氮、磷、硫循環(huán)

一、氮循環(huán)

   自然界的氮總是在不斷地循環(huán)著，稱(chēng)為氮循環(huán)（nitrogen cycle）。進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)的氮被固定成氨或氨鹽，經(jīng)過(guò)硝化作用成為亞硝酸鹽或硝酸鹽，被綠色植物吸收，并轉(zhuǎn)化為氨基酸，合成蛋白質(zhì)，然后植食動(dòng)物利用植物蛋白質(zhì)合成動(dòng)物蛋白質(zhì)。在動(dòng)物的生活中，一部分蛋白質(zhì)分解為廢物（尿酸、尿素），部分經(jīng)細(xì)菌的成氨作用分解出氨。

   動(dòng)植物殘?bào)w受細(xì)菌的腐敗分解作用成為氮、CO2和水。氨排到土壤中又經(jīng)細(xì)菌的硝化作用，形成硝酸鹽，再被植物吸收、利用、合成蛋白質(zhì)，如此循環(huán)不已。一部分硝酸鹽被反硝化細(xì)菌還原，經(jīng)過(guò)反硝化作用生成游離的氨，返回到大氣中。這樣，氮又從生命系統(tǒng)中回到無(wú)機(jī)環(huán)境中去。硝酸鹽還可能貯存于腐殖質(zhì)中被淋溶，然后經(jīng)過(guò)河流、湖泊，最后到達(dá)海洋，為水域生態(tài)系統(tǒng)所作用。

   在水體中進(jìn)行固氮作用的生物主要是藍(lán)綠藻，它能將氮轉(zhuǎn)化為氨基酸。除了生物循環(huán)以外，還有一部分沉入深海，積累于儲(chǔ)存庫(kù)中。

   火成巖的風(fēng)化和火山活動(dòng)使小量的氨重新返回到生物循環(huán)之中。從氮的全球循環(huán)（引自Southwick 1985）可以看出氮循環(huán)是一個(gè)相當(dāng)完全的、自調(diào)系統(tǒng)，是相當(dāng)完善的動(dòng)態(tài)平衡循環(huán)。有一些氮從陸地人口稠密地區(qū)、淡水和淺海流失到深海沉積物中，這樣就暫時(shí)（也許幾百年）離開(kāi)了循環(huán)。這個(gè)損失由火山噴放到空氣中的氣體來(lái)補(bǔ)償。因此，E. P. Odum（1983）指出，火山的活動(dòng)并非是完全可悲的，畢竟還有用處。他強(qiáng)調(diào)：如果我們能夠替世界上的各個(gè)火山蓋頂，即使技術(shù)上是可能的，但因此會(huì)使更多的人餓死，這比從火山爆發(fā)中得救的人要多得多。

   人們把大量的氮排入河流、湖泊和海洋，引起水域生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生一系列變化，使藻類(lèi)及其他浮游生物迅速繁殖，物種組成上逐漸由綠藻、硅藻為優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)為藍(lán)藻占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。極度增殖，使湖水變紅發(fā)藍(lán)，水質(zhì)渾濁缺氧，同時(shí)，水花藍(lán)藻分泌毒素到水中，從而使魚(yú)類(lèi)、貝類(lèi)難以生存。這種現(xiàn)象在江河湖泊中稱(chēng)為水華，在海洋中則稱(chēng)為赤潮。這都是水域富營(yíng)養(yǎng)化（eutrophication）所造成的環(huán)境問(wèn)題。例如懶戶(hù)內(nèi)海在1972年8月17~21日發(fā)生過(guò)一次持續(xù)五天的赤潮，使魚(yú)類(lèi)死亡達(dá)1428萬(wàn)尾，損失約71億日元。控制水體富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程的措施，主要是盡量減少含氮、磷的各種廢水直接排入水體，特別要控制含磷廢水的排放。

二、磷循環(huán)

   磷一般由兩種存在形態(tài)：巖石態(tài)和溶鹽態(tài)。磷循環(huán)（phosphorus cycle）都是起始于巖石的風(fēng)化，終于水中的沉積。

   植物可以直接從土壤或水中吸收磷酸鹽離子，合成自身原生質(zhì)，然后通過(guò)植食動(dòng)物、肉食動(dòng)物在生態(tài)系統(tǒng)中循環(huán)，并借助于排泄物和動(dòng)植物殘?bào)w再分解成無(wú)機(jī)離子形式，又重新回到環(huán)境中，再被植物吸收。

