第六章 微生物与生物地球化学循环之磷循环剖析
生物地球化学循环的机制
生物地球化学循环的机制生物地球化学循环是指地球上生物体与环境中各种物质之间不断发生的转化和循环过程。
这些物质包括碳、氮、磷、硫等元素，通过生物体的吸收、转化和释放，维持着地球生态系统的平衡。
本文将分别探讨碳循环、氮循环、磷循环和硫循环的机制。
1. 碳循环碳是生命的基础元素，它通过光合作用和呼吸作用在生物体与环境之间循环。
当植物进行光合作用时，吸收二氧化碳并释放氧气，将碳元素固定为有机化合物。
这些有机化合物被植物和动物吸收，并通过呼吸作用释放二氧化碳。
在生物体死亡或有机物分解的过程中，部分有机碳被还原为二氧化碳释放到大气中，形成完整的碳循环。
2. 氮循环氮是构成生物体内蛋白质和核酸的重要元素，氮循环是生命活动中不可或缺的一部分。
氮循环包括氮的固氮、氨化、硝化、反硝化等一系列反应。
在固氮过程中，一些特定的微生物将气态氮固定为氨或硝酸盐，这些化合物被植物吸收利用。
植物被动物摄食后，氮进入动物体内，并通过排泄物释放。
死亡的生物体经由分解作用形成氨，再由细菌氧化为硝酸盐，最终通过还原作用得到气态氮，使氮循环得以完成。
3. 磷循环磷是构成生物体骨骼、核酸和能量储存分子的关键元素。
磷的循环主要涉及磷的吸收、利用和释放过程。
磷从土壤中被植物吸收，植物通过生长将磷元素积累起来。
当植物被动物食用后，磷进入动物体内。
通过动物的死亡和排泄物，磷回归到土壤，再被植物吸收利用。
这个循环过程使磷得以不断重复利用。
4. 硫循环硫是构成蛋白质和酶等生命组成物质的重要元素，硫的循环包括硫的固定、释放和转化等过程。
硫化微生物通过硫化作用将无机硫形成有机硫，有机硫进入生物体内。
动植物利用有机硫合成所需的有机化合物，当生物体分解或死亡时，硫又被还原为无机硫释放到环境中。
这些无机硫又可以再次被硫化微生物固定为有机硫，完成硫的循环。
综上所述，生物地球化学循环是通过生物体的吸收、转化和释放不同元素实现的一系列循环过程。
其中，碳循环、氮循环、磷循环和硫循环是生态系统中最为重要的循环过程，它们相互关联、相互影响，共同维持着地球生态系统的稳定和平衡。
微生物在环境物质循环和污染物转化中的作用—磷、硫、铁和锰的循环
4 反硫化作用
反硫化作用是指在厌氧条件下微生物将硫酸盐还原为 H2S的过程。该过程是在通气不良条件下主要由硫酸盐还原 菌（或名反硫化菌）所引起。反硫化作用具有高度特异性， 主要是由脱硫弧菌属、脱硫弯杆菌等厌氧型异养菌的作用。 如图所示，脱硫肠状菌是一类厌氧的产芽孢菌，能在厌氧环 境中，能还原硫酸盐和亚硫酸盐为H2S。
小结
在微生物的硫化和反硫化及同化作用下，实现自然界 硫素的良性循环。
磷素循环
元素磷是所有生物细胞都必不可少的。磷存在于一切核 苷酸结构中，三磷酸腺苷（ATP）与生物体内能量转化密切相 关。在生物圈内，磷主要以如下三种状态存在：
（1）以可溶解状态存在于水溶液中；
（2）在生物体内与大分子结合；
（3）不溶解的磷酸盐大部分存在于沉积物内。
的转化。反之则限制磷的转化。例如秋季池塘中水温逐渐下 降，藻类死亡，被异养微生物分解，释放出无机磷。释出的 无机磷须待来年气温转暖，水温合适后才能被细菌和藻类同 化。
磷的循环
•生物有机磷
•植 物 与 微 生 物的吸收同化
•微生物的分 解作用
•磷酸酶
•微生物代谢产 生的有机酸、 NO3-、SO42-
1 磷循环原理
磷循环包括可溶性无机磷的同化、有机磷的矿化及难溶性 磷的溶解等。
同化作用：生物吸收 异化作用：有机磷被微生物转化成无机磷 微生物对磷的转化起着重要作用。含磷废水排放到水中， 天然水体中可溶性磷酸盐浓度过大会造成藻类和蓝细菌大量繁 殖，即水体富营养化。
（1）可溶磷的同化
可溶性的无机磷化物被微生物同化为有机磷，成为活细 胞的组分。在水体中，磷的同化作用主要是由藻类进行的， 并在食物链中传递。
微生物在其它物质循环 中的原理和应用
磷循环的过程及特点
磷循环的过程及特点
过程：磷循环始于岩石的风化作用，磷元素从岩石中释放出来。
随后，这些磷元素被植物通过根部吸收，进入生物小循环。
植物体内的磷元素通过食物链传递，最终到达动物和人类。
在生物体内，磷元素被用于构成细胞结构、能量转换和储存等生物活动。
然后，通过生物的排泄物和死亡残体，磷元素重新进入环境。
此外，环境中的磷元素还可以通过地表径流进入江河、海洋，从而完成磷的地理大循环。
特点：磷循环是一种生物地球化学循环，其特点是磷元素在生物圈和地球的其他部分（如岩石、水体、大气等）之间不断循环流动。
这种循环保证了磷元素在生态系统中的持续利用。
然而，磷的循环与碳、氮循环相比，具有较大的局限性。
磷在土壤中的移动性很小，容易被固定，因此土壤常常成为磷的主要库。
此外，磷的循环速度较慢，这限制了植物对磷的利用率。
生物与地球系统的磷循环
自我调节机制：地球系统 中的磷循环具有自我调节 机制，如磷元素的沉淀、 溶解、吸附等物理化学过 程，以及生物的吸收、排 泄等生理过程，这些过程 共同维持着磷循环的平衡。
人类活动对磷循环的影响
