氮循环

氮循环是生物地球化学循环，氮在大气、陆地和海洋生态系统中循环时被转化为多种化学形式。氮的转化可以通过生物和物理过程进行。氮循环的重要过程包括固定、氨化、硝 化和反硝 化。地球大气中的大部分（78%）是大气中的氮，使其成为xxx的氮源。然而，大气中的氮对生物的利用是有限的，导致许多类型的生态系统中可用的氮的稀缺。

生态学家对氮循环特别感兴趣，因为氮的可用性可以影响关键生态系统过程的速度，包括初级生产和分解。人类活动，如化石燃料的燃烧、人工氮肥的使用和废水中氮的释放，已经极大地改变了全球的氮循环。人类对全球氮循环的改变会对自然环境系统和人类健康产生负面影响。

氮以各种化学形式存在于环境中，包括有机氮、铵（NH+4）、亚硝酸盐（NO-2）、硝酸盐（NO-3）、一氧化二氮（N2O）、一氧化氮（NO）或无机氮气（N2）。有机氮可能是以生物体、腐殖质或有机物分解的中间产物的形式存在。

氮循环的过程是将氮从一种形式转化为另一种形式。其中许多过程是由微生物进行的，它们或者努力获取能量，或者以其生长所需的形式积累氮。例如，动物尿液中的含氮废物被土壤中的xxx细菌分解，供植物使用。旁边的图表显示了这些过程是如何结合在一起形成氮循环的。

通过大气、工业和生物过程将氮气（N2）转化为硝酸盐和亚硝酸盐，称为固氮。大气中的氮气必须被处理或固定为可用的形式，以便被植物吸收。每年有50至100亿公斤的氮被雷击固定，但大多数固定是由自由生活的或被称为重氮菌的共生细菌完成的。

这些细菌有氮素酶，能将气态氮与氢结合，产生氨，氨被细菌转化为其他有机化合物。大多数生物固氮作用是通过Mo-氮素酶的活动发生的，在各种细菌和一些古细菌中发现。

Mo-氮素酶是一种复杂的双组分酶，有多个含金属的修复基团。自由生活的细菌的一个例子是Azotobacter。共生固氮细菌如根瘤菌通常生活在豆科植物（如豌豆、紫花苜蓿和槐树）的根瘤中。

在这里，它们与植物形成一种互利关系，产生氨以换取碳水化合物。由于这种关系，豆科植物往往会增加贫氮土壤的氮含量。少数非豆科植物也能形成这种共生关系。今天，大约30%的固定氮是利用哈伯-博世工艺进行工业化生产的，该工艺利用高温和高压将氮气和氢源（天然气或石油）转化为氨。

植物可以通过根毛从土壤中吸收硝酸盐或铵。如果吸收了硝酸盐，它首先被还原成亚硝酸盐离子，然后被还原成铵离子，以纳入氨基酸、核酸和叶绿素中。在与根瘤菌有共生关系的植物中，一些氮被以铵离子的形式直接从根瘤中同化。现在已经知道，在根瘤菌的细菌和植物之间存在着更复杂的氨基酸循环。

植物向细菌提供氨基酸，因此不需要氨同化，细菌将氨基酸（连同新固定的氮）传回给植物，从而形成一种相互依赖的关系。虽然许多动物、真菌和其他异养生物通过摄取氨基酸、核苷酸和其他小的有机分子获得氮，但其他异养生物（包括许多细菌）能够利用无机化合物，如铵作为xxx的氮源。对各种氮源的利用在所有生物体中都受到仔细的调节。

当植物或动物死亡或动物排出废物时，氮的最初形式是有机的。细菌或真菌将遗体中的有机氮转化为铵（NH+4），这一过程称为氨化或矿化。