氮循环示意图生成器
生成带标注的氮循环示意图，箭头上写明固氮、氨化、硝化、同化和反硝化作用，有简版、土壤、水族箱和海洋等版本。面向生态学和土壤学。
氮循环示意图范例
四张氮循环示意图分别是全过程标注、简明循环图、带根瘤的土壤局部放大，以及空白填图版。每张都是按所附提示词实际生成的图，点击即可载入该提示词并修改。
带标注的氮循环示意图：从大气到土壤，再回到大气
从顶部的N₂方框开始，按逆时针方向看：沿左侧向下，经过土壤中的三个方框，再沿右侧向上。
- 1
固氮作用
豆科植物根瘤中的细菌和土壤中自生的细菌把N₂转化为铵根离子（NH₄⁺）。
- 2
硝化作用
硝化细菌先把铵根离子氧化为亚硝酸盐（NO₂⁻），再把亚硝酸盐氧化为硝酸盐（NO₃⁻）。
- 3
同化作用、摄食、氨化作用
根吸收铵根离子和硝酸盐，动物取食植物，分解者再把排遗物分解，变回铵根离子。
- 4
反硝化作用
反硝化细菌把硝酸盐中的氮以N₂的形式还给大气。
简图、土壤、鱼缸、海洋：不同场景下的氮循环示意图
化学过程到处都一样；图上在它周围画什么，取决于氮在哪里流动。
简单的氮循环示意图（简笔画）
大气中的氮、固定它的细菌、利用它的植物和动物、把它还回来的分解者，以及通过反硝化作用回到大气。手绘时：顶部画一朵云，中间画一条横贯的地面线，左边画植物，中间画动物，右边画分解者，箭头按逆时针方向走。要求“五个标注”，就会省掉亚硝酸盐和根瘤特写。
氮循环流程图
化合物画成方框，过程画成带标注的箭头，不画背景：N₂ → NH₄⁺ → NO₂⁻ → NO₃⁻ → 回到N₂。化学和微生物学课程可以加上氮元素的化合价（N₂ 0、NH₄⁺ −3、NO₂⁻ +3、NO₃⁻ +5），这样硝化作用就读作氧化，反硝化作用读作经过NO和N₂O的还原。
固氮作用与根瘤菌示意图
剖开的豆科植物根瘤：根瘤菌生活在植物细胞内，植物提供糖类，细菌提供氨。固氮酶遇氧会被破坏，所以根瘤会合成能结合氧的豆血红蛋白，使内部呈粉红色。如果层次需要，还可以加上反应式：N₂ + 8 H⁺ + 8 e⁻ + 16 ATP → 2 NH₃ + H₂ + 16 ADP + 16 Pᵢ。
土壤与农业中的氮循环
画一片农田而不是草地，并画出人类带来的输入和损失：哈伯法生产的化肥、轮作中的豆科作物、随收获被带走的氮、向下淋溶到地下水的硝酸盐、从粪肥中逸出的氨，以及积水土壤释放的一氧化二氮。这是农学和环境科学用的版本。
鱼缸氮循环示意图（开缸养水）
鱼的排泄物和吃剩的饲料释放氨；主要生活在过滤器里的细菌把氨氧化为亚硝酸盐，再氧化为硝酸盐。氨和亚硝酸盐浓度很低时就对鱼有毒；硝酸盐的毒性小得多，靠部分换水和水草去除。新缸要几周时间才能培养出足够的细菌，常画成氨、亚硝酸盐、硝酸盐依次出现峰值的曲线图。
海洋氮循环示意图
阳光照射的表层海水中，束毛藻等蓝细菌固定N₂；氮随死亡的浮游生物下沉；在深层释放出铵根离子并被硝化；在低氧水体和沉积物中，氮通过反硝化作用和厌氧氨氧化回到N₂。可以要求在一侧标出深度分带。
氮循环的各个过程及其作用
带标注的氮循环示意图通常要在箭头上标出的过程、每个过程发生了什么，以及由谁完成。除非你要求精简，这就是默认的标注集合。
| 过程 | 发生了什么 | 由谁完成 |
|---|---|---|
| 固氮作用 | 氮气（N₂）转化为氨（NH₃）或铵根离子（NH₄⁺） | 豆科植物根瘤中的根瘤菌、蓝细菌、圆褐固氮菌等自生固氮菌 |
| 闪电固氮 | 闪电的能量固定少量大气中的氮 | 没有生物参与，属于非生物过程 |
| 工业固氮 | 氮气和氢气反应生成用于化肥的氨（哈伯法） | 化肥厂 |
