氮循环

氮循环

氮以多种形式存在地球环境中，这些形式的转化过程构成氮的循环(图)。N2在空气中的数量最大，占空气的78%。不过高等植物不利用N2，而只能同化固定状态的氮化物(如硝酸盐和铵盐等)。将N2还原为NH4+或氧化成硝酸盐(NO3-)的过程叫固氮作用(nitrogen fixation)。工业上在高温高压下，将N2和H2合成NH3。每年以工业方法固定的氮约2.5×107吨，而自然界同样可以固定氮，每年全球达108多吨，为工业固氮的四倍。自然界中的固氮作用10%通过闪电或火山活动、工业燃烧、森林火灾等完成，90%通过微生物完成。某些微生物把空气中的游离氮固定转化为含氮化合物的过程，称为生物固氮作用(biological nitrogen fixation)。植物吸收铵盐或硝酸盐后将它们转变为许多含氮有机物(主要是蛋白质)。动植物和微生物的残骸及粪便是土壤中氮素的主要来源。不过，植物并不能直接利用这些占土壤含氮量90%的含氮有机物。土壤中含有少量的各种氨基酸。它们来源于某些微生物的腐败或植物根的分泌。植物根可以吸收这些氨基酸。土壤有机氮通过土壤微生物的氨化作用(ammonification)转化成NH4+。氨又可以通过细菌的硝化作用(nitrification)氧化成硝酸盐(NO3-)。NH4+和NO3-都可以被植物根系吸收和利用。土壤中的硝酸盐可以由某些嫌气细菌的反硝化作用(denitrification)转化成N2而从土壤中逸出。图中概括了氮循环的基本过程。

陈润政，植物生理学，中山大学出版社