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基本概念

空氣中含有大約78%的氮?dú)猓加薪^大部分的氮元素。氮是許多生物過程的基本元素；它存在于所有組成蛋白質(zhì)的氨基酸中，是構(gòu)成諸如DNA等的核酸的四種基本元素之一。在植物中，大量的氮素被用于制造可進(jìn)行光合作用供植物生長的葉綠素分子。

加工，或者固定，是將氣態(tài)的游離態(tài)氮轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀挥袡C(jī)體吸收的化合態(tài)氮的必經(jīng)過程。一部分氮素由閃電所固定，同時(shí)絕大部分的氮素被非共生或共生的固氮細(xì)菌所固定。這些細(xì)菌擁有可促進(jìn)氮?dú)鈿浠蔀榘钡墓痰?，生成的氨再被這種細(xì)菌通過一系列的轉(zhuǎn)化以形成自身組織的一部分。某一些固氮細(xì)菌，例如根瘤菌，寄生在豆科植物（例如豌豆或蠶豆）的根瘤中。這些細(xì)菌和植物建立了一種互利共生的關(guān)系，為植物生產(chǎn)氨以換取糖類。因此可通過栽種豆科植物使氮素貧瘠的土地變得肥沃。還有一些其它的植物可供建立這種共生關(guān)系。

其它植物利用根系從土壤中吸收硝酸根離子或銨離子以獲取氮素。動(dòng)物體內(nèi)的所有氮素則均由在食物鏈中進(jìn)食植物所獲得。

氨

氨來源于腐生生物對(duì)死亡動(dòng)植物器官的分解，被用作制造氨離子（NH 4 ）。在富含氧氣的土壤中，這些離子將會(huì)首先被亞硝化細(xì)菌轉(zhuǎn)化為亞硝酸根離子（NO 2 ），然后被硝化細(xì)菌轉(zhuǎn)化為硝酸根離子（NO 3 ）。銨的兩步轉(zhuǎn)化過程被叫做硝化作用。

氨對(duì)于魚類來說有劇毒，因此必須對(duì)廢水處理廠排放到水中的氨的濃度進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)控。為避免魚類死亡的損失，應(yīng)在排放前對(duì)水中的銨進(jìn)行硝化處理，在陸地上為硝化細(xì)菌通風(fēng)提供氧氣進(jìn)行硝化作用成為一個(gè)充滿吸引力的解決辦法。

硝酸鹽危害

氨離子很容易被固定在土壤中（尤其是腐殖質(zhì)和粘土）。而硝酸根離子和亞硝酸根離子則因它們自身的負(fù)電性而更不容易被固定在正離子的交換點(diǎn)（主要是腐殖質(zhì)）多于負(fù)離子的土壤中。在強(qiáng)降雨后或過量灌溉后，硝酸根和亞硝酸根移動(dòng)到地下水的情況經(jīng)常會(huì)發(fā)生。地下水中，硝酸鹽含量的提高關(guān)系到飲用水的安全，因?yàn)樗羞^量的硝酸根離子會(huì)影響嬰幼兒血液中的氧濃度并導(dǎo)致高鐵血紅蛋白癥或藍(lán)嬰綜合征。如果，過量硝酸鹽通過徑流或地下水進(jìn)入地表水，會(huì)導(dǎo)致水體的富營養(yǎng)化;，使得藍(lán)藻菌和其它藻類大量繁殖，導(dǎo)致水生生物因缺氧而大量死亡。雖然不像銨一樣對(duì)魚類有毒，硝酸鹽可通過富營養(yǎng)作用間接影響魚類的生存。氮素已經(jīng)導(dǎo)致了一些水體的富營養(yǎng)化問題。從2006年起，在英國和美國使用氮肥將受到更嚴(yán)厲的限制，磷肥的使用也將受到了同樣的限制。這些措施被普遍認(rèn)為是為了治理恢復(fù)被富營養(yǎng)化的水體而采取的。

在無氧或低氧條件下，厭氧細(xì)菌的“反硝化作用”將會(huì)發(fā)生。最終將硝酸中氮的成分還原成氮?dú)鈿w還到大氣中去。

氮?dú)?N 2 )的轉(zhuǎn)化

有三種將游離態(tài)的N 2 （大氣中的氮?dú)猓┺D(zhuǎn)化為化合態(tài)氮的方法：

生物固定 – 一些共生細(xì)菌（主要與豆科植物共生）和一些非共生細(xì)菌能進(jìn)行固氮作用并以有機(jī)氮的形式吸收。

工業(yè)固氮 – 在哈伯-博施法中，N 2 與氫氣被化合生成氨（NH 3 ）肥。

化石燃料燃燒 – 主要由交通工具的引擎和熱電站以NOx的形式產(chǎn)生。

另外，閃電亦可使N 2 和O 2 化合形成NO 2 ，是大氣化學(xué)的一個(gè)重要過程，但對(duì)陸地和水域的氮含量影響不大。

由于豆科植物（特別是大豆、紫苜蓿和苜蓿）的廣泛栽種以及使用哈伯-博施法生產(chǎn)化學(xué)肥料和交通工具和熱電站釋放的含氮污染成分，人類使得每年進(jìn)入生物利用形態(tài)的氮素提高了不止一倍。這所導(dǎo)致的富營養(yǎng)作用已經(jīng)對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了破壞。

參見條目

固氮作用

硝化作用

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