农业活动：过量使用磷肥，导致土壤和水体中磷含量增加，影响磷循环平衡。 工业生产：排放含磷废水，造成水体富营养化，破坏磷循环平衡。 城市化进程：城市扩张导致土地利用方式的改变，影响磷的循环和迁移，破坏磷循环平衡。 交通排放：汽车尾气中的含磷化合物排放到空气中，影响大气中的磷循环平衡。
样品处理：对采集的样品进行预处理，如清洗、破碎、混合等，以便进行 后续的分析和测定。
实验设计与分析方法
实验目的：研究生物与地球系统中磷循环的规律和机制 实验材料：土壤、水体、生物等 实验方法：化学分析、同位素示踪、微生物分离培养等 数据分析：统计分析、图表绘制、模型建立等
数据处理与模型构建
数据采集：利用各种技术 手段获取磷循环相关数据
磷的储存：主要以磷酸盐的形式储存在土壤中 磷的转化途径：包括有机磷化物、无机磷化物和溶解态磷等多种形式之间 的相互转化 磷的迁移：通过水、风、动物和植物等途径在生物地球化学循环中迁移
磷的归宿
磷的来源：岩石风化、沉积物 矿化等
磷的迁移：通过水体、土壤、 生物等介质进行迁移
磷的转化：被微生物、植物等 吸收利用，转化为有机磷
磷循环失衡对环境和生物的影响
磷循环失衡导致 水体富营养化， 引发蓝藻等水生
生物大量繁殖
磷循环失衡影响 土壤质量，导致 土壤肥力下降， 影响农作物生长
磷循环失衡影响 生态系统稳定性，
导致生物多样性 减少
磷循环失衡加剧 气候变化，影响
全球环境
添加标题
微生物和生物地球化学循环
以将硫储存在自身的细胞和体液中。
硫循环对环境的影响
03
微生物通过影响硫的转化和吸收，对土壤、水和大气环境产生
重要影响，如酸雨的形成和土壤质量下降等。
磷循环
微生物对磷的固定和转化
微生物通过吸附作用将磷元素转化为可溶性磷酸盐，同时也可以通过分解作用将磷酸盐转 化为不溶性磷酸盐。
磷在微生物群落中的传递和储存
微生物通过食物链将磷从无机环境传递到有机环境，同时也可以将磷储存在自身的细胞和 体液中。
磷循环对环境的影响
微生物通过影响磷的转化和吸收，对土壤和水体环境产生重要影响，如水体富营养化和湖 泊闭合等。
03
微生物对环境的影响
土壤微生物对环境的影响
1
土壤微生物是生物地球化学循环的重要组成部 分，参与土壤中多种化学元素的循环和转化。
• 真菌：具有细胞壁、细胞膜和细 胞核等真核细胞结构，主要进行 有性生殖，包括酵母菌和霉菌等 。
• 原生动物：一类具有真核细胞结 构和功能的单细胞动物，如草履 虫、变形虫等。
非细胞型微生物的多
样性
• 病毒：无细胞结构，由核酸和蛋 白质等组成的非细胞型生物，可 感染各种生物细胞，包括细菌、 真菌和动物细胞等。
微生物与气候变化
探讨微生物如何通过影响温室气体排放和吸收来调节气候变化。
微生物群落结构和功能的关系
研究微生物群落的结构和功能如何随环境因素的变化而变化，以及如何影响生物地球化学 循环。
利用微生物解决当前面临的环境问题
01
污染治理
研究利用微生物降解有机污染物的机制和方法，以及如何提高微生物
降解的效率和稳定性。
04
微生物在生物地球化学循环 中的多样性
微生物在生物地球化学循环中的多样性
微生物和生物地球化学循环
微生物在地球化学循环中扮演着转化者的角色，能将各种元素进行 转化，如碳、氮、磷等。
调节生态平衡
微生物通过分解有机物和转化物质，维持了生态系统的平衡，为其 他生物提供了必要的物质。
微生物对碳的转化和循环
01
有机碳的分解
微生物通过分解有机物，将有机 碳转化为二氧化碳，为植物提供 了光合作用的原料。
微生物在环境修复和生物技术中的应用研究
微生物在环境修复 中的应用
微生物在生物技术 中的应用
微生物在农业中的 应用
利用微生物降解有机污染物、 重金属还原等能力，研究微生 物在环境修复中的应用，为解 决环境污染问题提供新思路。
研究微生物在生物制药、生物 燃料等领域的生产和应用，开 发新的生物技术应用领域。
在某些条件下，微生物能将磷酸盐释放到环境中，完 成磷的循环。
03
微生物的主要代谢过 程
微生物的呼吸作用பைடு நூலகம்
有机物氧化
微生物通过呼吸作用，将有机物氧化分解，释放出能量供自身生长 繁殖。
电子传递
在呼吸过程中，微生物将电子从有机物传递给氧气，产生大量活性 氧和自由基，对细胞造成损害，但也在一定程度上起到杀菌作用。
碳的矿化
02
03
甲烷的产生
微生物能将土壤中的有机质和腐 殖质矿化为二氧化碳、水和能量 ，为植物提供更多的碳源。
微生物在厌氧条件下能将有机物 转化为甲烷，这是一种重要的温 室气体。
微生物对氮的转化和循环
固氮作用
微生物能将空气中的氮气转化为氨，为植物 提供氮肥。
有机氮的分解
微生物通过分解有机物中的氮化合物，将有机氮转 化为无机氮，如硝酸盐和氨，为植物提供更多的氮 源。
微生物资源的保护和利用
生物地球化学循环研究
生物地球化学循环研究生物地球化学循环，是指地球上各种生物元素与无机元素之间相互转化的过程，是维持全球生态平衡的重要因素之一。
近年来，随着全球环境问题的日益严重，对生物地球化学循环的研究也越来越深入，为人类探索全球环境变化提供了重要的科学数据支持。
一、生物地球化学循环的基本过程生物地球化学循环通常分为三个过程，即生物固定、物质循环和生物释放。
