全球生態(tài)系統(tǒng)中的氮循環(huán)

1、全球生態(tài)系統(tǒng)中的氮循環(huán)全球生態(tài)系統(tǒng)中的氮循環(huán)氮是構(gòu)成生物蛋白質(zhì)和核酸的主要元素，因此它與碳、氫、氧一樣在生物學上具有重要的意義。氮的生物地化循環(huán)過程非常復雜，循環(huán)性能極為完善。氮的循環(huán)與碳的循環(huán)大體相似，但也有明顯差別。雖然大氣中有79%勺氮，但一般生物不能直接利用，必須通過固氮作用將氮與氧結(jié)合成為硝酸鹽和亞硝酸鹽，或者與氫結(jié)合形成氨以后，植物才能利用。b5E2RGbCAP氮循環(huán)的很多環(huán)節(jié)上都有特定的微生物參加。（一）固氮作用由于大氣成分的79,是氮氣，所以氮最重要的儲存庫就是大氣圈，但是大多數(shù)生物又不能直接利用氮氣，所以以無機氮形式（氨、亞硝酸鹽和硝酸鹽）和有機氮形式（尿素、蛋白質(zhì)和核酸等）

2、存在的氮庫對生物最為重要。大氣中的氮只有被固定為無機氮化合物（主要是硝酸鹽和氨）以后，才能被生物所利用。雖然固氮的方法有物理化學法和生物法兩種，但其中以生物固氮法最plEanqFDPw6為重要。據(jù)估計，靠電化學和光化學固氮，每年平均可固氮7.6X10噸，而生物固氮平均每年66的固氮量為54X10噸，人類每年合成氮肥約30X10噸，這也是一個不小的數(shù)字。豆科植物的根瘤在共生固氮生物中，根瘤菌（Rhizobium）是最重要的，也是人類了解最清楚的。一定種類的根瘤菌只同一定種類的豆科植物發(fā)生共生關(guān)系，這些根瘤菌可潛入豆科植物的根毛，然后進DXDiTa9E3d行繁殖。已知有10多種高等植物（如鼠李、楊

3、梅和榿木等）也有共生生物固氮作用。由于豆科植物與根瘤菌之間已經(jīng)形成了密切的共生關(guān)系，所以豆科植物離開了根瘤菌就不能固氮，而把根瘤菌接種在其他植物上也不能固氮。RTCrpUDGiT豆科植物的根瘤（二）氨化作用當無機氮經(jīng)由蛋白質(zhì)和核酸合成過程而形成有機化合物以后，這些含氮的有機化合物通過生物的新陳代謝又會使氮以代謝產(chǎn)物（尿素和尿酸）的形式重返氮的循環(huán)圈。土壤和水中的很多異養(yǎng)細菌、放線菌和真菌都能利用這種富含氮的有機化合物。這些簡單的含氮有機化合物在上述生物的代謝活動中可轉(zhuǎn)變?yōu)闊o機化合物（氨）并把它釋放出來。這個過程就稱為氨化作用（ammonification）或礦化作用（mineralizatio

4、n）。5PCzVD7HxA（三）硝化作用雖然有些自養(yǎng)細菌和海洋中的很多異養(yǎng)細菌可以利用氨或銨鹽來合成它們自己的原生質(zhì)，但一般說來，這些含氮化合物難以被直接利用，而必須使它們在硝化作用（nitrification）中轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。這個過程在酸性條件下分為兩步，第一步是把氨或銨鹽轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽;第二步是把亞硝酸鹽轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛猁}。jLBHrnAILg（四）反硝化作用（也稱脫氮作用）反硝化作用是指把硝酸鹽等較復雜的含氮化合物轉(zhuǎn)化為MN5口NO的過程。由于反硝化22作用是在無氧或缺氧條件下進行的，所以這一過程通常是在透氣較差的土壤中進行的。依據(jù)同樣的道理，在氧氣含量很豐富的湖泊和海洋表層，反硝化作用便很難

5、發(fā)生。但是在水生生態(tài)系統(tǒng)缺氧的時期，分子氮就可以通過反硝化過程而產(chǎn)生。分子氮如果未在固氮活動中被重新利用則會返回大氣圈庫。xHAQX74J0X（五）氮的全球平衡6據(jù)估計，全球每年的固氮量為92X10噸（其中生物固氮54,工業(yè)固氮30,光化學固氮7.66和火山活動固氮0.2）o但是，借助于反硝化作用，全球的產(chǎn)氮量只有83X10噸（其中陸地43，6海洋40和沉積層0.2）。兩個過程的差額為9X10噸，這種不平衡主要是由工業(yè)固氮量的日益增長所引起的，所固定的這些氮是造成水生生態(tài)系統(tǒng)污染的主要因素。LDAYtRyKfE人工固氮對于養(yǎng)活世界上不斷增加的人口作了重大貢獻，同時，它也通過全球氮循環(huán)帶來了不少不良的后果，其中有些是威脅人類在地球上持續(xù)生存的生態(tài)問題。大量有活性的含氮化合物進入土壤和各種水體以后對于環(huán)境產(chǎn)生的影響，其范圍可能從局域衛(wèi)生到全球變化，深至地下水，高達同溫層。Zzz6ZB2Ltk流入池塘、湖泊、河流、海灣的化肥造成水體富營養(yǎng)化，藻類和藍細菌種群大爆發(fā)，其尸體分解過程中大量掠奪其他生物所必須的氧，造成魚類、貝類大規(guī)模死亡。海洋和海灣的富營養(yǎng)化稱為赤潮，某些赤潮藻類還形成毒素，引起如記憶喪失、腎臟和肝臟的疾病。造成水體富營養(yǎng)化和赤潮的原因，除過多的氮以外，還有磷，兩者經(jīng)常是共同起作用的。一般來說，氮污染使土壤和水體的生物多樣性下降。dvzfvkwMI14 /