N-cycle 氮循环
氮循环公式
氮循环公式氮循环是一种生物圈的重要环路，它有助于维持生物群体的平衡，同时也是人类在地球自然环境中生存的基础。
因此，了解氮循环公式非常重要。
氮循环公式是一组化学方程，用来描述氮在地球上的各种过程，包括进入大气、土壤和植物、在植物和动物之间流动以及排放回大气等。
掌握氮循环公式有助于科学家和研究人员更好地理解氮在自然界的作用和流动方式，以及氮的重要性。
氮循环公式概括了氮在大气、土壤和生物界中的流动和转化。
在大气中，氮气（N2）主要来自天然气源，或者由人类从大气中排放。
大气中的氮气通过氮化反应（N2 + 3H22NH3）转化为氨（NH3），或者被微生物分解成硝酸根。
硝酸根（NO3 -）可以通过土壤进入植物，在植物中进行光合作用，形成氮元素，从而可以通过植物的乳汁和叶片流入动物体内，形成有机的氮形式。
有机的氮又可以通过动物的排泄物和死亡流入土壤，在土壤中可以分解成氨和硝酸根，最终又回到大气中，从而完成氮循环。
氮循环公式将大气、土壤和生物界的氮过程归纳为复杂的化学方程，公式如下：1.气中的氮气（N2）到植物和动物体内：大气中N2 + 三价氢气（H2）→二价氨气（NH3）+能2.物和动物体内的氮元素：二价氨气（NH3）+气（O2）→有机氮（N）+能3.物和动物体外的氮元素：有机氮（N）+壤中的硝酸根（NO3-）→氨气（NH3）+氧气（O2） 4.到大气中的氮气：氨气（NH3）+能→N2 + H2O氮循环公式对科学家而言是一份重要的工具，帮助更深入地理解氮循环中发生的各种过程，有助于科研和保护大气环境的实践。
此外，氮循环公式的理解也有助于我们更好地保护我们的海洋和河流、森林、草原及其他生物多样性，也有助于科学家们更好地了解氮的对抗性和搬运能力，以及氮的生物效应，最终促进生态平衡。
总之，氮循环公式是一组复杂的关于氮的科学方程，它概括了氮在大气、土壤和生物界中的流动和转化过程。
了解氮循环公式，有助于科学家和研究人员更好地理解氮在自然界的作用和流动方式，以及氮的重要性，从而促进生态平衡。
氮循环 PPT课件
对策: 合理施肥 （有机肥与无机肥联合使用） 减少汽车尾气的排放 （节能车，低碳环保）
(2)NO3根与有机化合物的反应 NO3由下面的反应生成： NO2+03一N03+02 N03+RH—HN03+R (3)N205与水的反应 N205是上述NO3和NO2按下面的再结合反 应生成： N03+NO2 =N205 N20 也称为硝酸的无水物，加水即分解成 硝酸： N205+H20—2HN03
人为因素对大气NO 排放的影响是很大的，其后果 是导致严重的酸沉降；而土壤作为酸沉降的汇， 这种影响便导致或加重了土壤的酸化作用
施用化肥导致土壤酸化的机制是很复杂的，其中 最为重要的反应是NH4 的硝化
化石燃料的大量燃烧而导致的酸雨以及人 工固N而导致的化肥的大量使用，对N的自 然循环产生了严重干扰，进入生态系统的N 素超过了植物所需，使H 的循环严重脱节 而使土壤酸化。
（好养，产能，自养需氧型）
1.5反硝化作用
（反硝化作用维持了氮循环的平衡，其损失 的氮因固氮过程增加的氮而得到平衡，同时 提高了水的饮用性）
人为因素
（1）化石燃料燃烧产生的NOx 导致 酸沉降 （2）化肥的大量施用等N循环的人 为扰动对H的转化产生很大影响
人为活动对氮循环的影响
氮氧化物(NOx)在大气中生成硝酸的反应主要 有以下3条途径： (1)与OH的反应 OH引起硝酸反应，是由于OH根对NO2的附加反 应：NO2+OH+M— HN03+M
人为干扰对氮循环和 土壤酸化的影响
1.氮循环的环节
1.1固氮作用：
生物固氮、工业固氮、高能固氮
1.2氮同化作用
生产者对氮的吸收和利用 消费者对氮的摄取和利用
Marine_N-cycle_海洋氮循环
DNRA
异养反硝化
硝酸异化还原成铵
厌氧氨氧化菌是革兰氏阴性椭球状 自养菌，专性厌氧。
NO2-
NH4+
Anammox
N2
Two oceans, two nitrogen cycles
Maren Voss,et al. Nature (2009)
1.Anammox; 2.remineralization再矿化; 3.nitrate reduction硝酸盐还原; 4. heterotrophic denitrification异养反硝化; 5. DNRA. PON, particulate organic nitrogen
C106H175O42N16P +104NO3- → 106CO2 +60N2 +H3PO4 +138H2O
NH4 + + NO2 － N2 + 2H2O
Anammox
• Substrates 基质的提供
• Anammox bacteria 厌氧氨氧化菌
Heterotrophic denitrification
海洋固氮生物： 蓝细菌类、光合细菌类、异养细菌类
开阔大洋最主要的固氮生物：束毛藻N2