简单来说，就是植物通过光合作用将二氧化碳、水和养分转化为有机物质；然后有机物质通过食物链逐层转化，在各个生物体间循环；最后，生物体死亡后，有机物质被微生物分解为无机物质，供下一轮生物固定。
二、生物地球化学循环的关键元素生物地球化学循环中，碳、氮、磷是最为重要的元素。
碳元素是生物体构成有机物的基础，通过二氧化碳固定到有机物中，并在呼吸和分解过程中释放出来，影响大气中的缺氧气体；氮元素是构成核酸和蛋白质的基础，在土壤中的循环能够维持作物生长的良性循环；磷元素是细胞质膜和ATP等重要分子的组成成分，在海洋中的循环对海洋生物的生长起着重要作用。
三、生物地球化学循环的研究方法近年来，随着科技水平的提升，研究生物地球化学循环的方法也越来越多样化。
其中，同位素示踪技术被广泛应用。
同位素是指同一元素中质子数相同、中子数不同的不同种类，它可以被用来追踪不同应用场合的元素，探究元素的来源、传输路径和作用过程。
四、生物地球化学循环的应用生物地球化学循环在许多领域都有广泛的应用。
在人类农业生产中，针对不同植物和土壤的养分需要有特定的养分调控方案，了解生物地球化学循环有助于调整养分平衡；在环境保护方面，密切关注生物体内的有毒污染物传输路径和污染物转化过程，寻找低风险的污染清理方式。
五、未来趋势随着全球气候变化的加剧，对生物地球化学循环的研究将成为解决环境问题的重要突破口。
未来的研究方向可能包括进一步开发新的研究技术和方法，将生物地球化学循环的过程和结果与生态学和生物学等学科进行更紧密的结合，以推动对全球气候变化和可持续发展的全面认识。
微生物地球化学循环的研究
微生物地球化学循环的研究微生物地球化学循环是指微生物参与地球上各种元素的转化和循环过程。
微生物作为地球上最古老、最丰富的生物群体，发挥着至关重要的作用。
本文将从微生物参与的关键元素循环、影响因素和应用前景三个方面来探讨微生物地球化学循环的研究。
一、微生物参与的关键元素循环1.碳循环碳是地球上最重要的元素之一，微生物在碳的循环过程中发挥着重要作用。
首先，微生物通过光合作用和化学合成作用吸收和固定大量的二氧化碳，将其转化为有机物。
其次，微生物参与有机物的分解和降解过程，将有机碳释放到环境中，使之再次循环。
此外，微生物还参与甲烷和二氧化碳的产生与消耗，对温室效应的控制起到至关重要的作用。
2.氮循环氮是生物体内重要的组成成分，而微生物在氮的循环过程中发挥着重要角色。
首先，微生物能够将大气中的氮气转化为氨，即固氮作用。
其次，微生物参与氨的氧化和还原过程，将氨转化为亚氨酸、亚硝酸盐和硝酸盐，进而参与生物体的酶和蛋白质的合成。
微生物还可通过反硝化作用将硝酸盐还原为氮气，促进氮的循环。
3.磷循环磷是生物体内重要的能量储备和结构组分，微生物参与磷的循环过程中发挥着重要作用。
首先，微生物通过磷酸盐的溶解和矿物质的分解，释放出磷酸盐。
其次，微生物参与磷的吸收和固定过程，将磷酸盐转化为有机磷化合物。
微生物还能够通过固磷和溶磷作用调节磷的有效性和生物可利用性。
二、微生物地球化学循环的影响因素微生物地球化学循环的研究不仅需要了解微生物的生理特性和代谢途径，还需要考虑到环境中的影响因素。
以下是几个常见的影响因素：1.环境温度微生物的活性和代谢速率都受到环境温度的影响。
不同的微生物在不同的温度下具有最适宜的生长和代谢条件，因此温度是微生物地球化学循环的重要影响因素之一。
2.土壤pH值微生物的生理特性和代谢途径受土壤pH值的影响很大。
土壤pH值的变化会导致微生物种群结构和代谢途径的改变，从而影响微生物地球化学循环过程。
3.氧气浓度氧气可以作为微生物代谢的供氧剂和电子受体，对微生物地球化学循环过程起到重要的调节作用。
微生物生物地球化学循环和应用
微生物生物地球化学循环和应用生物地球化学循环是生态系统中的一个重要环节，它涉及到各种生物元素的循环和转化。
而微生物在这一过程中所扮演的角色不可忽视。
微生物以其广泛的代谢途径，对地球上的物质进行转化和再利用，对环境的稳定性具有重要作用。
同时，微生物也具有广泛的应用前景，如地下水资源的治理和利用、废弃物的处理等。
本文将对微生物在生物地球化学循环中的作用以及应用进行探讨。
一、微生物在生物地球化学循环中的作用1. 氮循环氮是生命活动所必需的一种元素。
在自然界中，氮以N2的形式存在于空气中，而微生物能够将其转化为肥料所需的氨、硝酸盐等形式，从而为植物的生长提供营养物质。
氮循环中的重要微生物有一些氮固定细菌（如根瘤菌、蓝藻等）、硝化菌和反硝化菌。
2. 硫循环硫是生物体内的重要元素之一，参与体内蛋白质、细胞膜等的成分。
在生态系统中，硫的主要形式是硫酸盐、硫化物等。
微生物能够将硫化物氧化成硫酸盐，从而释放出能量。
反之，还有一些微生物能够将硫酸盐还原成硫化物，以获得能量。
这一过程称为硫酸盐还原作用。
重要的硫循环微生物有硫矿化细菌、硝化细菌等。
3. 磷循环磷是植物体内的重要成分之一，对其生长发育至关重要。
在自然界中，磷以矿物的形式分布在各个环境中，如土壤、水体、岩石等。
微生物能够通过分解有机质等方式转化这些磷为植物可吸收的无机磷物质，从而促进植物的生长。
磷循环过程中的重要微生物有酸化细菌、菌根菌等。
