归纳陆地生态系统氮循环.ppt
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液的净积累。
土壤溶液是土壤中水分及所含溶质的总称, 是土壤的液相部分,主要包括无机离子、有机离 子和聚合离子以及他们的盐类。 • 铵的产生:矿化作用、反硝化作用 • 微生物通过矿化作用将DON中的氮变为NH4+ ,微 生物维持自身生长需要消耗氮,所以关于微生物 对NH4+ 的吸收和释放存在着一定的机制。
氨化作用的控制因素
演示课件
微生物生物量的 C :N
• 微生物生物量的C:N约为10:1. • 微生物分解有机物时,底物中约40%的碳转化为
微生物的生物量,并通过呼吸作用将另外60%的 碳以CO2的形式返回大气。 • 在这种40%生长效率的情况下,微生物需要的C:N 约为25:1。 • 25:1常被认为临界C:N。高于这个值,为氮限制, 没有净氮释放;低于这个值,则为碳限制。 • 实际上,微生物生长过程中, C:N总是变化的—— 细菌为5~10,真菌为8~15。
含硝基类(亚硝酸盐 硝酸盐) 硝
化
细
菌 异养型 —— 从有机质中获得能量进行硝化作用
使用硝化作用产 生的能量固定 CO2,从而获得 碳
演示课件
硝化作用的控制因素
演示课件
由上图可知: 1、 NH4+ 的可利用性是决定硝化作用速率最重
要的直接因素。 肥料输入和铵沉降是铵输入到许多生态系统的
额外来源。 2、氧是控制硝化作用的另一重要因素,因为大
演示课件
土壤反硝化作用的主要控制因素
演示课件
• 火灾也会造成大量气态氮的丧失
• 氮素气体在大气中的角色 NH3 => NH4+ 与空气中的酸(硫酸)发生反
应,中和空气酸度。 生对N流O层X可光作化为学C烟O+雾O2的=>重O3要的成催分化。剂,而O3是产
N20活性较低,在大气中具有150年的“寿 命”,同时也是温室气体,对红外线的吸收, 是CO2的200倍。
演示课件
铵的归宿
• 1、被植物或微生物吸收 • 2、吸附到土壤矿物和带负电的有机体表面 • 3、固定到某些铝-硅酸盐黏土或络合到稳定
土壤有机质中(很难利用) • 4、挥发出氨气 • 5、硝化作用
演示课件
硝酸盐的产生和归宿
• 硝酸盐的产生:硝化作用
演示课件
硝化作用
自养型
含亚硝基类(铵 亚硝酸盐)
演示课件
氮以溶液形式的丧失(淋溶)
• 大多数生态系统中,以溶液形式丧失的氮 主要是硝酸盐和溶解有机氮。
• 硝酸盐淋溶的上升是氮饱和的特征之一。
演示课件
森林对阻止土壤中氮等营养物质流失的作用
无植被期,营 养物质大量流失。
随着植被逐渐 恢复,营养物质的流 失也得到了逐步缓解, 并最终基本达到初始 水平。
多数硝化细菌需要有氧才能氧化NH4+ 。
演示课件
• 不同生态系统间矿化作用中氧化成硝酸盐 部分的比例变化很大。
演示课件
硝酸盐的归宿
• 1、植物和微生物的吸收 • 2、与土壤中阴离子交换点位发生交换 • 3、反硝化作用 • 4、通过淋溶丧失
演示课件
氮的时空变异性
• 在精细尺度上的生态控制会导致氮循环的 巨大时间和空间变异性。
演示课件
• 硝酸盐进入地下水,被还原会形成亚硝酸 盐,人和动物饮用后,会减弱体内血红蛋 白运输氧的能力,导致贫血。
• 大量的硝酸盐进入河流,会增加河流的生 产力和碎屑累积,同时分解作用又导致氧 气浓度下降,会大量杀死鱼虾。
• 氮的侵蚀丧失——氮素丧失的自然 途径
• 在那些不稳定的边坡和暴露于大风中的区 域尤为明显。
• 产生机理前面DON定义时有介绍。 尿素经尿素酶作用生成氨气和二氧化碳。
• 归宿: 1、被微生物吸收利用
2、微生物矿化作用(DON => NH4+ )
3、吸附到土壤交换复合体 4、淋溶进入地下水
演示课件
铵的产生和归宿
• 总矿化作用:通过矿化作用释放的氮总量。 • 净矿化作用:在特定时间内,无机氮进入土壤溶
演示课件
铵化作用过程
• 通过微生物的铵是净吸收(净固持作用) 还是净释放(净矿化作用)取决于碳的状 态。
• 当微生物生长是碳限制时,微生物主要利 用DON中的碳,同时释放铵,即发生净矿化 作用。