固定的新生氮源主要通过以下途径进入生态系统的生产力组成:
① 固氮生物体 → 分泌、死亡分解产生有机氮 细菌分解转化 可溶性无机氮 → 被其它 植物吸收，产生初级生产力
② 固氮生物体 → 分泌、死亡分解产生有机氮 细菌直接利用 微生物自身生物量 → 微型 食植动物 → 后生动物，进入食物网
The N2-output pathways:1 and 4
Maren Voss and Joseph P. Montoya,nature,(2009)
自然界中的氮循环
这两个过程通常在不同的环境和条件下进行，但也有可能在同一环境 中同时进行。
05
氮循环的影响因素
气候变化对氮循环的影响
气温升高
气温升高会导致土壤中氮的挥发和流失增加，影响氮 的固定和转化。
降水变化
降水量的增加或减少会影响土壤中氮的吸收和释放， 从而影响氮循环。
气形式存在。
氮循环涉及一系列生物和化学过程，包括固氮、硝化、反硝化
03
等，对维持地球生态平衡和生物多样性具有重要意义。
氮循环的环节
01
固氮
将空气中的游离态氮转化为含氮 化合物的过程，主要通过生物固 氮和工业固氮两种方式进行。
03
反硝化
将硝酸盐还原为氮气，释放到大 气中的过程，是氮循环中重要的
脱氮过程。
促进生物多样性
氮循环过程中涉及多种微生物和植物的共生关系，促进了生物多样 性的发展。
减缓全球气候变化
通过固氮作用，将大气中的氮气转化为含氮化合物，有助于减缓全球 气候变化。
02
氮的固定
自然固氮
生物固氮
通过微生物的作用，将大气中的氮气 转化为氨的过程，是自然固氮的主要 方式。
高温高压固氮
在高温高压条件下，地壳中的岩石和 矿物能够将大气中的氮气转化为氮化 合物。
反硝化作用通常发生在缺氧或 厌氧环境中，如土壤、水体等 。
反硝化作用是自然界氮循环的 另一个重要环节，能够将化合 态的氮转化为气态的氮，释放 到大气中。
硝化与反硝化的关系
01 02 03 04
硝化作用和反硝化作用是自然界氮循环的两个相互联系的环节，它们 共同维持着氮的循环和平衡。
硝化作用将氨氧化成硝酸盐，为反硝化作用提供了所需的硝酸盐。
N循环(氮循环)
海洋之所以能消化所有生物的排泄物，将污水转化为净水，全靠海洋中居住着数量有如恒河沙数般多的益菌，它们吃掉这些溶入水中的污物，将毒素变为无害于生物的物质。
而在鱼缸内，我们就是要模仿这种生态系统，也是各位新手常听到的N-Cycle(氮循环)。
Nitrogen Cycle (N-Cycle) 氮循环究竟是怎样进行的呢? 除了氧、二氧化炭等为人所熟悉的气休外，其中一种叫做氮(Nitrogen, 以后称简称化学名N2)。
而鱼儿的排泄物会在水中产生有机氮(Organic N2)。
Organic N2会在水中变成阿蒙尼亚(以后简称化学名NH4)。
NH4对生物来说是致命的毒素，幸好NH4水中较容易转化成亚硝酸盐(以后以后简称化学名NO2)，同时靠着水中的硝化细菌也能够将之变为NO2。
但是，NO2本身对生物来说也是一种剧毒，稍高的NO2浓度也能轻易杀死生物。
而水中的好氧菌(其中一种硝化细菌)在氧气充足的环境下就能硝化NO2并将之变成硝酸盐(以后简称化学名NO3)。
NO3对鱼儿来说并非O致命的毒素，因此鱼儿能忍受NO3浓度较高的环境，但是对珊瑚等软体生物来说却是致命物质，稍高浓度的NO3值也使珊瑚不再"开花"，继而死亡。
而在海中，厌氧菌(其中一种硝化细菌)就能硝化NO3并将之变回N2，无害的氮；同时，海中的藻类和苔类植物也视NO3为养份而消化掉并排出Organic N2。
硝化细菌的生存、繁殖条件?在N-Cycle中，硝化细菌扮演着主要的角色，而我们就是要了解好氧菌和厌氧菌这两种硝化细菌的生存绦件。
好氧菌，释如其名，它是一种"喜欢"氧气的细菌，在"呼吸"氧气的环境下，它可以"吃掉"NH4及NO2，化为生存的能量，最后"排出"NO3。
所以，即使有大量NH4或NO2，但是在没有氧气的环境下，好氧菌会"窒息"，并不能存活；同样，虽然有大量氧气提供，却没有NH4或NO2等"食物"，好氧菌也不能生存。
氮循环驱动机理
氮循环驱动机理氮循环是指自然界中氮元素在不同形式之间的转化过程。
氮是生命中不可或缺的元素，它是蛋白质、核酸和维生素等重要有机分子的组成部分。
然而，大气中的氮气（N2）对绝大部分生物来说是不可利用的，因为氮气的三键非常稳定，难以被生物直接利用。
因此，氮循环是维持生物系统正常运作所必需的。
氮循环驱动机理主要包括氮固定、氨化、硝化、反硝化和脱氮等过程。
首先，氮固定是指将大气中的氮气固定成可供生物利用的形式。
这一过程可以通过两种途径进行：非生物固氮和生物固氮。
非生物固氮是指在高温高压下，人工合成氨肥。
而生物固氮则是指通过生物体的作用将氮气转化为氨（NH3）或氮化合物，包括植物的根部和一些细菌的作用。
这些细菌中的一类细菌，称为固氮细菌，可以将氮气转化成氨，以便植物吸收利用。