二、微生物在环境治理和资源利用中的应用1. 地下水资源的治理地下水污染是当前环境问题面临的一大挑战。
而微生物在地下水处理中具有独特的优势。
以自然的生态系统中检测到的微生物为基础，制定不同的控制策略可以最大程度的去除污染物、恢复地下水环境。
例如，利用各种微生物菌株，可以将有毒有害的化合物如氯苯、苯酚等进行降解。
与传统地下水处理方法相比，微生物处理的成本更低、速度更快、对环境的破坏也更小。
2. 废物处理现在工业化进程的加速以及生活水平的不断提高，行业和生活废弃物的数量快速增长，废弃物处理问题迫在眉睫。
磷循环与环境问题
磷循环与环境问题磷是生命中必备的元素之一，是维持生命活动的重要组成部分。
它在植物、动物和微生物体内发挥着重要的生物学作用，是骨骼和牙齿的主要成分。
然而，随着人类活动的不断发展，磷的使用和排放已经成为一个严重引起环境问题的话题。
同时，磷的循环也是一个与生态系统密切相关的过程。
1、磷的来源和排放磷的主要来源是钙磷矿物，如磷灰石和白垩岩等。
此外，天然气田、煤矿和石油钻探等也是磷的来源。
然而，在现代生产中，磷主要的来源是化学肥料和洗涤剂，这些化学品中带有高浓度的磷。
化学肥料是磷的主要排放源，其磷含量高达15%。
在农业生产中，大量使用化学肥料会导致磷的过量排放。
这会引起土壤中磷的浓度过高，使得植物吸收不了磷，同时还会影响土壤的pH值。
洗涤剂也是磷的重要排放源。
这是因为大多数洗涤剂中含有磷酸盐来软化水，使得清洁剂更加有效。
磷酸盐在排放到排水管中后会被带入河流和湖泊中，这会使得水中的磷浓度升高，导致生态系统的破坏。
2、磷循环过程磷的循环过程与生态系统密切相关，是一个具有复杂性和动态性的过程。
磷在生态系统中的循环可以分为两个大的方面：生物循环和地球化学循环。
生物循环是指磷在生物体内循环的过程。
植物通过根吸收土壤中的磷，经过植物体内的代谢过程，将磷转化为有机磷，被动物所吸收。
动物通过进食吸收有机磷，将其转化为无机磷逐渐排放出体内。
这些无机磷会通过分解和降解的过程返回到环境中。
地球化学循环则是指磷在环境中的循环过程。
这个过程可以分为几个步骤：首先，天然磷矿物被风化和溶解，将无机磷释放到土壤和水中。
其次，土壤中的磷和水中的磷被吸附到沉积物中，其中大部分被埋藏在地下层。
最后，通过自然的压力和能量，这些含磷的岩石被升起到地表，进入植物、动物和微生物的生命体内，开始新的循环。
3、磷对环境的影响磷在环境中的浓度过高会造成很多问题。
一方面，过量的磷会导致水环境的富营养化，促进藻类等细菌的生长，使得水体变绿，不能维持生态系统的平衡。
磷循环
作用，这首先在于磷对光合作用有着极为重要的
作用，因为在碳素还原循环或C4-二竣酸循环中，
完成光合作用各阶段的物质运转几乎都有磷参与。
不仅如此，在光合作用过程中，通过光合磷酸化
作用，把光能贮存在三磷酸腺甙中，为合成蔗糖
以及淀粉和其它多矿类化合物，如纤维素等提供 能量。同时己糖合成蔗糖和淀粉时，都须先经过 磷酸化作用，才能适合成反应顺利进行。
由四部分组成：脂肪酸 （常 见的是软脂酸、硬脂酸、油酸、 亚油酸和花生四烯酸等）；甘油 （甘油Cl 位常连饱和脂肪酸，C2 位常连不饱和脂肪酸）；磷酸及 醇基。
最重要的磷脂是卵磷脂和脑磷 脂。卵磷脂又叫磷脂酰胆碱（或胆 碱磷酸甘油酯），它在脑神经组织、 肝、肾上腺、红细胞中含量较多， 尤其蛋黄中含量较为丰富，高达8 ％－10％。其结构式如下：
核糖
脱氧核糖核苷酸
核糖核苷酸
核苷酸分子的连接：
A
T
T
A
G
C
C
G
一般DNA由 2 条核苷酸链组成 而RNA由 1 条核苷酸链组成
核酸在细胞中的分布
DNA:主要分布在细胞核中，少量存
核 酸
在于线粒体、叶绿体内。
RNA:主要分布在细胞质中
磷脂
磷脂是一类含磷的脂类化合物，它广泛 存在子动植物组织中，是构成细胞的重要组成 部分。主要存在于动物的脑、肝、蛋黄和植物 种子中。常见的磷脂，多属于磷酸甘油酯。
磷脂的构成
磷脂是一种混合物，由不同结构和功能的磷脂构成
磷脂酰胆碱(PC)
磷脂酰肌醇(PI) 磷脂酰乙醇胺(PE) 磷脂酰丝氨酸(PS) 和磷脂酸(PA)
磷脂酰胆碱 (PC)是磷脂中最主要的活性成分， 磷脂酰胆碱 (PC)的含量直接决定着磷脂的功效强弱。
生物地球化学循环
生物地球化学循环生物地球化学循环是指地球上各种生物元素在生物圈和非生物圈之间的相互转化和循环过程。
它包括碳循环、氮循环、磷循环等循环过程。
这些循环过程对于维持地球上的生命和生态系统的平衡至关重要。
碳循环是生物地球化学循环中最为重要的循环之一。
碳是生物体中最丰富的元素，也是有机物的基础。
碳循环涉及生物体的光合作用和呼吸作用。
在光合作用中，植物通过吸收二氧化碳和光合作用产生氧气和有机化合物，其中的碳被用于构建植物体内的有机物。
而在呼吸作用中，生物体将有机物和氧气反应，产生能量、二氧化碳和水。
碳循环还包括生物体的分解和矿化过程，其中有机物被分解为二氧化碳释放到大气中，成为下一个循环的起点。
氮循环也是生物地球化学循环的一个重要组成部分。
氮是构成蛋白质和核酸等生物大分子的元素，对维持生物体正常的生长和发育至关重要。
氮循环包括氮的固定、氮的硝化、氮的还原和氮的脱氮等过程。
