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氮循環(huán)
雖然大氣中富含氮元素（79%），植物卻不能直接利用,，只有經固氮生物（主要是固氮菌類和藍藻）將其轉化為氨（NH3）后才能被植物吸收,，并用于合成蛋白質和其他含氨有機質。在生物體內,，氮存在于氨基中,，呈-3價。在土壤富氧層中,，氮主要以硝酸鹽（+5價）或亞硝酸鹽（+3價）形式存在,。土壤中有兩類硝化細菌，一類將氨氧化為亞硝酸鹽,，一類將亞硝酸鹽氧化為硝酸鹽,，兩類都依靠氧化作用釋放的能量生存。除了與固氮菌共生的植物（主要為豆科）可能直接利用空氣中的氮轉化的氨外,，一般植物都是吸收土壤中的硝酸鹽,。植物吸收硝酸鹽的速度很快，葉和根中有相應的還原酶能將硝酸根逆行還原為NH3,，但這需要供能,。土壤中還有一類細菌為反硝化細菌，當土壤中缺氧而同時有充足的碳水化合物時,，它們可以將硝酸鹽還原為氣態(tài)的氮（N2）或一氧化二氮（N2O）,。由進化的角度來看，這一步驟極為重要,。否則大量的氮將貯存在海洋或沉積物中,。
在原始地球的大氣中可能含有氨，但大量生物合成耗盡這些氨后,，固氮作用便成為必需?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)具有固氮作用的微生物是一些自由生活或共生的細菌以及某些藍藻。它們的營養(yǎng)方式有異養(yǎng)的,，也有光能合成和化能合成的,。總之,，其固氮作用所需的能量要由外界提供,。除生物外，空中的雷電以及高能射線也能固定少量氮氣,。20世紀發(fā)展起來的氮肥工業(yè),，以越來越大的規(guī)模將空氣中的氮固定為氨和硝酸鹽。現(xiàn)在范圍的固氮速度可能已超過反硝化作用釋放氮的速度,。另外,，由于工業(yè)固氮是以能源消耗為代價的,，所以應該珍視生物固氮這個環(huán)節(jié)，而某些農林業(yè)措施或環(huán)境污染會破壞正常的土壤微生物亞系統(tǒng),。