接下来，氨化是将氮固定后的氨转化为一价阳离子氮态。
氨化的过程主要发生在土壤中，一些细菌通过氧化还原反应将氨氧化成亚氨（NH2-）或氨根离子（NH4+）。
这一过程既可以供给植物的氮源，也可以保持土壤中的氮素平衡。
第三个过程是硝化，是将氨氧化成亚硝酸盐（NO2-）和硝酸盐（NO3-）。
硝化过程一般由两种细菌完成，一种是氨氧化细菌，它将氨氧化成亚硝酸盐；另一种是亚硝酸氧化细菌，它将亚硝酸盐氧化成硝酸盐。
硝酸盐是植物能直接吸收和利用的形式，因此硝化是提供植物氮源的重要环节。
反硝化是将硝酸盐还原成氮气的过程。
在缺氧的条件下，一些细菌可以利用硝酸盐作为电子受体进行呼吸代谢，产生一氧化氮（NO）、亚氮酸盐（NO2-）和氮气（N2）。
这一过程不仅有助于氮的循环回归大气中，也减少了土壤中过多的硝酸盐对生态环境和水体的污染。
最后一个过程是脱氮，直接将氮气释放到大气中。
脱氮过程主要发生在湖泊、河流和海洋等水体中。
当水体中的氮含量过高时，一些细菌通过呼吸代谢将氮气释放到大气中，以维持水体中氮的平衡。
综上所述，氮循环驱动机理是一系列复杂的化学和生物转化过程，通过这些过程，氮元素在大气、土壤和水体之间转化，为生物体提供所需的氮源。
氮循环的时间尺度
定义
• 什么是氮循环？
氮在自然界中的循环转化过程。是生物圈 内基本的物质循环之一。如大气中的氮经 微生物等作用而进入土壤，为动植物所利 用，最终又在微生物的参与下返回大气中， 如此反覆循环，以至无穷。 氮循环(Nitrogen Cycle)是描述自然界中氮 单质和含氮化合物之间相互转换过程的生 态系统的物质循环。
–最主要的N2还原为氨态氮的途径：固氮菌固氮 –氨态氮被生物转化为有机氮：同化 –氨态氮氧化成硝态氮：硝化 –有机氮分解为氨态氮：氨化 –硝态氮还原为气态氮：反硝化
• 氮的生物地球化学循环主要由微生物驱动，除 固氮作用，硝化作用，反硝化作用和氨化作用 外，近年还发现厌氧氨氧化是微生物参与氮循 环的一个重要过程。
氮循环的示意图
氮的生物地球化学循环
• 人类活动干预的
局地循环为主， 但影响全球环境 的氮循环 • 人类活动改变氮 循环原理： • 农业施肥 • 工业排放引起 的的大气氮沉 降
氮循环：氧化和还原途径众多
• • • • • 大气是最大的氮库： 79% N2 岩石和沉积中很少 海洋中缺乏 人类活动包括：合成氨和化肥施用 生物学传输机制
全球氮水库、周转时间
研究发现地球的生物地球化学循环正在变得不同步!
• 如何减少人类活动对氮循环的影响？ • 主要 1.推动地球和生物界的发展和进化 2. 为地球上一切生命提供能源 3.参与土壤形成，并为一切生物准备栖息的场所 4.促进自然界的物质循环 要报证反硝化细菌的繁殖和生长，他们是自然界氮循环的关键一环！ 农肥的使用使空气中N增加，放牧也对自然界的N成分的含量有影 响，因为畜生的粪便释放含N气体。还有动植物的尸体腐烂时也会产 生含N气体。工厂排放的废烟废气对自然界中的N成分的影响越来越大 了。所以我们应该注意这些活动的影响使自然界和人类和谐共处。
氮循环的主要过程
氮循环(Nitrogen Cycle)是描述自然界中氮单质和含氮化合物之间相互转换过程的生态系统的物质循环.氮在自然界中的循环转化过程.是生物圈内基本的物质循环之一.如大气中的氮经微生物等作用而进入土壤,为动植物所利用,最终又在微生物的参与下返回大气中,如此反覆循环,以至无穷.空气中含有大约78%的氮气,占有绝大部分的氮元素.氮是许多生物过程的基本元素；它存在于所有组成蛋白质的氨基酸中,是构成诸如DNA等的核酸的四种基本元素之一.在植物中,大量的氮素被用于制造可进行光合作用供植物生长的叶绿素分子.加工,或者固定,是将气态的游离态氮转变为可被有机体吸收的化合态氮的必经过程.一部分氮素由闪电所固定,同时绝大部分的氮素被非共生或共生的固氮细菌所固定.这些细菌拥有可促进氮气和氢化和成为氨的固氮酶,生成的氨再被这种细菌通过一系列的转化以形成自身组织的一部分.某一些固氮细菌,例如根瘤菌,寄生在豆科植物（例如豌豆或蚕豆）的根瘤中.这些细菌和植物建立了一种互利共生的关系,为植物生产氨以换取糖类.因此可通过栽种豆科植物使氮素贫瘠的土地变得肥沃.还有一些其它的植物可供建立这种共生关系.其它植物利用根系从土壤中吸收硝酸根离子或铵离子以获取氮素.动物体内的所有氮素则均由在食物链中进食植物所获得.氨氨来源于腐生生物对死亡动植物器官的分解,被用作制造铵离子(NH4+).在富含氧气的土壤中,这些离子将会首先被亚硝化细菌转化为亚硝酸根离子(NO2-),然后被消化细菌转化为硝酸根离子(NO3-).铵的两步转化过程被叫做氨化作用.铵对于鱼类来说有剧毒,因此必须对废水处理植物排放到水中的铵的浓度进行严密的监控.为避免鱼类死亡的损失,应在排放前对水中的铵进行硝化处理,在陆地上为硝化细菌通风提供氧气进行硝化作用成为一个充满吸引力的解决办法.铵离子很容易被固定在土壤尤其是腐殖质和粘土中.