在固定过程中，植物通过与一些固氮细菌共生，将大气中的氮气转化为植物能够利用的氨或硝酸盐。
在硝化过程中，氨被氨氧化细菌氧化为硝酸盐。
在还原和脱氮过程中，一些还原细菌和脱氮细菌将硝酸盐还原为氮气释放到大气中。
氮循环中的这些过程既与生物体的能量代谢相关，又与大气和土壤中的氮相互转化相关。
磷循环是指磷在生物圈和非生物圈之间的循环。
磷是构成核酸、ATP等高能化合物的重要元素，也是细胞膜和骨骼等结构的组成部分。
磷循环包括磷的生物固定、磷的矿物转化和磷的循环等过程。
在磷的生物固定过程中，植物通过吸收土壤中的无机磷转化为有机磷，进而进入食物链。
在磷的矿物转化过程中，磷矿物被风化和溶解，并进入水体和土壤中。
在磷的循环过程中，磷在生物体内部和土壤中不断地转化、吸附和释放。
除了碳循环、氮循环和磷循环外，生物地球化学循环还包括其他元素的循环，如硫循环、氧循环、铁循环等。
这些循环过程共同构成了地球上生物体、大气和地壳的相互作用网络，维持了地球生态系统的平衡。
生物地球化学循环不仅是地球生态系统正常运转的基础，也是人类活动对环境的影响和其他环境问题的解决所必须了解的基础知识。
磷的生物地球化学循环
磷的生物地球化学循环
磷是生命活动中不可或缺的元素之一，它在生物地球化学循环中
起着重要的作用。
磷的来源主要来自于磷酸盐矿物、岩石、海洋沉积物、土壤和有
机物等。
在自然条件下，磷酸盐矿物和岩石会被风化、溶解，释放出
磷酸盐到土壤中。
同时，生物体内的磷也随着死亡和分解过程，释放
到土壤中。
这些土壤中的磷酸盐会被植物吸收利用。
在陆地上，磷主要的生物地球化学循环是碳-磷循环和氮-磷循环。
碳-磷循环指的是植物吸收土壤中的磷，将其转化成生理活性形态的有
机磷，最终通过食物链向上传递，成为各种动物体内的重要营养物质，进而影响到整个生态系统的稳定性。
氮-磷循环指的是土壤中的氮和磷
的关系，这两个元素的比例会影响土壤中微生物的种类和数量，从而
影响了土壤的生产力和健康。
在海洋中，磷的生物地球化学循环也非常重要。
海洋中的磷来源
主要来自于陆地的径流和洋流，以及深海水的上升和矿物沉积物的溶解。
磷的循环过程包括溶解态、悬浮态和沉积态。
溶解态的磷主要是
由浮游生物和微生物吸收利用，成为他们生长和代谢所需的营养物质。
悬浮态的磷则大多沉降到深海，形成沉积物。
沉积态的磷可通过地质
作用和海底火山喷发等方式重新释放到海水中，供生物利用。
总之，磷在生物地球化学循环中的作用不可小觑。
尽管磷的含量
很少，在自然界中却扮演着不可替代的角色。
了解磷的循环过程，可
以更好地把握生态系统的变化和发展。
同时，加强磷的管理和利用，也是我们保护环境和维护人类健康的必要手段之一。
简述磷循环的
简述磷循环的磷循环是生物圈中物质和能量循环的重要组成部分。
物质的循环本质上是指元素或物质在环境中的变化过程，而能量循环是指能量在各个层面的流动过程。
磷循环是这两种循环的重要组成部分，它涉及到海洋中磷离子的迁移以及土壤中植物和微生物的有机物磷化等过程。
海洋是大气中溶解性磷元素的重要来源。
空气中的亚硝酸盐、硫酸根和其他无机氮物质通过雨青下沉到海洋中，从而形成磷循环的最初步骤。
一旦在海洋中磷离子形成，它们将通过海洋蝇和其他无性生殖的海洋生物传播到海水中的各个部位，并通过溶解的方式，从海底沉积物和海洋植物中释放，因此磷离子常常受到海洋生物的影响。
海水的磷离子经过沉淀和植物的吸收后，会被输送到河流、湖泊及其他水体，也可以通过潮汐及风力运动转移到沿海地区，从而形成河流磷循环。
河流中的磷离子可以通过植物吸收，沉淀和被植物吃掉的方式，再次回到湖泊中，最终回到海洋中。
在土壤磷循环中，磷在植物和微生物之间发生转化，植物从土壤中吸收其中的磷离子，然后在施肥、运输、死亡以及其他方面将其释放，由此形成微生物有机物磷的变化，而磷离子也会通过快速扩散的形式被微生物吸收，最终变成有机物磷，微生物有机物磷也可以被植物再次吸收，同样从而形成土壤磷循环。
磷在这里也可以通过无机形式被植物吸收，从而进入土壤磷循环。
磷循环可以通过许多其他方式进行，包括岩石磷循环、大气磷循环和枯水期磷循环等。
岩石磷循环指的是地壳和大气中磷元素的循环，大气磷循环指的是大气中磷的转化与传输，而枯水期磷循环就是指在水文条件萎缩的情况下，水体中磷离子的注入和植物吸收的过程。
从总体上来看，磷循环是一种复杂的过程，从地壳中的磷元素开始，到它们形成磷离子后被人类使用，然后又通过各种形式回流到自然界中，从而实现磷元素的不断循环。
理解磷循环对于人类水土管理十分重要，因为这一过程将决定水土质量，并且可以影响植物生物量与质量，从而影响从森林到农田的生态系统的状态。
因此，通过加强对磷循环的研究，也许我们能够更好地理解和控制生态系统的变化，促进自然的稳定发展。
生物地球化学循环的探究
生物地球化学循环的探究地球上的生命体系和能量循环呈现出了极其复杂的关联和交互作用。
在这个复杂的体系中，生物地球化学循环是划分各种地球化学过程及其在生命活动中相互作用的重要手段。
生物地球化学循环主要指的是生物、气、水、土壤等在全球尺度上能量和物质的循环，其中绝大部分重要元素都参与其中。