| 同化作用 | 植物用根吸收铵根离子和硝酸盐，合成蛋白质和核酸 | 植物，以及以植物为食的动物 |
| 氨化作用 | 分解者分解动植物遗体和排遗物，释放铵根离子 | 细菌和真菌 |
| 硝化作用（第一步） | 铵根离子被氧化为亚硝酸盐（NO₂⁻） | 亚硝化单胞菌等亚硝酸细菌，以及氨氧化古菌 |
| 硝化作用（第二步） | 亚硝酸盐被氧化为硝酸盐（NO₃⁻） | 硝化杆菌等硝酸细菌 |
| 反硝化作用 | 硝酸盐被逐步还原为氮气，回到大气 | 缺氧土壤和水体中的假单胞菌、梭菌等细菌 |
| 厌氧氨氧化 | 在无氧条件下，铵根离子和亚硝酸盐反应生成氮气 | 缺氧水体和沉积物中的浮霉菌门细菌 |
不同阶段要求标出的过程不同。初中生物通常只需固氮、硝化、植物吸收和反硝化；高中生物（选择性必修2 生态系统的物质循环）和大学课程还要加上氨化作用、硝化作用的两步、厌氧氨氧化和工业固氮。指定需要的标注，就只画那些。
氮循环示意图是什么？
氮循环示意图展示氮在大气、土壤和生物之间如何流动：固氮菌把氮气转化为铵根离子，硝化细菌把它转化为硝酸盐，植物吸收利用，反硝化细菌再把它还给大气。每个箭头都标出对应的过程。
要点
- 氮气约占大气的78%，但植物无法直接利用。N₂的两个原子由三键相连，必须先被固定为氨或铵根离子，植物和浮游植物才能吸收。
- 固氮主要靠细菌完成。根瘤菌生活在豌豆、菜豆、三叶草等豆科植物的根瘤中；蓝细菌和圆褐固氮菌等自生固氮菌也能固氮，闪电也能在没有生物参与的情况下固定少量氮。
- 硝化作用由两类微生物完成。亚硝酸细菌（如亚硝化单胞菌）把铵根离子氧化为亚硝酸盐，另一类硝酸细菌（如硝化杆菌）再把亚硝酸盐氧化为硝酸盐。两步都需要氧气。
- 反硝化作用让循环闭合。在积水的土壤、沉积物等缺氧环境中，假单胞菌等反硝化细菌把硝酸盐还原为氮气，同时释放少量温室气体一氧化二氮（N₂O）。
- 人类活动已使全球固氮量翻了一番。哈伯法生产的化肥和化石燃料燃烧所固定的氮，已相当于全部自然来源的总和；流失的多余氮会造成湖泊、河流和近海的富营养化。
硝化作用和反硝化作用有什么区别？
硝化作用把铵根离子转化为硝酸盐，让氮以植物能吸收的形式留在土壤中；反硝化作用把硝酸盐转化为氮气，把氮从土壤中带走、还给大气。硝化作用需要氧气，反硝化作用发生在缺氧的地方。
| 硝化作用 | 反硝化作用 | |
|---|---|---|
| 物质转化 | 铵根离子（NH₄⁺）→亚硝酸盐（NO₂⁻）→硝酸盐（NO₃⁻） | 硝酸盐（NO₃⁻）→亚硝酸盐和气态氮氧化物→氮气（N₂） |
| 氧气 | 需要（有氧） | 不需要（无氧） |
| 发生场所 | 通气良好的土壤和水体 | 积水土壤、沉积物、湖泊和海洋的缺氧层 |
| 微生物 | 亚硝化单胞菌，然后是硝化杆菌 | 假单胞菌、副球菌、芽孢杆菌等 |
| 微生物的能量来源 | 氧化铵根离子或亚硝酸盐，获能很少，所以生长缓慢 | 分解有机物，用硝酸盐代替氧气 |
| 对土壤的影响 | 以植物可吸收的硝酸盐形式把氮留在土壤中 | 使土壤中的氮流失 |
| 需要注意的影响 | 硝酸盐流入河流和饮用水 | 温室气体一氧化二氮（N₂O） |
把硝化作用画成两个箭头：铵根离子到亚硝酸盐、亚硝酸盐到硝酸盐；把反硝化作用画成一个从硝酸盐回到大气的箭头。把硝酸盐到大气的箭头标成“硝化作用”，或者跳过亚硝酸盐直接连接铵根离子和硝酸盐的图，是最先要检查的错误。
关于氮循环示意图的常见问题
带标注的氮循环示意图应该包括哪些内容？