而硝酸根离子和亚硝酸根离子则因它们自身的负电性而更不容易被固定在正离子的交换点（主要是腐殖质）多于负离子的土壤中.在雨后或灌溉后,流失（可溶性离子譬如硝酸根和亚硝酸根的移动)到地下水的情况经常会发生.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.虽然不像铵一样对鱼类有毒,硝酸盐可通过富营养作用间接影响鱼类的生存.氮素已经导致了一些水体的富营养化问题.从2006年起,在英国和美国使用氮肥将受到更严厉的限制,磷肥的使用也将受到了同样的限制.这些措施被普遍认为是为了治理恢复被富营养化的水体而采取的.在无氧（低氧）条件下,厌氧细菌的“反硝化作用”将会发生.最终将硝酸中氮的成分还原成氮气归还到大气中去.氮气(N2)的转化有三种将游离态的N2（大气中的氮气）转化为化合态氮的方法：生物固定–一些共生细菌（主要与豆科植物共生）和一些非共生细菌能进行固氮作用并以有机氮的形式吸收.工业固氮–在哈伯-博施法中,N2与氢气被化合生成氨(NH3)肥.化石燃料燃烧–主要由交通工具的引擎和热电站以NOx的形式产生.另外,闪电亦可使N2和O2化合形成NO,是大气化学的一个重要过程,但对陆地和水域的氮含量影响不大.由于豆科植物（特别是大豆、紫苜蓿和苜蓿）的广泛栽种、使用哈伯-博施法生产化学肥料以及交通工具和热电站释放的含氮污染成分,人类使得每年进入生物利用形态的氮素提高了不止一倍.这所导致的富营养作用已经对湿地生态系统产生了破坏.。
氮循环(Nitrogen Cycle)
氮循环（Nitrogen Cycle）氮是自然界中的丰富元素，主要以氮气(N2)的形式存在于大气中，以有机氮的形式存在于沉积物中，以溶解氮的形式存在于海水中。
这三种氮的量的变动都很小。
其他形态的氮则不停地进行着复杂的流动和交换，而且受人类活动的强烈影响。
自然界中氮的分布和氮的流动交换情况见表1和表2。
氮气占大气总体积的78％以上。
氮在大气中主要以氮的分子态存在,还以氨（NH3）、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)等氮的化合态的形式存在。
这些化合态的氮在云、气溶胶粒子、雨滴中转化为铵(NH嬃)和硝酸根(NO婣)，随降水降落地面。
大气中的N2和 O2可在雷电作用下反应生成NO婣。
土壤和水体中某些细菌和微生物也可吸取大气中的氮，并把它和氢结合成为氨。
这样生成的氨以及大气中降落的铵类化合物在微生物的硝化作用下，最终变为硝酸盐。
硝酸盐很容易被植物根系吸收，在植物体内合成多种有机化合物如蛋白质。
然后通过食物链的传递成为动物体的蛋白质。
动、植物死亡后，残体被微生物分解，氮又以氨的形式回到土壤和水体中。
动物排出的粪便含尿素和氨，尿素也可被微生物转变为氨。
土壤中的硝酸盐在微生物的反硝化作用下还原为氮和氧化亚氮 (N2O)而逸入大气中。
氨也可由于挥发而进入大气。
土壤中的硝酸盐和氨极易溶于水，所以很容易随地表径流和地下水排入水体中。
人类活动的干预：指人为的固氮作用，即化学氮肥的生产和应用，大规模种植豆科植物等有生物固氮能力的作物,以及燃烧矿物燃料生成NO和NO2。
人为的固氮量是很大的，估计约占全球年总固氮量的20～30％。
随着世界人口的增多，这一比例将会继续上升。
农田大量施用氮肥,使排入大气的N2O不断增多。
在没有人为干预的自然条件下，反硝化作用产生并排入大气的N2和N2O,与生物固氮作用吸收的N2和平流层中被破坏的N2O是相平衡的。
N2O是一种惰性气体,在大气中可存留数年之久。
它进入平流层大气中以后，会消耗其中的臭氧，从而增加到达地面的紫外线辐射量。
氮循环_精品文档
氮循环氮循环是自然界中重要的生物化学循环之一，主要涉及氮在大气、土壤、水体和生物体之间的转化过程。
氮是构成生物体的基本成分之一，对维持生物体的生长和繁殖起着重要的作用。
尽管氮在地球上的存在量是相对丰富的，但氮的利用和转化并不容易，因为大气中的氮气（N2）对大多数生物体是不可利用的。
氮的循环过程可以分为氮固定、氮硝化、氮还原和氮脱氧四个主要环节。
首先是氮固定的过程。
氮固定是指将大气中的氮气转化为可供生物利用的形式，主要由两种方式完成：生物固氮和非生物固氮。
生物固氮主要是通过一些特殊的细菌和蓝藻完成的，它们能够将大气中的氮气固定为氨（NH3）或硝酸盐（NO3-）等形式。
非生物固氮是指氮的人为固定过程，主要包括工业固氮和农业固氮。
工业固氮是指通过工业化的过程将氮气转化为氨或尿素等化合物，用于农业生产或其他用途。
农业固氮是指通过农业实践，如植物和微生物的共生关系，将氮气转化为可供植物吸收的形式。
接下来是氮硝化的过程。
氮硝化是指将氨或亚硝酸盐（NO2-）转化为硝酸盐的过程。
这个过程主要由一些氧化细菌完成，最终产生的硝酸盐可供植物吸收。
氮硝化是一个氧化过程，需要氧气作为电子受体，而产生的亚硝酸盐则是进一步氧化的中间产物。
