学循环对海洋生态系统和全球氮循环具
有重要影响。

其中，硝酸盐是海洋中氮的主要形式，对调节海洋生态系统的生产力、生态位和物种结构等起着重要作用。

同时，海洋中氮的生物地球化学循环还对全球氮循环起着重要的调节作用，对全球气候和环境变化具有重要影响。

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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！。

氮素生物地球化学过程研究一、前言氮素是生命体系中不可或缺的元素之一，其不同形态及其在生物地球化学循环中的转化过程受到了广泛关注。

本文将从氮素的生物地球化学循环着手，探究其在不同环境下的形态、转化机制及相应的影响。

二、氮素的生物地球化学循环1. 氮素的形态氮素在生物地球化学循环中主要呈现的形态有无机氮和有机氮两种。

其中，无机氮包括氨氮、硝酸氮和亚硝酸氮等，有机氮则以蛋白质、核酸、氨基酸等形式存在。

2. 氮素的转化氮素的转化在生物地球化学循环中非常重要，主要包括固氮、硝化、反硝化等过程。

(1) 固氮固氮是将空气中的氮气还原为氨氮或亚硝酸氮的过程。

该过程主要由一些特定的细菌或蓝藻完成，如通常在豆科植物的根瘤中寄生的根瘤菌等。

(2) 硝化硝化是将氨氮或亚硝酸氮转化为硝酸氮的过程，这一过程主要由硝化细菌完成。

首先是由亚硝化菌将亚硝酸氮氧化为硝酸氮，再由硝化菌将氨氮氧化为亚硝酸氮，最后由亚硝化菌将亚硝酸氮氧化为硝酸氮。

(3) 反硝化反硝化是将硝酸氮还原为氮气的过程，这一过程主要由反硝化细菌完成，并释放出大量的氮气。

该过程是氮素从有机物到无机物的还原，并且可以从环境中去除过多的氮素。

三、氮素的影响及应用1. 环境影响氮素的含量对生物地球化学循环和生态系统健康发挥着重要的作用，但氮素的过量输入会对环境造成负面影响。

例如，过量氮素输入会导致水体富营养化，甚至形成赤潮，对生态环境造成破坏。

2. 应用氮素的应用非常广泛，在农业生产中，氮素肥料是提高农作物产量的主要手段之一；在生物技术中，通过合成生产氨基酸、酶、蛋白质等有机化合物。

氮素的应用也需要注意合理利用，以减轻对环境的负面影响。

四、结语氮素生物地球化学过程的研究涉及到生物学、化学、生态学等多个领域，不同形态和转化机制的认识可以为现代农业、环境保护等领域的发展提供重要指导。

希望通过本文的探讨，能够加深对氮素生物地球化学过程的认识。

氮的生物地球化学循环是指氮元素在自然界中的循环过程，主要包括氮的固定、氮的氧化和氮的还原等过程。

氮的生物地球化学循环对于维持全球生态系统的平衡和稳定具有重要意义，因为氮是许多生物体内蛋白质和核酸的组成部分，同时也是植物进行光合作用的必需元素。

在生态系统中，氮的固定是通过植物的根系吸收土壤中的氮元素，并将其转化为含氮化合物（如尿素）的过程。

含氮化合物在细菌和真菌的作用下被降解为氨和二氧化碳，其中一部分被植物吸收，用于合成蛋白质和核酸。

然而，大部分的氮元素最终会以硝酸盐的形式被归还到大气中，这是氮元素在生态系统中的另一种循环方式。

氮的氧化是指将含氮化合物（如尿素）转化为含氧化合物（如水和二氧化碳）的过程。

含氧化合物在好氧微生物的作用下被分解为氧气和各种含氧化合物，其中一部分被植物吸收，用于合成有机物和进行光合作用。

然而，当含氧化合物被不易分解的有机物污染时，会形成臭氧层空洞等环境问题。

氮的还原是指将含氮化合物（如硝酸盐）转化为氮元素的过程。

硝酸盐是土壤中常见的含氮化合物，它们可以被微生物还原为氮气或其他含氮化合物。

氮的还原过程对于维持土壤肥力和生态系统的稳定性也具有重要意义。

总之，氮的生物地球化学循环是一个复杂的过程，涉及到氮元素在自然界中的固定、氧化、还原和循环利用等过程。

这个过程对于维持全球生态系统的平衡
和稳定具有重要意义，同时也是人类活动对环境产生影响的重要因素之一。

湖泊氮的生物地球化学过程及其氮同位素技术的应用作者：梁越，刘小真，赖劲虎来源：《湖北农业科学》 2014年第10期梁越，刘小真，赖劲虎（鄱阳湖环境与资源利用教育部重点实验室／南昌大学环境与化学工程学院，南昌３３００４７）摘要：营养元素（Ｃ、Ｎ、Ｐ等）在自然界的循环是基本的物质循环，营养元素在湖泊系统中的输入、迁移、转化、输出的生物地球化学过程是复杂的动态过程，稳定同位素必然会对这一动态过程产生响应。

阐述了氮元素在湖泊中的生物地球化学行为及其影响因素，并从柱状沉积物δ１３Ｃ、δ１５Ｎ的变化、水质污染与有机质迁移释放、沉积物—水营养元素交换过程、湖泊氮的同位素特征及其影响因素等方面概括了氮同位素技术在湖泊研究中的应用。

关键词：氮；生物地球化学；影响因素；同位素分馏；应用；湖泊中图分类号：Ｐ５９３；Ｘ１４３文献标识码：Ａ文章编号：０４３９－８１１４（２０１４）10－2238－０6生物地球化学循环是指生物参与下物质在自然环境中的传输和转化过程。

