氮循環 -下

氮循環 (Nitrogen Cycle)-下
臺北市忠孝國民中學自然領域張馨文實習老師/國立臺灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

根據劉業經「樹木誌」中的記載，達耶魯族祖先的遺訓：「於墾植三年後，栽植赤楊，再耕時，土壤可變肥沃，節省勞力。」此段話中，即是證明在非豆科植物中也具有肥沃土壤的功用。木麻黃、台灣赤楊（Alnus formosana）、楊梅等非豆科植物中，可與放線菌(frankia)共生亦會有根瘤的產生，此種細菌較一般細菌更耐乾旱及高溫，而形成根瘤的固氮能力與豆科植物的根瘤菌相當，其所固定的氮元素總量不亞於豆科植物之根瘤菌所固定的氮素總量。

這些具有共生固氮能力的微生物，皆屬於好氣性細菌，如果遇到土壤通氣不良或是用過多的氮肥，皆會抑制根瘤的發育與形成，固氮能力也會因之減弱。 圖一.固氮作用固氮作用的最初產物為氨 (NH3) ，氨(NH3)在細胞內pH控制之下會形成溶於水的銨離子(NH4+)，同時氨(NH3)可經由好氧性的自營亞硝化單胞菌屬(Nitrosomonas)或亞硝化菌屬(Nitrococcus)細菌，將氨轉化成為亞硝酸離子 (NO2–)，再由硝化菌屬(Notrobacter)的細菌氧化形成硝酸離子(NO3-)，這一系列硝化細菌參與的生化作用被稱為「硝化作用(nitrification)」。 圖二.硝化作用而植物主要吸收銨離子(NH4+)或是硝酸離子(NO3-)，而硝酸離子(NO3-)也須被還原成銨離子(NH4+)，在植物體內再同化成其他有機物質，轉變成生物體中的生物量 (biomass) 中有機氮的蛋白質，例如:可生成在高等植物葉片中的光合作用主要酵素-Rubisco，此種可溶性蛋白質也是具有貯藏性的生物蛋白，當植物其他組織需要氮源時，會將Rubisco分解釋出氮源供植物體使用。

當植物或是動物死亡後的遺體，或是動物的排泄物(例如: 尿素、尿酸等)，會經由微生物將有機氮轉化成無機氨(NH3)，這個過程被稱為氨化作用 (ammonification)，另外，土壤中厭氧的異營性脫氮菌(denitrification bacteria)藉由脫氮作用(denitrification)，將硝酸離子(NO3-)還原為氮分子(N2)或是一氧化氮(NO)氣體回到大氣中，而大氣中的氮氣(N2)又可作為微生物的固氮作用的原料轉化成氨(NH3)。 固氮作用（nitrogen fixation）、硝化作用(nitrification)、氨化作用 (ammonification)、脫氮作用(denitrification)，這些作用主要依賴微生物的參予，這四個作用構成地球生物圈內的「氮元素循環」，也使自然環境中的元素物質不斷循環利用著。
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