在这个循环过程中，各种生物和非生物因素相互作用，使地球的生命体系和生态系统可以得以维持、演进和适应。
本文将探讨生物地球化学循环的探究，包括循环内元素的类型、循环过程以及循环对地球客观环境的影响等方面。
一、循环内元素的类型地球的地、水、空气和生物都包含了大量元素，这些元素会随着生物地球化学循环的推动而相互转化。
在这个循环过程中，经常涉及到碳、氮、磷、硫等元素，它们和其它元素之间也存在着协同作用。
其中碳、氮、磷三个元素是生命物质的三大基本元素，生物地球化学循环的过程中，它们三者的循环是最为重要和主要的。
碳元素的循环是因为并不像氮和磷这样间接关联于生命体的新陈代谢，而是直接反映了生物和非生物元素之间关系的化学循环，同时碳的循环也是影响全球温室效应的核心。
氮元素是构成蛋白质结构的重要组分，氮的循环与植物固氮、氮素改变形态和陆地和海洋的氮素循环密切相关。
磷元素则是影响微生物、植物和动物生长和繁殖最关键的元素，磷的循环也与溶解态磷、悬浮态磷和沉积态磷密切相关。
二、循环过程不同元素的循环存在其特有的生物地球化学循环方式，通常过程是由物理、化学和生物过程相结合而形成的。
物理和化学过程通常包括氧气水平、温度、酸碱度等方面，给予特定的环境因素可以使元素在循环时呈现明显的转化和迁移。
而生物过程则直接涉及生命体作用，在生物循环过程中营养元素转化和迁移着最为迅速和频繁。
植物光合作用、动物的消化吸收和生物的分解等过程也会影响到各个元素的循环。
在生物地球化学循环中最基本的循环途径包括碳-氧化和还原、氮素固氮-硝化以及磷的固磷、溶解态磷等过程。
这些过程在物理家庭和生物群体的交互影响下相互贯通，激发着各自的作用，产生了更大的生命效应。
简述磷循环的
简述磷循环的磷循环是植物、动物和微生物之间相互联系的一个重要的循环系统，也是地球生物生态系统的重要组成部分。
磷循环是水中和土壤中重要营养元素磷的生物循环。
从空气中到水底，以及从土壤中到植物叶上，它按照一定步骤运行，以满足生物的需要。
磷循环的基本过程如下：在空气中，磷是以二价磷（P2O5）的形式存在的，随着大气湿度变化，二价磷沉积在大气中，进入水体，被水生植物吸收，经过代谢，部分磷分解为可溶性的一价磷（H2PO4-或HPO42-），从植物叶片分泌到水中，被浮游生物吸收，经过代谢，部分可溶性磷分解为不溶性磷（Ca3(PO4)2），然后沉淀在水底，称为“底泥磷”。
底泥磷被海草吸收，由海草被重新放到海水中，进入食物链，由食物链中的动物被吸收，磷随排泄物（如尿液、排泄物）重新进入水体，以此循环。
其中，磷的一个重要的运转是空气-水-土壤的循环，也称为空气-水-土壤循环。
大气中的磷以水溶性的二价磷形式（表示为P2O5）沉积在水上，并随水的循环被植物和动物吸收，形成一个磷循环。
从水中到土壤，又是一个不断的过程：由水性沉淀作用，磷溶解，植物吸收，动物排泄而进入到土壤中；由酸溶作用，磷溶解，植物吸收，动物排泄而进入水中；由水性沉淀作用，磷溶解，植物吸收，动物消耗，最终形成一个关于磷的循环系统。
磷加入水体后，碳酸钙和碳酸氢钙沉淀，大量的磷被硬水中的碳酸钙迅速吸收。
而碳酸氢钙则缓慢地被常见的有机物所吸收，如枝叶、垃圾等，由于较慢的速率，它容易被将溶于水的磷滞留住，形成悬浮物，随水流水母等生物将悬浮物吸收，进入食物链，由食物链中的动物以及微生物再次释放。
在磷循环中，空气、水、土壤是三个重要的物质循环，每个物质循环都存在一种特殊的关系，彼此协作，形成一个完整的磷循环体系。
空气中的磷氮通过降水进入水体，水体的磷被植物吸收，然后进入食物链，最终动物将磷排泄到水中，它们分解并变成无机磷。
土壤中，磷又以液体或气态形式进入空气，这样，空气、水和土壤之间就形成了磷的闭合循环。
磷循环研究的现状及其应用
磷循环研究的现状及其应用磷是地球上生命所必需的元素之一。
它存在于DNA、RNA、ATP以及细胞膜等生物分子中，同时也是植物的重要营养元素之一。
然而，磷在自然界中的分布非常有限，大部分磷都存在于矿石和化石燃料中，这就导致了在人类生产和生活中，磷资源的日益稀缺。
为了更好地利用和保护磷资源，磷循环研究成为了一个热门的研究领域。
磷循环指的是磷元素在自然界中的循环过程，包括磷的来源、沉积、转化以及再生等过程。
了解磷循环对于我们深入理解自然界的生态系统和矿产资源的利用非常有帮助。
目前，磷循环的研究已经取得了一些重要的进展。
首先，科学家们已经开始研究磷循环中的微生物角色。
微生物在磷循环中起着至关重要的作用，它们可以通过各种代谢途径利用磷元素，同时也可以通过分解有机物和酶解磷酸盐等方式释放磷元素。
最近的一项研究发现，一种名为Pelagibacter ubique的海洋细菌可以通过代谢抑制磷酸盐被固定在有机物分子中，从而促进生态系统的稳定。
另外，磷循环研究还涉及到磷营养问题。
随着人类生产和消费的不断增长，越来越多的磷元素流失到环境中，导致土壤与水体中磷含量的下降。
这将直接影响到作物的生长和人类的食品来源。
因此，研究如何更好地利用和回收磷元素，以应对人类日益增长的需求，成为了磷循环研究的重要内容之一。
同时，磷循环研究还涉及到农业环境的保护。
在现代农业中，磷肥是一种必要的营养物质。
