氮循环

氮循环使氮在其多种氧化态之间转化，从惰性的大气双原子氮到维持生命的活性形式，过量时则会污染空气和水。

Definition

氮通过固氮、硝化、反硝化和同化在全球范围内循环，涉及多种氧化态。

Scope

本主题涵盖生物和工业固氮、硝化和反硝化、氮的同化和矿化，以及人类活动向氮循环中添加活性氮所引起的环境影响级联。

Core questions

• 惰性大气氮如何转化为活性形式？
• 哪些微生物反应可以使氮的氧化态相互转化？
• 工业固氮如何改变了全球氮循环？
• 什么是氮级联，它为何重要？

Key theories

活性氮级联

一个由人类产生的活性氮原子可以在生态系统中移动，引起一系列连续效应，包括烟雾、酸化、富营养化和温室效应，最终才通过反硝化作用被去除。

Mechanisms

固氮微生物和工业哈伯-博世（Haber-Bosch）工艺将双原子氮转化为氨；硝化作用将铵氧化为硝酸盐；同化作用构建生物质；反硝化作用将氮以N2和一氧化二氮的形式返回大气。人类固氮量现已与自然来源相当，使生态系统充满了可移动的活性氮。

Clinical relevance

氮循环是肥料驱动的粮食生产的基础，但也导致水体硝酸盐污染、沿海死亡区以及影响气候和臭氧的一氧化二氮排放。

History

20世纪初的哈伯-博世工艺通过实现大规模工业固氮，改变了氮循环；后来的研究揭示了由此产生的氮级联及其全球规模。

Key figures

• Fritz Haber
• Carl Bosch
• James N. Galloway

Seminal works

• galloway2008
• schlesinger2013

Frequently asked questions

如果氮是必需的，为什么活性氮会成为问题？

生命需要活性氮，但过量的活性氮会通过空气和水传播，导致污染、富营养化和温室气体排放，最终才被清除。