氮循环是如何工作的

概述

氮循环是循环氮元素的重要生物地球化学循环₂)变成各种可用的形式。它与其他循环非常相似，比如水循环和氧循环。因此，氮循环在维持地球丰富的生态系统方面极其重要。氮本身实际上是相当惰性的(不发生反应)，所以它必须转化成生物体可以利用的形式，如铵(NH)₄)．

但在我们进入细节之前，让我们定义一个生物地球化学循环。

生物地球化学循环是一个化学元素或分子在地球上移动的过程，本质上是循环通过循环的元素/分子。一旦一个循环开始，它最终会回到它的起始位置，完成一个循环，其中元素/分子恢复到它开始的形式。如果我们拆开这个名字，就会发现生物地球化学循环包括生物、地质和化学因素。氮循环是一种特殊的生物地球化学循环，称为养分循环。这种类型的循环在生物和非生物物质之间移动基本元素。例如，动物吸收氮，然后将其排放到环境中，最终又回到另一种动物体内。

我们将开始氮在大气中的旅程，但记住，这是一个周期．你可以在任何地方开始或结束，尽管大气很可能是循环开始的地方。

发生地点

无处不在!氮循环是世界生态系统的重要组成部分，就像氧、碳、磷和水循环一样重要。作为一个循环，它几乎贯穿了地球上的一切。它发生在植物、动物、细菌、大气、水以及任何你能想象到的地方!

事实上，水循环是少数几个涉及分子而不是单一元素的循环之一。

大气氮

深呼吸。感觉到所有的氧气都流入肺部了吗?你不应该这么做，因为实际上，你吸入的80%都是氮气。没错，全世界大气中几乎80%都是氮，所以氮是一种非常重要的元素，对吧?

氮通常成对出现，因此₂N₂在大气中以气体的形式存在。问题是，大多数生物实际上不能利用氮气来实现任何维持它们生存的生物功能!那你刚刚吸入的氮呢?当你呼气的时候，它就灭了。那么氮是怎么得到的呢?为了让人类和其他任何东西使用氮，它必须被改变成不同的形式。

嘘。别忘了，虽然大多数重氮营养体是细菌，但一些古细菌也是!你会问，什么是古生菌?检查要知道的术语在页面底部列出。

固氮作用

为了利用大气中的氮，生物必须首先将其“固定”成更有用的形式。我们该感谢谁修复了我们破碎的氮?当然是细菌了!

降水(雨、雪等)将大气中的氮沉积到土壤中，被称为重氮营养体的细菌在土壤中发挥它们的魔力。这些重氮营养体含有一种叫做固氮酶的酶，这种酶能使它们将一个氮原子与三个或四个氢原子结合，产生氨(NH)_3.)或铵(NH₄⁺)．重氮营养体可以自由生活，也可以与另一种生物共生，它们可以将氨和铵转化为生存所必需的有机化合物。许多重氮营养物与植物有共生关系，如豆类。这使得它们可以用氨或铵来交换植物的营养物质，比如碳水化合物。通过这种方式，可用的氮被传递给植物。

提示:知道闪电也能固定氮也是件好事。来自照明的巨大能量足以分裂一对氮原子，使这些原子形成亚硝酸盐。然而，这种固定方法比较少见。

硝化作用

硝化是一个两步过程，首先将铵转化为硝可(没有₂^-)，然后变成nitr机台(没有_3.^-)使氮容易被植物根部吸收。更有益的细菌，如亚硝基单胞菌进行这一过程。这些细菌被称为硝化细菌，因为它们能够去除铵的四个氢，并用两个氧原子取代它们，将铵转化为亚硝酸盐。其他硝化细菌，如硝化杆菌，向亚硝酸盐中添加另一种氧以产生硝酸盐。亚硝酸盐变成硝酸盐很重要，因为亚硝酸盐对植物是有毒的。顺便说一下，大多数硝化细菌在土壤中自由生活，而不是与植物共生。

那么，有什么意义呢?