标准内容是大气中的氮气、根瘤和土壤中的固氮菌、铵根离子、亚硝酸盐和硝酸盐、植物、动物和分解者，以及连接它们的固氮作用、同化作用、氨化作用、硝化作用和反硝化作用箭头。这是默认内容；要求减少标注，就只画你要的那些。
鱼缸里的氮循环是怎样进行的？
鱼的排泄物和剩余饲料释放氨，过滤器和底砂中的硝化细菌把氨转化为亚硝酸盐，再转化为硝酸盐，换水和水草再把硝酸盐去掉。氨和亚硝酸盐即使浓度很低也会伤害鱼，所以新缸要先“养水”几周，直到细菌的处理能力跟得上。鱼缸里的氮随饲料进入，而不是来自空气。
氮循环的过程按顺序是怎样的？
固氮作用、硝化作用、同化作用、氨化作用和反硝化作用。细菌把N₂固定为铵根离子；硝化细菌把铵根离子先转化为亚硝酸盐，再转化为硝酸盐；植物吸收硝酸盐和铵根离子，动物以植物为食；分解者把排遗物和遗体中的氮以铵根离子的形式归还；反硝化细菌再把硝酸盐转化为N₂。氮在回到大气之前，可以在土壤和生物之间往返多次。
植物为什么不能直接利用空气中的氮？
因为N₂的两个原子由三键相连，植物没有能打开它的酶。只有部分细菌和古菌拥有固氮酶，能把N₂还原为氨，而且每固定一分子N₂至少要消耗16分子ATP。
豆科植物根瘤里的细菌在做什么？
它们为植物固氮。根瘤菌被豌豆、菜豆、大豆、三叶草等植物的根吸引，侵入根部形成根瘤，在根瘤里把氮气转化为植物能利用的形式。所以种菜和种地时种豌豆或三叶草，也是为了给土壤补充氮。
固氮作用和硝化作用是一回事吗？
不是。固氮作用把氮气转化为氨或铵根离子；硝化作用把铵根离子转化为亚硝酸盐，再转化为硝酸盐。固氮把空气中的氮带进生物界，硝化作用改变已经在土壤里的氮的形态。完成它们的微生物也不同：根瘤菌和圆褐固氮菌负责固氮，亚硝酸细菌和硝酸细菌负责硝化。
什么是氨化作用？
氨化作用是分解者释放铵根离子的过程。生物死亡或排出废物后，其蛋白质和核酸中的氮是有机氮；细菌和真菌把它们分解，以氨或铵根离子的形式释放出来，供植物吸收或被硝化细菌氧化。
人类活动怎样影响氮循环？
主要通过化肥和化石燃料燃烧，两者使每年被固定的氮量翻了一番。没被利用的化肥硝酸盐流入河湖，引起富营养化，过度繁殖的生物耗尽水中的溶解氧；燃烧产生的氮氧化物加剧酸雨，一氧化二氮则加剧气候变化。
能画一张给初中生看的简单氮循环图吗？
可以。要求简明循环图，就只保留要点：空气中的氮、在土壤中固氮的细菌、利用氮的植物和动物，以及把氮归还土壤的分解者。初中通常五个标注以内就够了。
工具怎样保证氮循环的箭头方向正确？
内置了学科层面的要求。每张图都被要求按教科书的标准画法绘制：各过程按真实顺序排在一个闭合的循环上，用标出过程名称的箭头连接，每个标注拼写准确。打印前请对照你的教材核对术语，在画布上可以就地修改任何标注。
这里生成的氮循环图可以用在生态学课堂或报告里吗？
可以，生成的氮循环图归你所有，可用于生态学和环境科学练习、课件、报告和学位论文。视模型不同最高可导出 4K。
生成后能给各个过程改名，或者翻译氮循环图的标注吗？
可以。画布能识别每一个标注，你可以把“氨化作用”改成“矿化作用”，把硝酸盐写成 NO₃⁻，翻译整套标注，或给箭头换色，都不用重新生成整张图。
资料来源
- Biogeochemical Cycles — Biology 2e, section 46.3 — OpenStax
- The Nitrogen Cycle: Processes, Players, and Human Impact — Nature Education (Scitable)
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