土壤N循环在全球N循环中的地位与作用

全球N循环总结图示
可见，土壤中的N循环在全球N循环中 起着联系各个圈层N循环的作用，是 一个重要的中枢环节的地位。
06地理科学
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土壤N循环在全球N循环中的 地位与作用
组员:姚伟鹏,汪晓帆, 赵海峰,唐结明,饶珂茜,陈 艳 刘健阳,唐 凯,余龙杰,钟景锋,李晓明,宫 玮
土壤中N循环过程
1
土壤氮素输入
2
氮素存留与转化
3
生物吸收
4
生物归还
5
氮素失散

1.土壤氮素输入
1.自然固氮途径。主要是通过大气圈中雷电作用、光化学作用、火山活动、森林火灾所形
3.生物吸收
1
氮素经过植物根系吸收 进入生物体后,参与多种 生理过程,并在生物体内 以氨气、铵盐、硝酸盐、 尿素、氨基酸和蛋白质 等形式存在。由于植物 对H O N C 等的选择性 吸收积累,使它们在生物 体得到显著富集。
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波雷诺夫(1948)就 将O H C N Mg K P S称为绝对的生 物必需元素,没有 它们生物的生存是 完全不可能的.
❖ 人工固氮虽然对于养活世界上不断增加的人口作 了重大贡献，但同时，它也通过全球氮循环带来 了不少不良的后果，其中有些是威胁人类在地球 上持续生存的生态问题。
❖ 另外，在城市及工业区外围因大气污染引起的干 沉降和湿沉降、污水灌溉也是土壤氮素的主要来 源之一。

2.氮素存留与转化

与水圈的联系 （土壤溶液）
❖ 土壤N循环与水分循环是密切相关的。大气中的 N随闪电和降雨进入土壤，同时土壤水是营养元 素循环过程的运输载体，N素向植物的输送也要 依靠水分完成。
❖ 土壤N素失散之一是土壤N素以NO3-向水圈失散。 尤其是农业生产过程中大量使用N肥，N素随降 雨向地下水和河流流失，造成地下水污染和水体 富营养化，危害人类健康和生态环境。
水体富营养化
污染工农业水体
水生生态系统崩溃
氮素失散 危害
危害人类健康
增加大气温室气体
造成硝酸型酸雨

水体富营养化:太湖—蓝藻
酸雨的危害

土壤N循环在全球N循环中 的地位与作用
土壤N循环起着联系个圈层N循环 的作用，是一个重要的中枢环节
成的硝酸根离子通过干湿沉降进入土壤；
2.生物固氮途径。主要是土壤中的固氮微生物（如根瘤菌）吸收并固定大气中的氮气，并
转换成活性氮形式输入土壤
3.人工固氮途径。主要是在现代农业生产过程中，人们将氮气合为氨，并将其转化为各种
氮肥施入农田。

1.土壤氮素输入
❖ 据估计，靠电化学和光化学固氮，每年平均可固 氮7.6 ×106吨，而生物固氮平均每年的固氮量 为54 ×106吨，人类每年合成氮肥约30 ×106 吨。人为固氮量目前约占全球总固氮量的25%，生物圈的联系 （土壤生物）
❖ N素是构成动植物体的必需元素，植物从土壤吸 收氨态氮和硝态氮，N素进入生物圈，成为动植 物生命活动的基础。
❖ 生物圈通过动植物新陈代谢产物及残体的腐化分 解，将N素归还土壤圈。
❖ 两个过程构成了土壤圈与生物圈之间的N素循环。
与人类智慧圈的联系 （土壤肥力）
与岩石圈的联系 （土壤矿物）
❖ 在集约栽培条件下，土壤中存在的矿质氮量很少， 土壤氮素的供应能力主要决定于土壤氮素的矿化 能力。土壤的pH、质地、结构、土壤有机氮的 形态和存在状态以及C/N比等对土壤氮素的矿化 量和矿化过程都有大的影响。
❖ 最新的研究表明火山喷发会产生大量的可以被生 物有机体所利用的氮。火山喷发时所产生的高温 可以让氮和氧在空气中发生化学反应从而产生固 态氮。
对地下水污染的 危害
❖ 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。
❖ 在水分适中、有机质丰富、通气良好的土壤中， 以矿化过程占优。在嫌气条件下，土壤有机质分 解需要的氮素较少，多将有机氮或硝态氮转化为 二氧化氮、氮气向大气散失，矿化过程弱。
❖ 氮素活化会增加生物对氮素的吸收，但也造成土 壤中部分无机氮素流失进入水体，导致水环境不 断恶化。