• 当微生物生长是氮限制时,微生物则主要 利用DON中的氮,就没有了铵的释放,即发 生净固持作用。
演示课件
氮的系统内循环
• 矿化作用概况 • 溶解有机氮的产生和归宿 • 铵的产生和归宿 • 硝酸盐的产生和归宿
演示课件
矿化作用概况
在自然生态系统中,大部分(>99%)土壤氮来源于植 物、动物和微生物死的有机体。
溶解有机氮(DON):微生物分解死的有机物时,在胞外酶的作用下释放出来 的氮。
死有机体中的大部分氮分配在复杂聚合体(如蛋白质、核酸)中的,但是 他们太大而不能穿过微生物膜,因此微生物必须分泌胞外酶(蛋白酶等)去裂 解聚合体变成小的水溶性的亚单位(如氨基酸和核酸)才能被微生物细胞吸收。 固持作用:无机氮(NH4+ 或NO3-)被微生物吸收和化学固定的过程。 氮素矿化作用:微生物裂解DON,同时释放NH4+ 到土壤的过程。
也称氮素铵化作用,铵是直接产物。 硝化作用:从铵到硝酸盐的转化过程。 反硝化作用:从硝酸盐到铵的转化过程。
演示课件
陆地氮循环简化示意图
演示课件
溶解有机氮的产生和归宿
• 从不溶解的有机氮到溶解的有机氮(DON)的转化是 氮素矿化作用最初的一步,也通常是限速步骤。 因为所有的有机氮在它能被微生物吸收和矿化前 ,首先必须变成溶解态的。所以就生态系统的氮 通量而言,通过DON的氮通量应该是很大的。
• 氮素矿化作用的季节性一般与植物氮吸收 的季节性不一致。 植物处于休眠季,土壤中的微生物能继 续矿化氮,为植物活动准备有效氮。
演示课件
氮损失的途径
• 以气体形式丧失 • 以溶液形式丧失 • 侵蚀丧失
演示课件
氮以气体形式的丧失
• 主要途径:氮挥发、硝化作用和反硝化作用
• 氨气能从土壤和叶片中散发。 农田使用的铵肥和尿素一般会有20%~30%
的氮以氨气形式丧失。
• 硝化作用中,会产生NFra Baidu bibliotek和N2O等副产品,他 们占得比率为10%~20%。
演示课件
反硝化作用
• 反硝化作用需要三个条件: 低氧、高硝酸盐浓度和可以用的有机碳
NO3- 还原的序列为: NO3- ==> NO2- ==>NO==>N2O ==>N2
最后三个产物,会以气体形式释放到大气中
土壤溶液是土壤中水分及所含溶质的总称, 是土壤的液相部分,主要包括无机离子、有机离 子和聚合离子以及他们的盐类。 • 铵的产生:矿化作用、反硝化作用 • 微生物通过矿化作用将DON中的氮变为NH4+ ,微 生物维持自身生长需要消耗氮,所以关于微生物 对NH4+ 的吸收和释放存在着一定的机制。
氨化作用的控制因素
演示课件
微生物生物量的 C :N
• 微生物生物量的C:N约为10:1. • 微生物分解有机物时,底物中约40%的碳转化为
微生物的生物量,并通过呼吸作用将另外60%的 碳以CO2的形式返回大气。 • 在这种40%生长效率的情况下,微生物需要的C:N 约为25:1。 • 25:1常被认为临界C:N。高于这个值,为氮限制, 没有净氮释放;低于这个值,则为碳限制。 • 实际上,微生物生长过程中, C:N总是变化的—— 细菌为5~10,真菌为8~15。
含硝基类(亚硝酸盐 硝酸盐) 硝
化
细
菌 异养型 —— 从有机质中获得能量进行硝化作用
使用硝化作用产 生的能量固定 CO2,从而获得 碳
演示课件
硝化作用的控制因素
演示课件
由上图可知: 1、 NH4+ 的可利用性是决定硝化作用速率最重
要的直接因素。 肥料输入和铵沉降是铵输入到许多生态系统的
额外来源。 2、氧是控制硝化作用的另一重要因素,因为大
演示课件
土壤反硝化作用的主要控制因素
演示课件
• 火灾也会造成大量气态氮的丧失
• 氮素气体在大气中的角色 NH3 => NH4+ 与空气中的酸(硫酸)发生反
应,中和空气酸度。 生对N流O层X可光作化为学C烟O+雾O2的=>重O3要的成催分化。剂,而O3是产
N20活性较低,在大气中具有150年的“寿 命”,同时也是温室气体,对红外线的吸收, 是CO2的200倍。
演示课件
铵的归宿
• 1、被植物或微生物吸收 • 2、吸附到土壤矿物和带负电的有机体表面 • 3、固定到某些铝-硅酸盐黏土或络合到稳定
土壤有机质中(很难利用) • 4、挥发出氨气 • 5、硝化作用