然而，如果磷肥施用不当，不仅会浪费磷资源，也会对环境产生负面影响。
磷肥的过量使用会导致土壤中磷含量的过高，导致水体中藻类过度生长，从而引发水体富营养化。
为了避免这种情况的发生，磷循环研究的一些成果已经被应用到现代农业实践中，例如磷肥的利用效率提高，磷肥的分层施用等。
这些措施的实施不仅可以保护环境，还可以提高农作物的产量和质量。
综上所述，磷循环研究是一个非常重要的领域，它将相关研究者从不同领域集中到一起，共同探索如何更好地处理和利用磷资源。
未来，我们可以期待更多科学家通过多种角度和方法来研究磷循环的各个方面，并将这些研究成果应用到更加实际的领域中。
微生物在生物地球化学中的作用
微生物在生物地球化学中的作用生命的基本单位是细胞，而微生物是最小型的单细胞生物，它们是地球上最早的生物之一，具有惊人的适应性和广泛的功能。
微生物的重要性在生态系统中格外突出，他们承担着自然能量和有机物质的生产和分解任务，可以在各种不同的环境中生存和繁殖，可以是良性的或致病的。
本文介绍微生物在生物地球化学中的作用。
一. 微生物在碳循环中的作用碳是生命中最重要的元素之一，对微生物来说也不例外。
碳在大气中形成CO2的形式存在，通过光合作用和呼吸作用在生物体中不停循环，将能量和化学反应转化为生物质或释放能量和废物。
微生物可通过两种方式将CO2固定为有机碳：一种方式是光合作用，这是微生物在有光的环境中将CO2转化为有机物质的过程。
其中可能有些微生物可通过无机物质或光合生物促进产生光合色素来利用光合作用，根据反应方法的不同，它们还可分为厌氧光合作用和光氧合成作用。
合成的有机物质可用来形成微生物的生物体或被生物体利用。
另一种方式是酸化还原反应，这是在缺氧环境下，微生物通过酸化还原反应将双氧水和光氧化还原（P-O-P)作用来固定CO2转化为有机碳。
在这种情况下，微生物不产生氧气，这些生物体可能在生物地球化学中起重要作用。
二. 微生物在氮循环中的作用氮在生物地球化学循环中那些重要的元素之一，它是氨基酸、核酸及其他生物分子必需的组成部分。
通过生态系统不同生物之间的相互联系，微生物起着关键的作用在氮的生命循环中。
氨氧化细菌利用氨、铵等氮源物和无机氧化物通过氧化过程将它们转化为硝酸盐离子，积累到最后就转化为甲烷脱氢酶。
这是氮固定的一部分：这种氧化还原过程为有机物质的后续崩解奠定了基础，它会转化为无机物质使它们能够再次进入自然循环。
同样，微生物可将硝酸盐离子利用吸附物还原、固定附着（碳化硅）和硝化过程将它们转化为氮气，使它们与大气循环链接在一起，发挥巨大的作用。
三. 微生物在磷循环中的作用磷为生命重要元素之一，在细胞壁、核苷酸和其他有机分子中起着重要作用。
微生物在物质循环中的作用
白腐—树皮上木质素被该菌分解后 漏出白色的纤维素部分。
第三节
氮循环
一、固氮作用
二、硝化作用
三、硝酸盐同化作用
四、氨化作用
五、铵盐同化作用
六、异化性硝酸盐还原作用
自然界氮的固定，有两种方式: 一是非生物固氮，即通过闪电高温放电等固氮，这样形成的 氮化物很少； 二是生物固氮，即通过微生物的作用固氮，大气中９０％以 上的分子态氮都是微生物的活性而固定成氮化物。
2、硝化作用
硝化作用：氨基酸脱下的氨，在有氧的条件下，经亚硝
酸细菌和硝酸细菌的作用转化为硝酸 。 硝化作用分两步进行：
好 氧 细 菌—— 链球菌和葡萄球菌
好氧芽孢细菌——枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌 兼 性 厌 氧 菌——变形杆菌、假单胞菌 厌 氧 菌——腐败梭状芽孢杆菌、生孢梭状芽孢杆菌
此外，还有曲霉、毛霉和木霉等真菌以及链霉菌(放线菌)。
蛋白质的水解和氨基酸的转化
（一）蛋白质的水解
蛋白酶 肽酶
蛋白质
素的分解。
首先破坏纤维素的结晶状态，打断氢键，内切酶切开
(1,4)糖苷键，外切酶从暴露的纤维链素末端切下二糖单
位，最后-葡萄糖苷酶对纤维二糖水解得葡萄糖。
A．微生物分解途径
纤维素 厌 氧 发 酵 葡萄糖
纤维素酶 纤维二糖酶
纤维二糖
葡萄糖
氧化酶、脱氢酶、脱羧酶
细胞色素bc1caa3、 细胞色素氧化酶
在磷酸化酶作用下分解
H PO 3 4 (C H O ) (C H O ) G P 6 10 5 n 磷酸化酶 6 10 5 n - 1 G P H O G Pi 2
简述磷循环的
简述磷循环的。
《简述磷循环的》
一、什么是磷循环
磷循环指的是一种物质运转的过程，即磷从地壳中释放出来，通过水体流动进入其他环境，进而被生物吸收，再通过排泄等方式回归地壳，然后重新经历整个循环过程而得以实现物质的运转，也就是“磷循环”。
磷被植物、动物和微生物吸收后，用于维持生物的正常功能，比如出现在DNA和RNA中，也可以作为植物的结构构建材料。
二、磷循环发展演变
磷循环发展演变有这样几个方面：
1. 地球表面磷循环。
这种经典的磷循环以土壤和海洋为主要出口，被植物吸收和植物脱磷所控制，自然界绝大部分生物在环境中利用磷。
2. 地下磷循环。
磷是地球表层土壤及生物磷的源头是地下深处的岩石。
岩石中的磷被水解和溶解，携带于地下水中，潜入地表的河流和湖泊。
3. 海洋磷循环。