然后是氮还原的过程。
氮还原是指将硝酸盐还原为亚硝酸盐、氨或一氧化氮（NO）等形式的过程。
这个过程主要由一些还原细菌完成，还原细菌可以利用硝酸盐作为电子受体来进行能量代谢。
在有缺氧的环境下，氮还原是一个重要的能量供应途径，同时还可以产生一些氮气。
最后是氮脱氧的过程。
氮脱氧是指将氨、亚硝酸盐或硝酸盐等形式的氮还原为氮气的过程。
这个过程主要由一些脱氧细菌完成，这些细菌能够利用还原形式的氮来进行能量代谢，并产生氮气作为代谢产物。
氮脱氧是一个重要的过程，可以防止氮积累过多从而对环境造成污染。
总之，氮循环是一个复杂而重要的生物化学循环，通过氮固定、氮硝化、氮还原和氮脱氧等过程，实现了氮在大气、土壤、水体和生物体之间的循环转化。
氮循环的原理与应用
氮循环的原理与应用氮素是植物生长的重要营养元素，但自然界中可以直接吸收的氮素却很少。
而氮循环就是将空气中的氮气转化为植物可利用的氮素的一系列过程。
本文将从氮的循环原理以及应用方面分别进行探讨。
1. 氮循环的原理氮循环包含氮固定、氨化、硝化、反硝化和尿素分解等多个步骤。
其中，氮固定是将空气中的氮气转化为氨等可利用形态的氮素的过程。
氮固定有两种形式：一是非生物固氮，指直接利用高温、高压等物理因素将氮气转化为氨；二是生物固氮，主要由一些细菌、蓝藻等微生物完成。
氨化是将氮气转化为氨的过程。
氨化可由一些嗜热菌、真菌和蓝藻等微生物完成。
例如，菌根菌和一些土壤细菌能通过固氮和氨化将氮气转化为氨。
硝化是将氨氮转化为硝酸盐、亚硝酸盐等化合物的过程。
硝化由两种细菌完成：一种嗜好亚硝酸盐，一种嗜好硝酸盐。
反硝化是将硝酸盐或亚硝酸盐转化为氮气或氮氧化物的过程。
反硝化作用由一些厌氧细菌完成，如厌氧亚硝酸盐还原菌和厌氧硝酸盐还原菌等。
尿素分解是利用尿素酶，将尿素分解为氨和二氧化碳等物质的过程。
外源性尿素可以被微生物迅速分解为氨和二氧化碳等无机物质，最终被植物吸收利用。
2. 氮循环的应用2.1 氮肥的应用作物需要充足的氮素来促进生长和产量。
一些化肥企业将气态氮固定为氨氮，并制成氨肥、尿素、尿素磷酸二铵复合肥等氮肥，供农民使用。
通过肥料施用，可补充耕地的土壤氮素，提高产量。
2.2 生物固氮应用利用微生物进行生物固氮是一种环保、高效的氮素补充方式。
例如，可根据不同耕地种植不同的草籽，如豌豆、苜蓿、根瘤菜等，与土壤中的根瘤菌共生，进行生物固氮。
通过这种方式，可减少肥料施用，降低环境污染，提高耕地的自然肥力。
2.3 植物与微生物的相互作用提高土壤中微生物活性和多样性，植物可以吸收更多的氮素。
例如，根际微生物能够转化固定氮，植物则能利用这些营养物质进行生长。
同时，植物还能通过根系释放有机质，促进土壤中微生物群落的生长繁殖，从而增加土壤肥力。
氮循环简答
氮循环简答一、氮循环基本概念氮循环是指自然界中氮单质和含氮化合物之间相互转换的过程。
氮是地球上生物体的必需元素之一，是构成蛋白质、核酸和其他重要生命物质的关键成分。
因此，氮循环对地球上的生命维持具有重要意义。
二、氮循环的主要步骤1.氮的固定：是指将游离态的氮转化为化合态的过程，通常是通过化学或生物方法实现的。
例如，闪电可以将大气中的氮气转化为硝酸根离子或氨。
2.氨的转化：在硝化细菌的作用下，氨可以被氧化为硝酸根离子，同时释放能量。
此外，反硝化细菌可以将硝酸根离子还原为氮气，实现氮的还原。
3.硝化与反硝化：这两个过程是相互对立的，硝化是将氨氧化为硝酸根离子的过程，而反硝化是将硝酸根离子还原为氮气或一氧化二氮的过程。
4.脱氮作用：在厌氧条件下，一些微生物可以将有机氮化合物转化为氨或氮气，实现脱氮作用。
5.固氮作用：是指将游离态的氮转化为化合态的过程，通常是通过生物方法实现的。
例如，豆科植物可以与根瘤菌共生，将空气中的氮气转化为氨。
三、氮循环对环境和生物的重要性1.维持生态平衡：氮循环是生态系统中的重要组成部分，对于维持生态平衡和稳定具有重要意义。
例如，固氮作用可以帮助植物吸收更多的营养物质，促进植物生长和生产力的提高。
2.支撑生物多样性：氮循环为地球上的生物提供了必需的营养物质，从而支撑了生物多样性的存在和发展。
没有氮循环，地球上的生命将无法维持和繁衍。
3.影响气候变化：氮循环与气候变化密切相关。
例如，大气中的温室气体（如二氧化碳和甲烷）的增加会导致全球变暖，而氮气化合物的排放也会对气候变化产生影响。
四、人类活动对氮循环的影响1.农业活动：农业活动中广泛使用化肥和农药，这些物质中含有大量的氮化合物。
过量的化肥和农药会导致土壤和水体中的氮含量过高，引起水体富营养化和土壤退化等问题。
2.工业生产：工业生产过程中需要大量的原料和能源，这些原料和能源的开采、加工和使用过程中会产生大量的含氮污染物。
这些污染物会通过废气、废水和固体废物的排放对环境造成严重污染。
氮循环(Nitrogen cycle)和农业物质循环
3. 农田生态系统的氮素损失
1.
2.
3.
4.
