固氮作用

固氮的途径主要有生物固氮、工业固氮和高能固氮三种。

▲固氮菌

生物固氮。这是最重要的固氮途径，属于天然固氮方式。生物固氮量每年大约占全球固氮量的90%，能够进行固氮作用的生物主要是固氮菌及与豆科植物共生的根瘤菌和蓝藻等自养或异养微生物。

高能固氮。通过闪电、宇宙射线、陨石、火山爆发等所释放的能量进行固氮，形成的氨或硝酸盐随着降雨到达地球表面，也属于天然固氮方式。

工业固氮。随着工农业的发展，工业固氮能力越来越大。工业固氮已对生态系统中的氮的循环产生了重要影响。

已知能固氮的细菌和藻类很多，但主要可以分为两个类群。一类是共生的固氮微生物，另一类是自由生活的固氮微生物，但是共生固氮微生物在数量上至少要比自由生活的固氮微生物多好几百倍。共生的固氮微生物主要生活在陆地，自由生活的固氮微生物在陆地和水域都有。在固氮微生物中，根瘤菌是最重要的，也是人类了解最清楚的。根瘤菌对宿主植物有高度的特异性，一定种类的根瘤菌只同一定种类的豆科植物发生共生关系。由于豆科植物与根瘤菌之间已形成了密切的共生关系，所以豆科植物离开了根瘤菌就不能固氮，而把根瘤菌接种在其他植物上也不能固氮。

▲氮循环的过程

点击

固氮作用的意义在于：（1）在全球尺度上平衡反硝化作用；（2）在像熔岩流过和冰河退出后的缺氮环境里，最初的入侵者就属于固氮生物；（3）大气中的氮只有通过固氮作用才能进入生物循环。

氨化作用

氨化作用也称矿化作用，当无机氮经由蛋白质和核酸合成过程而形成有机化合物以后，这些含氮的有机化合物，通过生物的新陈代谢，又会使氮以代谢的形式重返氮的循环圈。土壤和水中的很多异养细菌，放线菌和真菌都能利用这种富含氮的有机化合物。这些简单的含氮有机化合物受上述生物的代谢活动中可转变为无机化合物并把它释放出来，这个过程就称为氨化作用。另外氨化过程是一个释放能量的过程，或者说是一种放热反应。

硝化作用

硝化作用是氨的氧化过程，这个过程可以分两步，第一步是把氨或铵盐转变为亚硝酸盐，第二步是把亚硝酸盐转变为硝酸盐。亚硝化细菌可以把氨或铵盐转变为亚硝酸盐，硝化细菌可以把亚硝酸盐转变为硝酸盐，这些细菌都是自养细菌，它们能够在这一过程中获得它们所需要的能量。通气良好的土壤中，氨化合物被亚硝酸盐细菌和硝酸盐细菌氧化为亚硝酸盐和硝酸盐，供植物吸收利用。土壤中还有一部分硝酸盐变为腐殖质的成分，被雨水冲洗掉，然后经径流到达湖泊和河流，最后到达海洋，为水生生物所利用。海洋中还有相当数量的氨沉积于海洋而暂时离开循环。

▲硝化作用

反硝化作用(www.daowen.com)

反硝化作用也称脱氮作用，反硝化细菌将亚硝酸盐转变为大气氮，回到大气库中。由于反硝化作用是在无氧或缺氧条件下进行的，所以这一过程通常是在透气性较差的土壤中进行的。因此，在自然生态系统中，一方面通过各种固氮作用使氮素进入物质循环，另一方面通过反硝化作用，淋溶沉积等作用使氮素不断重返大气，从而使氮的循环处于一种平衡状态。

延伸阅读——《京都议定书》

为了使人类免受气候变暖的威胁，1997年12月，《联合国气候变化框架公约》第三次缔约方大会在日本京都举行。149个国家和地区的代表通过了旨在限制发达国家温室气体排放量以抑制全球变暖的《京都议定书》。其目标是“将大气中的温室气体含量稳定在一个适当的水平，进而防止剧烈的气候改变对人类造成伤害”。

▲日本京都

《京都议定书》需要占1990年全球温室气体排放量55%以上的至少55个国家和地区批准之后，才能成为具有法律约束力的国际公约。中国于1998年5月签署并于2008年8月核准了该议定书。欧盟及其成员国于2002年5月31日正式批准了《京都议定书》。《京都议定书》于2005年2月生效。

《京都议定书》已对2008年到2012年第一承诺期发达国家的减排目标作出了具体规定，即整体而言发达国家温室气体排放量要在1990年的基础上平均减少5.2%。不过，不同国家有所不同，比如，欧盟作为一个整体要将温室气体排放量削减8%，日本和加拿大各削减6%，而美国削减7%。

▲《京都议定书》

议定书建立了旨在减排温室气体的三个灵活合作机制——国际排放贸易机制、联合履行机制和清洁发展机制。清洁发展机制是发达国家与发展中国家之间的一种国际履约机制。通过这一机制的实施，发达国家缔约方通过提供资金和技术的方式与发展中国家进行合作，实施具有温窒气体减排效果的项目，用比较低康的成本获得温室气体减排量，以抵消其部分减排义务。同时，发展中国家通过这种合作可获得资金和技术，是一种国际合作的“双赢”机制。

议定书允许采取以下四种减排方式：

1.两个发达国家之间可以进行排放额度买卖的“排放权交易”，即难以完成削减任务的国家，可以花钱从超额完成任务的国家买进超出的额度。

2.以“净排放量”计算温室气体排放量，即从本国实际排放量中扣除森林所吸收的二氧化碳的数量。

3.可以采用绿色开发机制，促使发达国家和发展中国家共同减排温室气体。

4.可以采用“集团方式”，即欧盟内部的许多国家可视为一个整体，采取有的国家削减、有的国家增加的方法，在总体上完成减排任务。

截至2004年，主要工业发达国家的温室气体排放量在1990年的基础上平均减少了3.3%，但世界上最大的温室气体排放国美国的排放量却比1990年上升了15.8%。2001年，美国总统布什刚开始第一任期就宣布美国退出《京都议定书》，理由是议定书给美国经济发展带来过重负担，美国也是目前唯一游离于议定书之外的发达国家。