营养元素（Ｃ、Ｎ、Ｐ等）在自然界的循环是基本的物质循环，由于人类活动的干预，破坏了这些元素的正常循环，从而面临系列环境问题，如湖泊富营养化、酸雨、温室效应等［１］。

不同环境中物质的生物地球化学循环以及控制循环的生物地球化学过程有差异，如大气环境、水环境、土壤环境中氮的循环过程存在区别，研究环境变化中物质的生物地球化学过程，可以揭示环境变化的内在因素。

湖泊是水文系统中最重要的淡水资源之一，营养元素在湖泊系统多界面的生物地球化学循环是湖泊水环境变化的原动力，从流域到水体，从水体到水生生物、沉积物，再从沉积物返回水体、大气，营养元素的生物地球化学行为会对湖泊系统环境变化产生响应。

营养元素在湖泊系统中的输入、迁移、转化、输出的生物地球化学过程是复杂的动态过程。

湖泊氮的迁移转换机制主要与有机质含量、Ｏ２含量、酸度、氧化还原电位、温度、微生物和底栖生物扰动等因素有关［２，３］。

N的净矿化作用名词解释N的净矿化作用是指氮元素在土壤中的一种生物地球化学过程，即有机氮化合物被微生物降解分解为无机形态的氮，如铵盐（NH4+）和硝酸盐（NO3-），从而使土壤中氮素的有效性增加。

N的净矿化作用是氮循环过程中的一个重要环节，对维持土壤氮素的平衡、提供足够的营养物质供给植物生长具有关键性作用。

1. 氮的生物地球化学循环氮是地球上最丰富的元素之一，它在自然界中以氮气（N2）的形式存在于大气中。

然而，氮气对大多数生物来说是不能直接利用的，因为氮分子的键能很高，要使其能够参与生物体的代谢过程，必须经过一系列复杂的转化和转移过程，形成可利用的氮元素。

这些过程包括氮的固定（氮气还原为氨或硝酸盐）、硝化（氨氧化为硝酸盐）和脱氮（氮元素返回大气中）等。

2. N的净矿化作用的过程与机制在土壤中，有机质是氮的主要储存形式。

有机氮化合物（如蛋白质、氨基酸等）通过微生物的代谢作用被分解为无机形态的氮。

这种分解过程称为矿化，其中产生的无机氮可为植物提供营养物质。

N的净矿化作用需要依赖于一系列微生物群落，包括硝化细菌、硝化古菌和硫酸还原细菌等。

硝化细菌和硝化古菌将有机氮逐步氧化为硝酸盐，而硫酸还原细菌则参与有机氮的脱氮过程。

这些微生物群落通过分解有机物质并释放无机氮素，使得土壤中的氮营养供应得到增加。

3. N的净矿化作用的影响因素N的净矿化作用受到多种因素的影响，包括土壤性质、环境条件和土壤管理措施等。

例如，土壤中有机碳含量的多少会直接影响净矿化作用的速率和强度。

有机碳越丰富，微生物分解有机氮的能力越强，净矿化作用的效果也会更为明显。

同时，土壤湿度、温度、氧气含量等环境条件也对净矿化作用有一定影响。

较高的湿度和适宜的温度能够促进微生物代谢活动，加快净矿化作用的进行。

4. 净矿化作用的生态效应N的净矿化作用对土壤生态系统的健康和稳定运行具有重要影响。

通过将有机氮转化为无机氮，净矿化作用能够增加土壤中的氮素有效性，满足植物的生长需求。

生态系统的生物地球化学循环和生态服务生态系统是由各种生物和非生物组成的有机体系，它们互相作用、相互依存，共同维持着地球上的生命。

其中，生物地球化学循环是生态系统运转的基础，其作用在于将地球上的化学元素不断地循环利用，维持着生命和生态系统的平衡。

而生态服务则是生态系统为人类和其他生物群体提供的各种物质和能量上的支持，这些服务支撑着人类的经济、社会和文化活动。

本文将从生态系统的生物地球化学循环和生态服务两个方面对生态系统进行探析。

一、生物地球化学循环生物地球化学循环是指碳、氮、硫等元素在生物和非生物之间的循环作用。

生态系统中的每一个生物体都会从水、土壤、空气等地方摄取不同的元素，并在其体内进行代谢作用。

这些元素会随着生物体的代谢排放至环境中，又被其他生物摄取，不断地循环利用。

这种循环的重要性在于，它使得世界各地的元素分布得到均等，没有任何地区缺乏所需元素的情况出现。

同时，生物地球化学循环也能够维持生态系统中的物种多样性和能量平衡。

1、碳循环碳元素是生命活动中最为关键的元素之一，人类的生存和发展都依赖于碳元素的循环。

生态系统中的植物在进行光合作用时，将二氧化碳转化为有机物，生成能量和氧气。

同时，动物则摄取植物中的有机物，通过呼吸作用将其氧化为二氧化碳排放至环境。

这样，碳元素在生物和非生物之间不断地循环。

此外，生境中的土壤微生物通过各种代谢反应，也能有机地储存和释放碳元素。

2、氮循环氮元素是生态系统中最为丰富的元素之一，它是蛋白质、核酸的组成成分，是生命活动中不可或缺的物质。

氮循环是指氮元素在生物和非生物之间的循环作用。

在生态系统中，大气、土壤、水体中都存在氮元素。

植物通过根部的菌根和瘤根吸收氮元素，在其体内形成氮固氮素固定的有机物，将其储存。

而动物则通过吃植物来摄取其中蛋白质和其他氨基酸。

此外，土壤中的氮素在微生物的作用下，也能自主固氮，生成氨和硝酸。

这样，氮元素在生物和非生物之间不断地循环利用，维持着生态系统的稳定。