氮素损失主要有四个方面： 挥发损失（NH3+-N），即由于有机质的燃 烧分解或其他原因导致氨的挥发损失； 氮的淋失（NO3--N），主要是硝态氮由于雨 水或灌溉水淋洗而损失； 在水田中或土壤通气不良时，硝态氮受反硝 化作用而变成游离氮，导致氮素损失。 （4）径流（Runoff）
在农田生态系统中，氮素通过不同途径进入土壤亚系统， 在土壤中经各种转化和移动过程后，又不同程度地离开土 壤亚系统，形成了“土壤-生物-大气-水体”紧密联系的氮 素循环
农田生态系统氮素来源
生物固氮量与化肥氮量的比较
中国 美国 澳大利亚 印度 英国 新西兰 荷兰
生物固氮量（×104Tt N/年）（A） 化肥氮量（×104Tt N/年）（B） A / (A + B) ×100
341.7 1 396.4 19.7
953.4 597.6 61.5
1 384 13.3 99.0
149.8 113.6 56.9
48.7 90.9 34.9
86.2 0.6 99.3
5.2 84.9 5.8
化学固氮：即通过化工厂将空气中的氮合成氨，然后进一步加工，制成各种氮肥。 另外，闪电也会将少量氮氧化，形成硝酸，随降雨进入土壤。因此，从增加农业中氮 素来看，应当积极种植豆科作物，培育其他固氮生物，努力增产并合理施用化学氮肥， 才能更好地满足农业增产对氮素的需要。 氮沉降：因大气污染而不断增加大气氮沉降量，过剩的氮沉降将增加NH4+的硝化 和NO3-的淋失，加速土壤的酸化，影响树木和作物的生长以及生态系统的功能和生 物多样性，对农业生态系统产生危害作用。
输出项
地面流入
氮的循环完整ppt课件
NH3在纯氧中点燃即可燃烧，通常产物是N2和水
4NH3＋3O2＝2N2＋6H2O
氨在纯氧中燃烧 氨氧化炉（中间是铂铑合金网）
4、氨的实验室制法
1. 原理：
2NH4Cl+Ca(O△H)2==
3NO2＋H2O
2HNO3＋NO
上述两个反应可多次循环，综合两式，整理得总反应式
4NO ＋3O2 ＋2H2O
4HNO3
NO 和O2的体积比为4:3，等体积混和，剩余O2 ¼
体积，为原混合气体的 1/8
迁移
将NO2和O2混和气体同时通入水中发生的反应？
3NO2＋H2O
2HNO3＋NO
①
2NO ＋O2
法是
。
3.浓硝酸都有氧化性的原因是
。
4.将浓硝酸分解的气体收集在一支试管中,再
将试管到插在水中,可能出现的现象
是
,原因是：
化学方程式为
。
5.向FeCl2溶液中,滴加KSCN溶液,产生的现象
是
,再滴加几滴硝酸的现象
是
,原因是
,离子方
程式为
。
N2＋O2 放电 2NO ＋O2 3NO2＋H2O
2NO （无色，难溶于水） 2NO2 （红棕色，有刺激性气味） 2HNO3＋NO
练习
一定条件下，将等体积的NO和O2的混合气体置 于试管中，并将试管倒立于水槽中，充分反应后，
剩余气体的体积约为原体积的多少？
分析： 2NO ＋O2
2NO2
答案：1/8
稀硝酸中，有无色气体， 溶液变黄或浅绿；浓硝酸 中，无明显现象
氮循环_精品文档
氮循环简介氮循环是指自然界中氮元素在不同生物体之间循环的过程。
氮元素是构成生命体的重要组成部分，也是构成蛋白质和核酸等生物大分子的必要元素。
氮循环包括氮气固定、氨化、硝化、反硝化和氮素的吸收利用等过程。
这些过程通过不同的微生物、植物和动物之间的相互作用来完成。
氮气固定氮气固定是指将大气中的氮气转化为植物和其他生物可利用的氮源的过程。
氮气是地球大气的主要组成部分（约占78%），但植物无法直接利用大气中的氮气。
氮气固定主要通过两种途径进行：生物固氮和非生物固氮。
生物固氮生物固氮是指一些特定的微生物将大气中的氮气转化为氨氮的过程。
这些微生物包括某些细菌、蓝藻和一些真菌等。
它们通过一种特殊的酶–氮酶的作用，将氮气还原成氨氮。
这些微生物多数生活在土壤中与根际生态系统相互作用。
植物通过与这些微生物共生关系，获得了固氮的能力。
非生物固氮非生物固氮是指一些非活体催化剂将氮气转化为氨氮的过程。
工业上常用的非生物固氮催化剂是铁钛合金。
非生物固氮主要是通过人工合成的方式进行，将氮气与氢气在高温高压下反应得到氨气。
这种氮气固定方式广泛应用于化肥生产等领域。
氨化和硝化氨化是指氮元素从无机化合物转化为有机氮化合物的过程。
在氮循环的过程中，氨化是非常重要的一环。
氨化过程主要由一些微生物完成，包括一些土壤细菌和真菌等。
这些微生物通过分解有机物质，将其中的无机氮转化为氨氮。
硝化是指氨氮被氧化为硝酸盐的过程。
硝化过程同样由一些微生物完成。
首先，氨氮被氧化成亚硝酸盐，再进一步被氧化成硝酸盐。
亚硝酸盐和硝酸盐是大多数植物的主要氮源。
反硝化反硝化是指硝酸盐还原为氮气的过程。
这个过程由一些特定的细菌完成。
这些细菌在缺氧环境中，利用有机化合物代谢产生的能量将硝酸盐还原为氮气释放出去。
这样，硝酸盐中的氮再次回归到大气中，形成闭合的氮循环。
氮素的吸收利用氮素是植物生长所必需的营养元素之一。
植物通过根系吸收土壤中的氮素，并将其转化为氨基酸等有机氮化合物，用于蛋白质的合成和生长发育。
化学课件《氮的循环》优秀ppt12 鲁科版
