农业生态学
• 然而,由于人为活动造成的氮沉降持续进行,生态系统中 氮素不断积累,各种生命过程都将发生改变。这可能会产 生一系列环境问题。
• 淡水水体富养化:蓝藻爆发
• 海水水体富养化:赤潮
• 反硝化作用
– 也称脱氮作用。反硝化细菌在缺氧条件下,还原硝酸盐,释放出分子态氮或 一氧化二氮的过程。
• 生物有机氮的合成(同化作用)
– 生物利用铵态氮或硝态氮合成含氮有机物的过程
自然生态系统的氮循环
石油农业生态系统中的氮循环
粮食收获
工业固氮
1909年,哈伯发明了人工合成氨的工艺流程,奠定
了化肥工业的基础,被誉为“用空气制造面包的圣人”,
• 作为营养源和酸源,大气氮沉降数量的 急剧增加将严重影响陆地及水生生态系 统的生产力和稳定性,对土壤和水体环 境、农业和森林生态系统以及生物多样 性等方面都会造成影响。
氮循环与全球气候变化
• 氮氧化合物是一种温室气体 • 氮氧化合物影响大气臭氧层
氮沉降与环境污染
• 自然生态系统中,植物的生长常常受到氮素的限制。
• 禾谷类作物的分蘖显 著减少,甚至不分蘖 ,幼穗分化差,分枝 少,穗形小,作物显 著早衰并早熟,产量 降低。
氮循环
• 氮循环(Nitrogen Cycle)是描述自然界中氮单质和含氮化 合物之间相互转换过程的生态系统的物质循环过程。
• 自然界中氮元素的存在形式
– N2(游离氮) – NxOy(无机结合氮) – NH4+(铵态氮)NH3(氨态氮) – NO3-、NO2-(硝态氮)
– N2 是惰性氮,人工固氮、化石燃料导致活性氮增加 – 越来越多的活性氮进入大气和水体,导致环境问题
氮沉降(nitrogen deposition)
• 大气中的氮化合物(包括自然来源和人 类活动来源)通过非生物途径进入生态 系统的过程。
• 大气中的氮元素以NHx(包括NH3、RNH2 和NH4+)和NOx的形式,通过降尘或降水 的形式,进入到陆地和水体。人为干扰 下的大气氮素沉降已成为全球氮素生物 化学循环的一个重要组成部分。
农业生态学(7)
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农业生态中的氮循环
• 自然生态系统的氮循环 • 农业生态系统的氮循环 • 氮肥的负面影响 • 全球变化与氮沉降
氮的重要性
• 蛋白质(氨基酸) • 核糖核酸(核苷酸)
• 叶绿素
农作物缺氮时的表现
• 植株矮小,细弱 • 叶呈黄绿、黄橙等非
正常绿色,基部叶片 逐渐干燥枯萎 • 根系分枝少
– 碳酸氢铵、硫酸铵、氯化铵等
• 硝态氮肥
– 硝酸钠、硝酸钙、硝酸铵等
• 酰胺态氮肥
– 尿素
大量施用化学氮肥的负面影响
• 对土壤的影响
– 物理结构:土壤板结 – 生物结构:土壤动物和微生物
• 化肥和水源污染
– 地表径流造成氮元素大量流失 – 地表和地下水的污染(湖泊富养化、城市饮水污染)
• 农业生态系统中氮循环的失衡
荣获1918年诺贝尔化学奖。
弗里茨-哈伯(Fritz Haber)
1915年4月23日,一战中的德军统帅部采用哈伯的 建议,在比利时施放氯气,造成了15000多人的伤亡。 盲目的爱国主义使得哈伯成为制造化学武器的鼻祖、毒
1. 用空气制造面包的圣人 肥
自然生态系统的氮循环
氮循环的关键过程
• 生物固氮
– 一些共生细菌(主要与豆科植物共生)和一些非共生细菌能够将大气中的游 离氮转化成铵态氮并加以利用
• 氨化作用
– 微生物分解有机氮化物产生氨的过程
• 硝化作用
– 氨在微生物(如硝化细菌)作用下氧化为硝酸的过程。通常发生在通气良好 的土壤、厩肥、堆肥和活性污泥中。