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氮迴圈是指氮被轉換成不同的化學形式的系統，當它在大氣、陸地和海洋中迴圈時，有些對人類和動物有用，有些則不行。

每個人都需要氮，但就不可否認的維持生命的元素而言，這很棘手。生物需要氮氣來維持細胞的正常功能。此外，我們實際上是浸泡在氮氣中，因為我們的大氣中有78%是氮氣。然而，這裡有一個陷阱：這是一種“水，到處都是水，但沒有一滴可以喝”的情況。

雖然氮基本上無處不在，但它在地殼中並不十分豐富，而且對於生物來說，捕捉大氣中的氮並利用它來達到自己的目的是極其困難的。這就像在美國明尼蘇達州明尼阿波利斯市有一口袋冰島的冰島克朗（冰島官方貨幣），在那裡你不能花它。

美國喬治亞大學歐達姆生態學院的博士研究生傑西·莫特斯（Jessie Motes）說：“氮是氨基酸的主要組成部分，而氨基酸是蛋白質和核酸（如DNA）的組成部分。除了植物蛋白質需要氮外，它還是葉綠素的主要成分，這使得它在光合作用中至關重要。”

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氮迴圈

因為氮在這個星球上是一種有限的資源，當一個氮原子處於生物可以使用的形式時，它不會花很多時間無所事事。科學家稱這種氮為“固定的”。固定的氮被植物吸收，植物被動物吃，動物吃其他動物，動物死後分解，釋放出氮回到生態系統中，被細菌或植物利用。這是地球上一個氮原子的迴圈，它的旅程要麼悄無聲息地開始，要麼伴隨著一聲巨大的爆炸。

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步驟1：固氮作用

閃電和細菌是將大氣中的氮轉化為生物可以利用的氮的主要原因。大氣中的氮（N2）非常穩定，所以要將其轉化為另一種形式需要大量的能量。如果你想知道為什麼雨後你的室外植物看起來比你用噴頭噴淋它們時更快樂，這是有原因的。因為閃電啟用大氣中的氮（N2）和水（H2O），將它們重新配置成氨（NH3）和硝酸鹽（NO3）。這些物質以雨水的形式落在地面上，植物將其吸收，提供生長所必需的養分。

在這個光譜的另一端，使有機物獲得氮的最常見的方式是當大氣中的氮被細菌固定時，其中一些細菌自由地生活在土壤中，而另一些細菌則與某些植物物種享有共生關係。豆科植物，如豌豆、三葉草和花生的根部有小結節，可以吸引細菌將大氣中頑固的氮轉化為氨或銨，然後用來為植物提供動力。

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步驟2：硝化作用

土壤中氨可以直接使用在植物上，但它也是在第一步硝化作用過程中，透過專門的細菌和古生菌將氨轉化為亞硝酸鹽根離子（NO2⁻），然後將其傳遞到一個完全不同的組進一步將亞硝酸鹽氧化成硝酸根離子（NO₃⁻）的原核生物。這個過程很慢，但這是氮在土壤、水生和海洋環境中作為營養物質形成的方式。例如，陸生植物可以透過它們的根毛吸收銨和硝酸鹽。專門從事硝化作用的生物在處理城市汙水中也很重要。

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步驟3：氨化作用（脫氧作用）

所有生物最終都會死亡，一種特殊的生物體發出嘶嘶聲時所使用的氮會被細菌帶走，將富含氮的屍體轉化為銨，然後被植物吸收並再次利用。

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步驟4：反硝化作用

將生物可利用的氮再次轉化為大氣中的氮是可能的，這個過程被稱為反硝化作用。硝化作用是由能夠耐受氧的細菌和古細菌來完成的，並不是所有的原核生物都可以飄浮。在反硝化過程中，某些不需要氧氣的厭氧菌會將硝酸鹽轉化為氮氣，這些氮氣飄浮到大氣中，很難得到，直到閃電或狡猾的固氮細菌出現，將其再次引入氮氣迴圈。

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人類和氮迴圈

莫特斯說：“像大多數自然過程一樣，人類活動透過氮沉降破壞了氮迴圈。過多的氮會導致溫室氣體一氧化二氮的排放增加，還會導致水體富營養化，也就是氮汙染水源。”