97.有三个人是我的朋友爱我的人.恨我的人.以及对我冷漠的人。 爱我的人教我温柔；恨我的人教我谨慎；对我冷漠的人教我自立。――[J·E·丁格] 98.过去的事已经一去不复返。聪明的人是考虑现在和未来，根本无暇去想过去的事。――[英国哲学家培根] 99.真正的发现之旅不只是为了寻找全新的景色，也为了拥有全新的眼光。――[马塞尔·普劳斯特] 100.这个世界总是充满美好的事物，然而能看到这些美好事物的人，事实上是少之又少。――[罗丹] 101.称赞不但对人的感情，而且对人的理智也发生巨大的作用，在这种令人愉快的影响之下，我觉得更加聪明了，各种想法，以异常的速度接连涌入我的脑际。――[托尔斯泰] 102.人生过程的景观一直在变化，向前跨进，就看到与初始不同的景观，再上前去，又是另一番新的气候――。[叔本华] 103.为何我们如此汲汲于名利，如果一个人和他的同伴保持不一样的速度，或许他耳中听到的是不同的旋律，让他随他所听到的旋律走，无论快慢或远近。――[梭罗] 104.我们最容易不吝惜的是时间，而我们应该最担心的也是时间；因为没有时间的话，我们在世界上什么也不能做。――[威廉·彭] 105.人类的悲剧，就是想延长自己的寿命。我们往往只憧憬地平线那端的神奇【违禁词，被屏蔽】，而忘了去欣赏今天窗外正在盛开的玫瑰花。――[戴尔·卡内基] 106.休息并非无所事事，夏日炎炎时躺在树底下的草地，听着潺潺的水声，看着飘过的白云，亦非浪费时间。――[约翰·罗伯克] 107.没有人会只因年龄而衰老，我们是因放弃我们的理想而衰老。年龄会使皮肤老化，而放弃热情却会使灵魂老化。――[撒母耳·厄尔曼] 108.快乐和智能的区别在于：自认最快乐的人实际上就是最快乐的，但自认为最明智的人一般而言却是最愚蠢的。――[卡雷贝·C·科尔顿] 109.每个人皆有连自己都不清楚的潜在能力。无论是谁，在千钧一发之际，往往能轻易解决从前认为极不可能解决的事。――[戴尔·卡内基] 110.每天安静地坐十五分钟·倾听你的气息，感觉它，感觉你自己，并且试着什么都不想。――[艾瑞克·佛洛姆] 111.你知道何谓沮丧---就是你用一辈子工夫，在公司或任何领域里往上攀爬，却在抵达最高处的同时，发现自己爬错了墙头。－－[坎伯] 112.「伟大」这个名词未必非出现在规模很大的事情不可；生活中微小之处，照样可以伟大。――[布鲁克斯] 113.人生的目的有二：先是获得你想要的；然后是享受你所获得的。只有最明智的人类做到第二点。――[罗根·皮沙尔·史密斯] 114.要经常听.时常想.时时学习，才是真正的生活方式。对任何事既不抱希望，也不肯学习的人，没有生存的资格。
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中NH4+ 与NH3的动态平衡中,倾向于NH4+的方向,使得NH3的浓度很低, 这也是 在硝化作用中氨的氧化成为限速步骤的原因；此外,AMO催化NH3氧化过程中, 只能将O2中的一个O原子加入到NH3中形成羟氨(NH2OH) ,另一个O原子形成 H2O,因此需要提供额外的一对电子。除了NH3外, AMO还可以氧化C-H键和 C=C键。 编码AMO的基因簇amo至少含有3个基因(amoA,amoB和amoC) , 它们位于 一个操纵子中, 其排列顺序为amoC、amoA、amoB. 不同种之间的amo基因 的排列相同且具有很高的相似性, 在一个细胞中一般含有3个拷贝的amo,且不 同拷贝之间具有很高的保守性(>99%). 在欧洲亚硝化单胞菌中, amo 基因的转 录有3种不同的mRNA产物, 其一对应于amoC, 其二对应于amoAB, 其三对应 于amoCAB, 或是源于mRNA的加工过程,或是源于不同的转录起始位点.通过 突变研究表明, amo 基因的3个拷贝都是功能型的,但表达的程度不同.这些基因 受氨及亚硝酸的诱导表达.
Animals动物 Death, egestion, excretion 死亡, 排泄
N-Cycle in Ocean
Francis et al., ISME J,2007
Microbial nitrogen transformations above, below and across N 2 N2 an oxic/anoxic interface in the marine environment N2 fixation 固氮
Nitrogen in the Denitrification by atmosphere 大气中的氮 denitrifying bacteria反硝化细 Nitrogen fixation 菌的反硝化作用 固氮作用 Nitrification by nitrate bacteria硝 化细菌的硝化作用
反硝化作用指细菌将硝酸盐(NO3−)中的氮(N)通过一系列中间产 物(NO2−、NO、N2O)还原为氮气分子(N2)的生物化学过程。参与 这一过程的细菌统称为反硝化菌。 反硝化菌在自然界以各种形式广泛存在，如：
Paracoccus denitrificans（自养，氧化氢气H2） Thiobacillus denitrificans（自养，氧化硫化物（S2−）或者硫代硫酸盐（S2O32−）） Pseudomonas stutzeri（异养，氧化有机碳） 反硝化菌主要为原核生物，大量存在于在α-, β- 和γ-变形菌纲中。已知的反硝 化菌的属有Achromobacter, Acinetobacter, Agrobacterium, Bacillus, Chromobacterium, Flavobacterium, Spirillum, Vibrio, Halobacterium, Methanomonas, Pseudomonas等。 尽管已经发现了自养反硝化菌，但上述反硝化过程主要由异养反硝化菌来完成
生物固氮：
自生固氮菌： 好氧细菌——固氮菌属、固氮螺菌属 蓝细菌 兼性厌氧菌——如克雷伯氏菌属 厌氧菌——如梭状芽孢杆菌属 紫细菌 绿细菌 产甲烷古菌 共生固氮菌：根瘤菌属-豆科植物 弗氏菌属-非豆科植物 联合固氮：固氮菌生活在某些植物根的粘质鞘套内或皮层细胞间，不形成 根瘤，但有较强的专一性，如雀稗固氮菌与点状雀稗联合
Free living nitrogen fixing bacteria 自由生活的固氮细菌
Absorption 吸收
Death 死亡
Ingestion 摄食
