碳循环与氮循环
炭素の循環と窒素の循環
碳以 CO2 的形式经光合作用进入生物群落、经呼吸和燃烧返回大气。氮要先经固氮变成 NH4+，再经硝化变成 NO3−，被植物吸收后通过氮同化合成氨基酸等有机氮化合物；脱氮把它送回大气。
你身体里的碳原子，几年前也许还在空气中的二氧化碳里，更早可能待在一片树叶或一条鱼身上。能量流过生态系统就散失了，物质却在生物与环境之间一圈圈地转。氮更特别：空气里大部分是氮气，可绝大多数生物对它一点办法也没有。
为什么是这样
碳循环：大气和水中的 CO2 被生产者的光合作用固定成有机物，有机物沿食物链传给消费者；生产者、消费者、分解者都通过呼吸把有机物分解，CO2 回到大气。一部分遗体长期埋藏在地下变成石油、煤炭等化石燃料，燃烧它们会在短时间内把大量 CO2 放回大气。
氮是蛋白质、核酸、ATP、叶绿素的组成元素。大气中的 N2 很稳定，多数生物不能直接利用。能把 N2 还原成 NH4+ 的叫固氮作用（窒素固定），由少数细菌完成：与豆科植物共生的根瘤菌（根粒菌）、自生的固氮菌（アゾトバクター）与梭菌（クロストリジウム）、部分蓝细菌（如ネンジュモ）。闪电和工业合成氨也能固氮。
土壤中的 NH4+ 被亚硝酸菌氧化成 NO2−，再被硝酸菌氧化成 NO3−，合称硝化，两者都是利用氧化反应能量的化能合成细菌。植物用根吸收 NO3− 和 NH4+，合成有机氮化合物，叫氮同化（窒素同化）；动物只能从食物中获得有机氮。遗体和排泄物中的有机氮被分解者分解成 NH4+；缺氧土壤里，反硝化细菌（脱窒素細菌）把 NO3− 还原成 N2 放回大气，叫脱氮（脱窒）。
定量表达
按体积计，大气中 N2 约占 78%，CO2 只有约 0.04%。大气 CO2 浓度一年之内也在起伏：北半球植物光合作用旺盛的夏季下降，冬春回升；年复一年的总趋势则因化石燃料燃烧等而持续上升。
硝化的两步按物质的量计：亚硝酸菌每氧化 2 个 NH4+ 消耗 3 个 O2（反应式见下）；硝酸菌每氧化 2 个 NO2− 消耗 1 个 O2，生成 2 个 NO3−。
氮同化在植物体内分步进行：NO3− 先被还原成 NO2−，再还原成 NH4+；NH4+ 与谷氨酸结合成谷氨酰胺，谷氨酰胺与 α-酮戊二酸反应生成 2 分子谷氨酸，其中一分子可再接收 NH4+，另一分子是净增的。谷氨酸的氨基再由转氨酶（アミノ基転移酵素）转给各种有机酸，生成各种氨基酸，进而合成蛋白质、核酸等。
- NH4+
- 土壤中的铵离子
- NO2−
- 亚硝酸离子，亚硝酸菌的产物
- 由亚硝酸菌在有氧条件下进行，释放的化学能用于合成有机物（化能合成）
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