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1、农业生态学(7),耿宇鹏 云南大学生态学与地植物学研究所 Oct 17, 2012,1,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 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
2、氮） NxOy（无机结合氮） NH4+（铵态氮）NH3（氨态氮） NO3-、NO2-（硝态氮）,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。 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
3、系统中的氮循环,粮食收获,工业固氮,（Fritz Haber）,弗里茨-哈伯,1. 用空气制造面包的圣人,2. 毒气战元凶,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”，荣获1918年诺贝尔化学奖。 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、毒气战的元凶。,氮肥的种类,铵态氮肥 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
4、和微生物 化肥和面源污染 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 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。 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。 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,