Industrial Death Dead remains, Nitrate in synthesis 死亡 egesta,excreta soil 泥土中 工业合成 尸体，粪便，排泄物 的亚硝酸盐 (fertilizers 肥料) Ammonification or Nitrification by putrefaction by AOA & AOB putrefying bacteria and Ammonia and 硝化作用 fungi 腐败细菌及真菌的氨 ammonium 化作用或腐败作用 compound 氨及铵化合物
NH4+ + NO2- → N2 + 2 H2O, ΔGo = -357 kJ/mol 在厌氧氨氧化过程中，羟胺(NH2OH)和肼(N2H4)作为代谢过 程的中间体。
AOB
依据16S rRNA 基因序列构建的氨氧化细菌的系统发育 董莲华等，应用生态学报，2008
AOA
Pester et al., Current Opinion in Microbiology, 2011
Organic N
nir
nor
NO
NH4
+
Anammox 厌氧氨氧化
N2O N
固氮作用 Nitrogen Fixation
固氮作用是分子态氮被还原成氨和其他含氮化合物的过程 非生物固氮：
工业固氮：哈伯-博施法 N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g) 200bar 400℃ Fe3+ 电离固氮：电离作用和大自然中的闪电能使空气中的N2和O2产生化合作用 形成 NO，NO极其不稳定，会瞬间被氧化成NO2。
羟氨氧化还原酶 ( hydroxylamine oxidoreductase, HAO)
HAO是一种有相同亚基( Mr= 64×103) 构成的三聚体细胞周质蛋 白,它可以氧化羟氨(NH2OH), 并释放出2对电子, 其中一对直接用 于NH3的氧化过程, 另一对用于细胞物质的合成以及ATP的产生 对于羟氨氧化酶基因(hao)研究得较为详细的是欧洲亚硝化单胞 菌的hao 基因, 长度为1710bp, 受氨及亚硝酸的诱导表达,转录为 一个单顺反子的mRNA,与其他细胞周质蛋白一样, 该基因也编码 有一个18~ 24氨基酸残基序列的前导肽,该前导肽在HAO的转运 和成熟过程中被切除 欧洲亚硝化单胞菌中含有3个hao 基因拷贝,且它们相距甚远；除 了一个拷贝的一个核苷酸外,3个拷贝的编码区域的核苷酸序列完 全一样,只是在它们的编码区上游的序列有些差异 从AMO和HAO两种酶的作用特性可以预见亚硝化过程的低速和 产能的低效率,由此极大地限制了亚硝化细菌生长的速率.
亚硝酸盐氧化
NO2-
NO3-
硝酸细菌属(Nitrobacter)；硝酸刺菌属 (Nitrospina)和硝酸球菌属 (Nitrococcus)。其中以硝酸细菌属为主，常见的有维氏硝酸细菌 (Nitrobacter winogradskyi)和活跃硝酸细菌 (N. agilis)等。
反硝化作用
Denitrification
N-Cycle
N-Cycle in Ecosystem
Leaching淋溶
Nitrate in soil 泥土中 的硝酸盐
Absorption 吸收 Plants植物 Lightning闪电 Nitrogen fixation by symbiotic nitrogen fixing bacteria 共生 固氮细菌的固氮作用
氨单加氧酶( ammonia monooxygenase, AMO) 及其基因amo
AMO是由3个不同亚基组成的三聚体膜结合蛋白, 3个亚基的分子量分别为
27×103(AmoA)、38×103(AmoB)和31.4×103(AmoC).
AMO只能催化非离子氨(NH3) 氧化,而不能催化离子氨(NH4+)氧化, 而在环境
Possible mechanism of marine AOB and AOA
David A. and Stahl, The Annual Review of Microbiology, 2012
以上四个反应均为放热反应，所以在无氧或缺氧条件下，细 菌可以将硝酸盐（NO3−）作为电子传递链的最终电子受体 （TEA, terminal electron acceptor），来完成物质能量交换
厌氧氨氧化
Anammox
厌氧氨氧化菌(anaerobic ammonium oxidation, Anammox) 是一类细菌，属于浮霉菌门，在缺氧环境中，将铵离子 (NH4+)用亚硝酸根(NO2-)氧化为氮气N2 包括(Candidatus Brocadia)、(Candidatus Kuenenia)和, Candidatus "Anammoxoglobus", Candidatus "Jettenia", (Candidatus Scalindua)属。
总的反硝化过程可以用以下方程式表示： 2 NO3− + 10 e− + 12 H+ → N2 + 6 H2O, ΔG0 = −333 kJ/mol
• • • • NO3−还原为NO2−：2 NO3− + 4 H+ + 4 e− → 2 NO2− + 2 H2O NO2−还原为NO：2 NO2− + 4 H+ + 2 e− → 2 NO + 2 H2O NO还原为N2O：2 NO + 2 H+ + 2 e− → N2O + H2O N2O还原为N2：N2O + 2 H+ + 2 e− → N2 + H2O
硝化作用 Nitrification
硝化作用是生物用氧气将NH4 转化为NO2 继而将亚硝酸盐 氧化为NO3-的作用。
氨氧化 NH4
+
+
-
NO2
-
AOB 氨氧化细菌主要集中在几个属: 亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas), 亚 硝化螺菌属(Nitrosospira)和亚硝化球菌属(Nitrosococcus) AOA 奇古菌 Thaumarchaea