欢迎来到生态系统循环的世界！

在生态系统中，水、碳和氮等物质会不断在生物（植物、动物和微生物）与非生物环境（空气、土壤和水）之间循环。

理解这些循环（cycles）对于了解生态系统如何维持生命，以及人类活动如何破坏这些自然平衡至关重要。

第 1 部分：分解者的角色

分解者（Decomposers）是分解死亡有机物质和废弃物的微生物（主要是细菌和真菌）。

为什么分解者不可或缺？

1. 营养素和矿物质循环：

当生物死亡或产生废物时，重要的矿物质和氮化合物都被锁在有机物质内。

分解者会分解这些物质，将矿物离子（mineral ions）（如铵和硝酸盐）释放回土壤中，以便植物吸收。

2. 碳循环：

分解者会进行有氧呼吸作用（aerobic respiration），分解碳化合物并将二氧化碳（\( \text{CO}_2 \)）释放回大气中，供光合作用使用。

第 2 部分：水循环

在太阳热能的驱动下，水在地球表面和大气之间不断流动。

水循环的关键过程

蒸发（Evaporation）：来自太阳的热能使湖泊、河流和海洋中的液态水转变成水蒸气，并上升到大气中。

蒸腾作用（Transpiration）：水分从植物叶片表面透过气孔蒸发进入大气。

凝结（Condensation）：当温暖的水蒸气上升并冷却时，会重新凝结成微小的液态水滴，形成云。

降水（Precipitation）：水以雨、雪、雨夹雪或冰雹的形式落回地球表面。

第 3 部分：碳循环

碳透过特定的生物和化学过程在生物、大气、土壤和海洋之间流动。

1. 将二氧化碳从大气中“移出”

光合作用（Photosynthesis）：绿色植物和藻类从大气中吸收 \( \text{CO}_2 \) 并将其固定为碳水化合物（葡萄糖），将光能转化为化学能。这些碳成为植物生物量（biomass）的一部分。

2. 透过食物链传递碳

摄食（Feeding）：当初级消费者吃掉植物时，碳化合物会沿着食物链转移到次级和三级消费者体内。

3. 将二氧化碳“放回”大气中

呼吸作用（Respiration）：植物、动物和分解者都会进行有氧呼吸，分解葡萄糖并释放 \( \text{CO}_2 \) 作为废物：
\( \text{glucose} + \text{oxygen} \rightarrow \text{carbon dioxide} + \text{water} \)

分解作用（Decomposition）：分解者分解死亡的动植物遗骸，进行呼吸作用并释放 \( \text{CO}_2 \)。

燃烧（Combustion）：燃烧化石燃料（煤、石油、天然气）或生物质（木材、森林）会氧化碳，将 \( \text{CO}_2 \) 释放回大气中。

重要提示：燃烧化石燃料和森林砍伐等人类活动增加了大气中的 \( \text{CO}_2 \)，加剧了温室效应并导致全球变暖。

第 4 部分：氮循环 （只限卷二 / Paper 2 Only）

所有生物都需要氮来制造蛋白质、氨基酸和 DNA。虽然氮气约占大气的 78%，但植物和动物无法直接吸收这种不活泼形式的氮。

氮循环依赖特定群体的细菌在不同形式之间转化氮：

1. 固氮细菌（Nitrogen-Fixing Bacteria）

将空气中不活泼的氮气（\( \text{N}_2 \)）转化为土壤中的氨或硝酸盐。

一些固氮细菌在土壤中自由生活，而另一些则以互利共生关系生活在豆科植物（如豌豆、大豆和三叶草）的根瘤（root nodules）内。

备注：闪电也可以直接固氮，促使氮和氧发生反应，形成随雨水冲入土壤的硝酸盐。

2. 分解者（真菌和细菌）

分解动物废物（尿素、粪便）和死亡有机物质，将有机氮化合物（如蛋白质）转化为土壤中的氨／铵离子。

3. 硝化细菌（Nitrifying Bacteria）

将氨／铵离子转化为亚硝酸盐，然后将亚硝酸盐氧化为硝酸盐（\( \text{NO}_3^- \)）。

植物可以透过根毛细胞以主动运输方式从土壤中吸收硝酸盐，以合成氨基酸和蛋白质。

4. 反硝化细菌（Denitrifying Bacteria）

将土壤中的硝酸盐转化回氮气（\( \text{N}_2 \)），并释放到大气中。

反硝化细菌通常在缺氧条件下活跃，例如未通气或积水的土壤。

课程提示：你不需要记忆氮循环中细菌的特定属名或种名；只需了解常见群体的名称及其作用即可。

总结表：氮循环中的关键细菌

细菌群体：固氮细菌（Nitrogen-fixing bacteria）
过程／转化：氮气（\( \text{N}_2 \)）\( \rightarrow \) 氨／硝酸盐

细菌群体：分解者（Decomposers）
过程／转化：死亡物质中的蛋白质和废物 \( \rightarrow \) 氨／铵离子

细菌群体：硝化细菌（Nitrifying bacteria）
过程／转化：铵离子 \( \rightarrow \) 亚硝酸盐 \( \rightarrow \) 硝酸盐

细菌群体：反硝化细菌（Denitrifying bacteria）
过程／转化：土壤中的硝酸盐 \( \rightarrow \) 氮气（\( \text{N}_2 \)）