❖ N素是构成植物体的必需元素，土壤中的N循环 直接影响土壤肥力和农作物的产量。而农业是支 撑人类社会的基础，因此土壤N循环是人类智慧 圈的重要基础。
❖由于人口不断增加，人类大量使用有机肥以提高 农作物产量，其中包括N肥的使用。但N肥的利 用效率低，造成土壤N素失散严重，并因此引起 一系列环境问题。
土壤N循环与各圈层的 联系
人类圈
水圈
大气圈
土壤圈
生物圈
岩石圈
与大气圈的联系 （土壤空气）
大气圈的N素以闪电转化成NH3后进一步变成硝酸 根和蓝藻的固氮作用进入土壤N循环
土壤中的N经过反硝化作用和矿化作用以NO2、 NH3、NO等进入大气，以维持大气中N的平衡
氮氧化物是温室气体之一，同时也在某些地区形成 危害人类健康的光化学烟雾。
❖ 土壤氮素通过地表径流或者土壤侵蚀向水圈失散， 会引发一系列的生态环境问题。
❖ 向大气圈失散一是通过氨的挥发，二是土壤中的 反硝化过程。借助于反硝化作用，全球的产氮量 是83×106吨，比固氮量少了9×106吨，而所 剩余的这些未失散的氮是造成水生生态系统污染 的主要因素。

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N在生理过程中的作 用主要有：叶绿素的 组成成分之一、氨基 酸和蛋白质合成的基 本组成元素、碳水化 合物利用的媒介、酵 霉素的组成成分、刺 激根的生长和活动、 有助于其他营养物的 吸收.

4.生物归还
有机肥
归还方式
动植物 残体
❖ 在生物的新陈代谢的过程 中，生物也不断的将生命 体内的富集的C、N、P、 S、Cl、Ca归还土壤。由 于生物从较大空间范围选
择性的吸收营养元素，而
归还土壤的残体或代谢产
物则集中于土壤表层，从
而使土壤中的营养元素得
土壤生物 到不断的富集，促进了土 代谢产物 壤肥力的不断提高。
❖ 据统计，在全球陆地地表 每年大约有550×108 吨的有机物归还于土壤。

5.氮素失散
❖ 土壤氮素失散过程主要是指土壤氮素向水圈的失 散和向大气圈的失散。
有机态氮
矿化过程(活化) ——————————→ ←——————————
同化过程(固定)
土壤
无机态氮
水分适中、有机质丰 富、通气良好
↓
氮素矿化过程占优势
嫌气条件下
↓有机氮素或硝态氮转化
氮素矿化过程较弱

2.氮素存留与转化
❖ 土壤微生物分解有机态氮而释放为无机态氮素的 过程称为氮素的矿化过程（活化），相反则为同 化过程（固定）。
太湖蓝藻酸雨的危害土壤n循环在全球n循环中的地位与作用土壤n循环起着联系个圈层n循环的作用是一个重要的中枢环节土壤n循环与各圈层的联系大气圈人类圈水圈生物圈土壤圈岩石圈与大气圈的联系土壤空气大气圈的n素以闪电转化成nh3后进一步变成硝酸根和蓝藻的固氮作用进入土壤n循环土壤中的n经过反硝化作用和矿化作用以no2nh3no等进入大气以维持大气中n的平衡氮氧化物是温室气体之一同时也在某些地区形成危害人类健康的光化学烟雾