海水磷是海洋磷循环的重要组成部分，此外，海洋磷也有深海下沉的一部分，一部分则被沉积在大气层中，使海洋与大气实现磷的共同循环。
三、磷循环的作用
磷循环对生态系统有重要作用，有以下几点：
1. 磷在对大气累积了大量温室气体减除排放量碳有积极作用。
2. 磷有助于改善土壤肥力，增加植被生长，改变土壤物质组成，有助于促进植物生长发育。
3. 磷可提高生物吸收氧气和养分，促进水生动植物生长，改善微生物结构，提高水体的生态状态，对淡水和海洋生物具有重要的生态功能。
4. 磷循环可以促进环境的平衡，有助于优化生物的结构和功能，避免同样种群之间的竞争，从而保证环境的均衡性。
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微生 物酶
核糖+磷酸+嘌呤+嘧啶
有机磷化物被矿 化过程中是否有 磷释放，取决于 其C/P：C/P<200，
释磷 C/P200～300不释 磷 C/P>300，吸磷
植酸
微生 物酶
磷酸+环已烷
植酸的分子结构
磷脂酸+水
微生 物酶
醇类+磷酸
卵磷脂
微生 物酶
甘油+磷酸+脂肪酸
2.2 难溶性磷化合物的溶解
微生物与生物地球 化学循环之磷循环
讲授内容
1 磷素循环概述 2 微生物在磷素循环各环节中的作用机制 3 当前主要研究方向 4 论文举例
磷素循环概述
几类主要磷库
陆地生物 2.6×109t 土壤 9.6～16×1010t 海洋沉积物 8.4×1014t 海洋生物 5～12×107t
岩矿 1.9×1010t
微生物产酸 溶解作用
难溶性磷化合物 （钙磷、铁铝磷）
磷酸+其它产物
微生物氧化还原反应 Fe3 +→ Fe2+
铁磷
磷酸+其它产物
磷酸+其它产物
脱硫弧菌
硫铁矿
2.3 磷的微生物同化作用
小分子有 机磷化物 微生物吸收同化 PO43-
同化条件：自身C/P>100/1；环境N/P> 10/1
3 当前主要研究方向
1990 年大田试验前土壤基本肥力性状
有机碳 全氮
15.4 g· kg -1 1.88 g· kg -1
全磷
0.60 g· kg -1
速效磷 pH
16.2 5.74
Al-P
31.6 mg·kg 1
Fe-P
104.8 mg ·kg
-1
Ca-P
O-P
有机磷
166.3 mg· kg 1.
67.4m · 129.9 mg ·kg Kg -1 -1
海洋溶解 8.0×1010t
有机磷
植物与 微生物 吸收 可溶性 磷酸盐
产酸微生 物作用 难溶性 磷酸盐 与土壤盐 基结合
微生物 作用
自然界磷的转化与循环
2 微生物在磷素循环各环节中的作用机制
有机磷的矿化作用
难溶性磷化合物的溶解 磷的微生物同化作用
2.1 有机磷的矿化作用
核糖核酸
• 微生物量磷与供磷
无机磷、 有机磷
吸收
微生物体
矿化 吸收
植物体
• 微生物量磷与环境 磷污染
无机磷、 有机磷
吸收
微生物体
矿化
面源污染
论文举例
• 题目：不同施肥模式下稻田土壤微生物生 物量磷对土壤有机碳和磷素变化的响应 • 目的：揭示稻田土壤微生物生物量磷对环 境变化的反应 • 思路：不同施肥试验→采土样→分析指标 →结论
明MB-P主要同化于有机磷。
3）相关分析表明, 土壤MB-P与Al-P、Ca-P呈显著正相关( P < 0.05) , 但 与Fe-P、O-P的相关性未达到显著水平.土壤微生物对稻田土壤Al-P、
Fe-P、Ca-P和O-P的利用可能是促进其向有效磷方向 转化的关键途径
4）当MB-C /MB-P值较小时,土壤微生物释放磷的潜力较大,从 而发挥补充有效磷库的功能;而当MB-C /MB-P值过高时,微生物 处于缺磷状态,趋于吸收土壤中的有效磷,从而与作物竞争土壤中 的有效磷。
MB-P与其它指标的相关性
Olsen-P MB-P ＊＊
有机P ＊＊
Al-P ＊＊
Ca-P ＊
MB-C ＊＊
＊ ＊——极显著相关；＊——显著相关
分析与结论
1）相关分析表明,土壤MB-P ( y)与Olsen-P ( x) 之间存在显著的线性相 关关系,其回归方程为y (mgkg- 1 ) = 0.5039x2 (mg ·kg- 1 ) + 15.66 ( R =0.824, P < 0.05) 但是在土壤Olsen-P含量低于7.0mg· kg- 1的情况下,无论是否存在有机养 分循环利用处理,土壤MB-P含量都显著高于土壤Olsen-P ( P< 0.05) ;在 土壤Olsen-P含量较高情况下( > 15.0mg· kg- 1 ) ,MB-P占土壤全磷比例 与Olsen-P占土壤全磷比例接近.说明MB-P是土壤有效磷的重要来源。 2）相关分析表明,土壤MB-P ( y)与有机磷( x)呈极显著的相关关系, 表
试验设计
1)不施化肥,收获物全部移出系统(CK) 2)不施化肥,收获物中养分循环利用(C) 3)施化肥N,收获物移出系统(N) 4)在施化肥N的基础上,收获物中养分循环利用(N +C) 5)施化肥N、P,收获物移出系统(NP) 6)在施化肥N、P的基础上,收获物中养分循环利用(NP+C) 7)施化肥N、P、K,收获物移出系统(NPK) 8)在施化肥N、P、K的基础上,收获物中养分循环利用 (NPK +C).