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自然界的氮循环

来源:新华网    发布日期:2018-07-04

蛋白质、核酸等物质是生命的物质基础,它们与生命及各种形式的生命活动紧密联系在一起,蛋白质、核酸中都含有氮,那么其中的氮从哪里来、到哪里去,又是如何被利用的呢?

植食性动物直接以植物为食,将植物体内的有机氮同化成其体内的有机氮;肉食性动物则通过捕食,从前一营养级的动物体中获得有机氮,从而合成其体内的有机氮,通过食物链使氮元素以有机物的形式在各营养级间流动。

植物中的蛋白质等有机氮是如何而来的?其实,氮在自然界中有许多存在形式,如沉埋在海底的氮、蕴涵在矿物质中的氮等,其中,大气中的氮成分最多,占78%。但大气中的这些氮不能被多数生物直接利用,需要借助鱼腥藻、念珠藻和颤藻等固氮蓝细菌中所含有的固氮酶进行生物固氮;另外,豆科植物的根部有很多瘤状突起,这些突起是由于根瘤菌的入侵而增殖产生的,根瘤菌从豆科植物根的皮层细胞中吸取糖类、矿质盐类及水分,以维持自身的生长繁殖,同时根瘤菌可以将空气中游离的氮固定下来,转变为植物所能利用的含氮化合物,供植物生活所需。

除了生物固氮途径,自然界中的闪电、宇宙射线、火山爆发等活动,都可以将大气中的氮转化为硝酸盐,并通过降水到达地面,一定程度上补充了地球可被利用的氮资源,这种途径被称为高能固氮。

另外,农业生产中植物对氮肥的需求远大于生物固氮途径的补给,因而造成农业中氮肥短缺。为此,科学家研究发明了化肥,从而实现了工业固氮。

通过上述三种固氮作用,大气中的氮被处理和加工为可被植物所利用的硝酸盐、氨等,从而将无机氮同化成植物体内的有机氮。

动植物的遗体、排出物(如粪便、尿素等)和残落物中的有机氮被微生物分解后形成氨,这一过程叫做氨化作用。在有氧的条件下,土壤中的氨或铵盐在硝化细菌的作用下氧化成硝酸盐,这一过程叫做硝化作用。氨化作用和硝化作用产生的无机氮,都能被植物吸收利用。在氧气不足的条件下,土壤中的硝酸盐被反硝化细菌等多种微生物还原成亚硝酸盐,并且进一步还原成分子态氮,分子态氮则返回到大气中,这一过程叫做反硝化作用。大气中的分子态氮被还原成氨,这一过程叫做固氮作用。没有固氮作用,大气中的分子态氮就不能被植物吸收利用。

总之,在一个生态系统中,氮不仅是生物体的组成成分,同时也可排放在大气中形成非生物体系成分,氮单质和含氮化合物之间不断相互转换、被循环利用的过程称为生态系统的氮循环。

编辑:蔡思颖
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