获得可用的氮对构建许多生物结构至关重要，包括氨基酸，氨基酸可以制造蛋白质、DNA和RNA。

同化

同化基本上是指氮在不同生物体内的作用方式。例如，植物可以通过根吸收铵和硝酸盐。然后植物可以从铵和硝酸盐中提取氮，将可用的氮吸收到细胞中用于生物学功能。

现在还记得我们呼吸的80%的空气是氮气，但我们一点都不能用吗?因为植物和细菌，我们可以!人类和其他动物也通过吸收来获取氮。不同之处在于，植物直接从土壤中吸收铵和硝酸盐，而动物则通过吃植物来获取氮。标准的食物链，你看!几乎所有被发现用于动物的氮都可以追溯到食用富含氮的植物。

加氨

当动物排出它们消耗的氮或死亡时，这个循环继续将硝酸盐转化为铵，因此，氨化。动物通过粪便或死后身体分解排出有机氮。被称为分解者的特殊类型的生物将这种有机氮分解成铵，然后可以再一次用于硝化作用。这意味着氨化可以发生在硝化之前或之后。许多分解者是真菌，如蘑菇和细菌。

反硝化作用

那么，既然植物、动物和细菌已经吸收了足够的氮，那么剩下的硝酸盐会发生什么呢?我们是如何从大气中的氮元素转回来的?答案很简单，就是硝酸盐通过反硝化过程又变成了大气中的氮。这个过程涉及有益的反硝化细菌，它们几乎逆转了硝化细菌所经历的过程，将硝酸盐转化为氮气并释放到大气中，从而完成了这个循环。

提示:反硝化发生在厌氧条件，这意味着它可以在没有氧气的情况下进行。

水中的氮循环

氮循环甚至发生在海洋中，并且在水中扮演着和在陆地上一样重要的角色。主要的循环在水中是非常相似的，但有一些关键的区别。

• 氮也通过降水进入海洋，但也通过径流或简单地从大气中进入。
• 一种叫做蓝藻的特殊细菌可以固定氮。
• 硝化作用是由浮游植物进行的。
• 水的运动导致了氮在海洋中的运动，这意味着氮在海洋中的分布并不均匀。

人类如何影响氮循环?

人类活动在许多方面对氮循环产生了巨大的影响。例如，人类在肥料中使用氮，因为它是植物生命的必需营养素。这些化学物质，以及车辆、工业设施等污染产生的化学物质……每年转化为普通形式的氮的量增加了一倍多。听起来很棒，对吧?更多可用的氮听起来是个很棒的主意!问题是，转化为有机形式的氮越多，就有越多的氮最终出现在不应该出现的地方。氨会流入水中，引起富营养化。氨最终也会进入大气层，是酸雨的主要原因。氮也可以以一氧化二氮(N₂人类活动产生的大量一氧化二氮是导致全球变暖的第三大因素。看来这根本不是一件好事!

有关更多信息，请访问知识项目的信息页氮循环。

要知道的术语

氨化:从有机物的分解中产生铵;由分解者进行。

古生菌:单细胞生物:新陈代谢过程不同于细菌的单细胞生物;一般生活在极端条件下。

同化:在氮循环中，动植物对有机氮的吸收。

细菌:与古菌代谢过程不同的单细胞生物;地球上最常见的生物。

分解器:分解有机物的有机体。

反硝化作用:细菌从硝酸盐中形成大气氮(氮气)的过程。

Diazotroph:将氮固定为可用形式的细菌(和一些古生菌)

酶:催化或加快生物反应速度的生物分子。请注意，如果正常情况下反应不会发生，酶不会引起反应，它只会使反应进行得更快。

富营养化:水中丰富的营养物质导致植物(如藻类)过度生长，从而导致植物消耗大量氧气，杀死水中其他生物的过程。

硝化作用:土壤和水中的细菌由氨和铵形成亚硝酸盐和硝酸盐的过程。

固氮作用:大气中的氮(氮气)转化为氨和铵。

共生:共生:两个有机体之间的相互关系，其中每一个有机体都为另一个有机体提供利益

©2012 Btryon86

评论

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