演示课件
硝酸盐的产生和归宿
• 硝酸盐的产生:硝化作用
演示课件
硝化作用
自养型
含亚硝基类(铵 亚硝酸盐)
演示课件
氮以溶液形式的丧失(淋溶)
• 大多数生态系统中,以溶液形式丧失的氮 主要是硝酸盐和溶解有机氮。
• 硝酸盐淋溶的上升是氮饱和的特征之一。
演示课件
森林对阻止土壤中氮等营养物质流失的作用
无植被期,营 养物质大量流失。
随着植被逐渐 恢复,营养物质的流 失也得到了逐步缓解, 并最终基本达到初始 水平。
多数硝化细菌需要有氧才能氧化NH4+ 。
演示课件
• 不同生态系统间矿化作用中氧化成硝酸盐 部分的比例变化很大。
演示课件
硝酸盐的归宿
• 1、植物和微生物的吸收 • 2、与土壤中阴离子交换点位发生交换 • 3、反硝化作用 • 4、通过淋溶丧失
演示课件
氮的时空变异性
• 在精细尺度上的生态控制会导致氮循环的 巨大时间和空间变异性。
演示课件
• 硝酸盐进入地下水,被还原会形成亚硝酸 盐,人和动物饮用后,会减弱体内血红蛋 白运输氧的能力,导致贫血。
• 大量的硝酸盐进入河流,会增加河流的生 产力和碎屑累积,同时分解作用又导致氧 气浓度下降,会大量杀死鱼虾。
• 氮的侵蚀丧失——氮素丧失的自然 途径
• 在那些不稳定的边坡和暴露于大风中的区 域尤为明显。
• 产生机理前面DON定义时有介绍。 尿素经尿素酶作用生成氨气和二氧化碳。
• 归宿: 1、被微生物吸收利用
2、微生物矿化作用(DON => NH4+ )
3、吸附到土壤交换复合体 4、淋溶进入地下水
演示课件
铵的产生和归宿
• 总矿化作用:通过矿化作用释放的氮总量。 • 净矿化作用:在特定时间内,无机氮进入土壤溶
演示课件
铵化作用过程
• 通过微生物的铵是净吸收(净固持作用) 还是净释放(净矿化作用)取决于碳的状 态。
• 当微生物生长是碳限制时,微生物主要利 用DON中的碳,同时释放铵,即发生净矿化 作用。
• 当微生物生长是氮限制时,微生物则主要 利用DON中的氮,就没有了铵的释放,即发 生净固持作用。
演示课件
氮的系统内循环
• 矿化作用概况 • 溶解有机氮的产生和归宿 • 铵的产生和归宿 • 硝酸盐的产生和归宿
演示课件
矿化作用概况
在自然生态系统中,大部分(>99%)土壤氮来源于植 物、动物和微生物死的有机体。
溶解有机氮(DON):微生物分解死的有机物时,在胞外酶的作用下释放出来 的氮。
死有机体中的大部分氮分配在复杂聚合体(如蛋白质、核酸)中的,但是 他们太大而不能穿过微生物膜,因此微生物必须分泌胞外酶(蛋白酶等)去裂 解聚合体变成小的水溶性的亚单位(如氨基酸和核酸)才能被微生物细胞吸收。 固持作用:无机氮(NH4+ 或NO3-)被微生物吸收和化学固定的过程。 氮素矿化作用:微生物裂解DON,同时释放NH4+ 到土壤的过程。
也称氮素铵化作用,铵是直接产物。 硝化作用:从铵到硝酸盐的转化过程。 反硝化作用:从硝酸盐到铵的转化过程。
演示课件
陆地氮循环简化示意图
演示课件
溶解有机氮的产生和归宿
• 从不溶解的有机氮到溶解的有机氮(DON)的转化是 氮素矿化作用最初的一步,也通常是限速步骤。 因为所有的有机氮在它能被微生物吸收和矿化前 ,首先必须变成溶解态的。所以就生态系统的氮 通量而言,通过DON的氮通量应该是很大的。
• 氮素矿化作用的季节性一般与植物氮吸收 的季节性不一致。 植物处于休眠季,土壤中的微生物能继 续矿化氮,为植物活动准备有效氮。
演示课件
氮损失的途径
• 以气体形式丧失 • 以溶液形式丧失 • 侵蚀丧失
演示课件
氮以气体形式的丧失
• 主要途径:氮挥发、硝化作用和反硝化作用
• 氨气能从土壤和叶片中散发。 农田使用的铵肥和尿素一般会有20%~30%
的氮以氨气形式丧失。
• 硝化作用中,会产生NFra Baidu bibliotek和N2O等副产品,他 们占得比率为10%~20%。
演示课件
反硝化作用
• 反硝化作用需要三个条件: 低氧、高硝酸盐浓度和可以用的有机碳
NO3- 还原的序列为: NO3- ==> NO2- ==>NO==>N2O ==>N2
最后三个产物,会以气体形式释放到大气中