生物地球化学循环：碳、水与氮
原子在生态系统中无限循环。请掌握碳循环（光合作用 ↔ 呼吸作用）、水循环（蒸发/降水）以及氮循环（固氮 + 反硝化）。
原子循环，能量不循环
生态学中最深刻的原理之一：能量单向流动（太阳 → 生产者 → 消费者 → 热），而 物质循环。你身体里的某个碳原子，也许曾属于一只恐龙、一株蕨类，或十亿年前的大气。
CBE 关注三个循环。每个循环结构相同：元素驻留的 库，以及在库之间搬运元素的 过程。
碳循环
碳是所有有机分子的骨架。它主要在四个库之间移动：
- 大气——以 CO₂ 形式存在。
- 动植物——存在于葡萄糖、蛋白质、脂肪、DNA 中。
- 土壤和分解者——存在于正在被分解的死亡物质中。
- 化石燃料与海洋——长期储存库。
移动碳的四个关键过程
- 光合作用——将 CO₂ 从大气拉入植物组织。（大气 → 植物）
- 细胞呼吸——将 CO₂ 从动植物释放回大气。（生物 → 大气）
- 分解作用——分解者分解死亡物质，释放 CO₂。（分解者 → 大气）
- 燃烧——燃烧化石燃料或木材释放 CO₂。（燃料 → 大气）
水循环
水循环有四个必须掌握的主要过程：
- 蒸发——液态水变为水蒸气（主要来自海洋/湖泊）。
- 蒸腾作用——植物叶片通过气孔释放水蒸气。
- 凝结——水蒸气冷却形成云。
- 降水——雨、雪、冰雹落回地表。
完整循环：海洋 → 蒸发 → 云 → 降水 → 河流 → 海洋。
氮循环
大气中约 78% 是氮气（N₂），但植物和动物无法直接使用。所有重活都由细菌来做。
- 固氮作用——细菌把大气中的 N₂ 转化为可利用的氨（NH₃）或硝酸盐（NO₃−）。大多数固氮细菌生活在豆科植物（豌豆、大豆、三叶草）的根瘤中。
- 硝化作用——土壤细菌将氨 → 亚硝酸盐 → 硝酸盐。
- 同化作用——植物吸收土壤中的硝酸盐，用来合成蛋白质和 DNA。
- 分解（氨化作用）——分解者分解死亡有机物，重新生成氨。
- 反硝化作用——土壤细菌把硝酸盐重新转化为大气 N₂。闭合整个循环。
一句话记住
"细菌 固定 氮让植物能用；细菌 反硝化 氮把它送回大气。" 加分内容：氮循环中的互利共生
豆科植物（豌豆、大豆、三叶草）在根瘤里养着固氮细菌。细菌从植物那里获得糖分，植物获得可利用的氮。这是经典的 互利共生（mutualism）。
自我检测
快速检测 #1
哪个过程把碳从大气带入植物？
光合作用从大气中吸收 CO₂ 并整合进植物组织（葡萄糖、结构碳）。呼吸、燃烧、分解都会把碳释放 回 大气。
快速检测 #2
固氮细菌在氮循环中的作用是什么？
植物和动物无法直接使用大气中的 N₂。固氮细菌（多存在于豆科根瘤中）把 N₂ 转化为植物可吸收的氨/硝酸盐。反硝化细菌则相反（把 N₂ 送回空气）。