理解氮循环（简单解释）

为何氮如此重要，又为何难以获得

氮是每种生物都需要的元素之一，因为它是蛋白质和DNA等核酸的主要组成成分。如果没有可利用形式的氮供应，生物就无法生长或修复细胞。

这就产生了一个难题：我们周围的空气大约78%是氮气（N₂），但几乎没有植物或动物能以这种形式利用它。N₂中的两个氮原子由极强的三键连接，使这种气体非常不活泼。

植物只有在氮被转化为可溶解、有反应性的形式（如硝酸根离子）后，才能通过根部从土壤中吸收。

这也是为什么土壤中缺乏硝酸盐会在植物身上引起明显问题，例如生长迟缓、叶片发黄，因为氮不仅是蛋白质的组成成分，也是叶绿素的组成成分，缺氮的植物难以正常生长和进行光合作用。

氮如何变得可以利用

1. 固氮作用：某些细菌，包括生活在豆类等豆科植物根瘤中的固氮细菌，以及生活在土壤中的自生细菌，把大气中的氮气转化为植物最终能利用的铵盐。
2. 闪电固氮：闪电释放的能量也能把空气中的氮气与氧气结合，形成氮氧化物，这些氮氧化物溶于雨水后以硝酸盐的形式到达土壤。这一途径为土壤增加的氮远比固氮细菌少。
3. 硝化作用：土壤中的硝化细菌接着把这些铵盐先转化为亚硝酸盐，再转化为硝酸盐。
4. 同化作用：植物的根从土壤中吸收硝酸根离子，用来构建蛋白质和核酸；动物则通过取食植物，或取食吃过植物的其他动物来获得氮。与植物不同，动物无法直接用硝酸盐合成蛋白质，因此完全依赖食物中已经组装好的含氮化合物。

把氮送回土壤和空气

氮不会永远被锁在动植物体内。当生物死亡，或产生尿素、粪便等废物时，分解者，主要是细菌和真菌，通过分解作用把这些含氮化合物分解掉，把铵盐重新释放到土壤中，硝化细菌又可以把它们再次转化为硝酸盐，供植物吸收。

土壤中的部分硝酸盐，尤其是在积水、缺氧的环境中，会被脱氮细菌转化回氮气，释放到大气中。这个过程称为脱氮作用，正是它把氮送回空气中，完成整个循环。

正是通过分解作用和硝化作用不断循环的氮，才使土壤保持足够的肥力，一代又一代地支持植物持续生长。

循环概览

常见混淆之处

氮循环在SPM中如何考查？

考试题目通常有三种形式。图解题会给出带箭头的循环图，要求你说出每个箭头处的过程以及负责的细菌种类。

结构题会给出一个情境，例如积水的田地，要求你解释它如何改变硝酸盐水平。论述题则可能要求你按顺序描述整个循环。

最常见的失分来自把物质当成过程来写，或反过来。当箭头由氮气指向铵盐时，答案是“固氮作用”，负责的是“固氮细菌”。

准确说出每个过程及其对应的细菌，才是拿满分的关键。

农民为什么种植豆科植物并轮作？

豆科植物如豌豆、菜豆和花生的根瘤中带有固氮细菌，因此豆科作物在生长时会把可利用的含氮化合物加入土壤。作物收割后，把根翻回土里，这些氮便为下一季作物增肥。

这正是农民常把耗氮作物与豆科作物轮作，而不是年复一年种同一种作物的原因。这样可减少对人工硝酸盐肥料的需求，这类肥料昂贵，还可能被冲入河流引发问题。

理解循环与农业之间的这种联系，是常见的应用题。

循环被打乱时会发生什么？

这个循环依赖于增加硝酸盐的细菌与去除硝酸盐的细菌之间的平衡。积水土壤缺氧，有利于脱氮细菌，于是硝酸盐以氮气的形式流失，土壤肥力下降。

排水并翻耕土壤能让空气进入，从而减缓脱氮作用，为植物保留更多硝酸盐。

施加过多硝酸盐肥料则会带来另一种问题。雨水把多余的硝酸盐从土壤冲入河流与湖泊，使藻类迅速繁殖。

藻类死亡后，分解者会耗尽水中的氧气，其他水生生物可能因缺氧而死亡。这说明了氮的自然循环对土壤与水体都很重要。

来源:SRC-DSKP-EN

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