   陸地生態(tài)系統(tǒng)中，磷的有機(jī)化合物被細(xì)菌分解為磷酸鹽，回到土壤中重新被植物利用；有些在循環(huán)中被分解者所利用，成了微生物的一部分；還有一部分隨水流進(jìn)入了湖泊和海洋。

   在水域中（包括海洋和淡水），浮游植物吸收無(wú)機(jī)磷的速率很快，而浮游植物又被浮游動(dòng)物和食腐屑者所取食。在水域生態(tài)系統(tǒng)中，死亡的動(dòng)植物體沉入水底，其體內(nèi)的磷的大部分以鈣鹽的形式長(zhǎng)期沉積下來(lái)，離開(kāi)了循環(huán)。所以，磷循環(huán)是不完全的循環(huán)。

   進(jìn)入深海的磷又如何重新回到陸地，投入循環(huán)呢？主要通過(guò)三個(gè)途徑。

   ①被海水的上涌流攜帶到上層水體中，又被沖到陸地上來(lái)。②海平面的變遷。過(guò)去曾被海水淹沒(méi)的地區(qū)，由于地質(zhì)的變化成為陸地。這樣，通過(guò)磷酸鹽風(fēng)化重又進(jìn)入循環(huán)。③海鳥(niǎo)和捕撈魚(yú)蝦可以使一部分磷重返大陸。

三、硫循環(huán)

   硫有若干形態(tài)：元素硫、-2價(jià)亞硫酸鹽、+2價(jià)氧化硫、+4價(jià)亞硫酸鹽、+6價(jià)硫酸鹽。其中在自然界中重要的三種是：元素硫、亞硫酸鹽和硫酸鹽。

   硫循環(huán)（sulfur cycle）的特點(diǎn)是既屬沉積型，也屬氣體型。硫的主要儲(chǔ)存庫(kù)是巖石，以硫化亞鐵（FeS2）的形式存在。硫循環(huán)有一個(gè)長(zhǎng)期沉積階段和一個(gè)較短的氣體階段。在沉積階段中硫被束縛在有機(jī)和無(wú)機(jī)的沉積物中，只有通過(guò)風(fēng)化和分解作用才能被釋放出來(lái)，并以鹽溶液的形式被攜帶到陸地和水生生態(tài)系統(tǒng)。在氣體階段，可以在全球范圍內(nèi)進(jìn)行流動(dòng)。

   酸雨（acid rain）已成為全球性重大環(huán)境問(wèn)題之一，它是指含有一定量的酸性物質(zhì)（硫酸、硝酸等）的自然降水。一般認(rèn)為，PH值小于5.6的大氣降水。資料表明，20世紀(jì)30年代降水還不是酸性的，以后雨水的酸度，逐年增加，到20世紀(jì)50年代已經(jīng)酸化，20世紀(jì)70年代降水的PH值在4.5以下的地區(qū)正逐漸擴(kuò)張。而在美國(guó)安大略湖，德國(guó)、荷蘭等國(guó)和地區(qū)，酸雨P(guān)H值可降到3以下。酸雨形成的主要物質(zhì)之一是SO2，可以是當(dāng)?shù)嘏欧乓部梢詮倪h(yuǎn)處遷來(lái)。我國(guó)的降水酸度由北向南逐漸加重，主要分布于秦嶺、淮河以南、酸雨區(qū)大致有三個(gè)：華東地區(qū)（包括上海、蘇州、常州和杭州等地）、中南地區(qū)（包括長(zhǎng)沙、廣州、南寧和桂林等地）和西南地區(qū)（包括重慶和貴陽(yáng)周?chē)貐^(qū)）。1988年后隴南地區(qū)出現(xiàn)酸性降水，膠東半島亦出現(xiàn)PH平均值小于5.0的酸雨。與國(guó)外酸雨現(xiàn)象相比，我國(guó)酸雨特點(diǎn)主要是由燃煤造成的，充分反映了煤煙型大氣污染和低空排放的特點(diǎn)；主要以城市為中心的局部污染，具有顯著的地域性。控制和消除酸雨的危害，根本的措施是限制二氧化硫和一氧化氮的排放量。我國(guó)的酸雨對(duì)策應(yīng)預(yù)防為主，總量控制的政策，煤的利用實(shí)施綜合技術(shù)戰(zhàn)略，清潔煤能源并發(fā)展新能源。

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——摘自科學(xué)出版社·蔡曉明編著·《生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)》·第二篇 生態(tài)系統(tǒng)功能·第九章 第三節(jié)