1 氮 与 氮气
对生物而言最重要的蛋白质，是由氨基酸所构成； 而构成氨基酸的基本元素就是氮 。主宰一切生命遗传的DNA， 也是由氮构成的。 因此可以这么说:
氮是创造生命的基本元素。
大气中有78%都是氮气 。 氮气在大气、地壳、海洋动物之间，以各种形态不断循环。 陆地上的生物中共存在12,000 ~ 15,000 Gg 的氮， 而落叶等植物遗体中则有 1,900 ~ 3,300 Gg 的氮。 植物所含的氮在被动物摄取后，会成为排泄物或遗体，回到土壤圈。
2. 地球上的氮分布
在土壤圈里，以土壤有机物存在的氮共有 300,000 Gg, 以无机物存在的氮有 160,000 Gg； 在根瘤菌等固氮菌作用下，每年大气圈中的氮约有 140 Gg 受到固定。
在海洋、湖泊等水圈中，以生物形态存在的氮有 490 Gg, 以有机物形态存在的氮有 530,000 ~ 770,000 Gg； 由藻类所固定的氮，每年有约30~130 Gg。
人类在进行生产活动时的燃烧行为，每年会有20~30 Gg 的氮， 以氨与循环速度
* 1 Gg = 1 千吨
3. 植物无法直接利用氮
植物可以固定或者释放碳， 却无法直接利用氮。 这一点正是碳与氮最大的差异。
植物虽然无法直接运用大气中的氮， 但某些微生物则可以。 这种微生物叫做固氮菌 。 固氮菌有些就像根瘤菌一样栖息在植物的根部，有些则独立存活在根部的土壤之中。
除了微生物外，雷或者宇宙射线等自然现象也能造成大气中的固氮作用。 因为雷而氧化的氮会随着雨水落入地面； 俗话说的 “多雷年，庆丰收”，就是因为这个道理。
4. 土壤中的氮循环
氮可以通过氧化或者还原变化成各种形态：
在还原状态下，能以铵根离子或氨 的形态存在；
一旦氧化，则会变成一氧化二氮 以及硝酸根离子等形态。
氮以动植物遗体或堆肥的形态进入土壤的有机物中，含有有机态氮； 这些有机态氮被微生物分解后，会变成氨基酸，最后变成铵根离子。 化肥大多以铵盐的形态施用。 铵根离子在硝化菌的作用下，先被催化为亚硝酸根离子，接着再被催化成硝酸根离子，最后被作物吸收。
土壤这时如果像水田一样呈现还原状态，那么亚硝酸根离子和硝酸根离子便会在微生物的作用下还原成氮气中， 每公顷的氮的循环收支情况如下图：
森林土壤的氮收支
成熟的自然林地， 草木的含氮量约每公顷312千克。 每年的生长，需要从土壤里吸收86.7千克的氮，还有落叶树枝等40.2千克的氮落回土壤。 通过降雨带来的氮， 每年约5.5千克，流出的只有0.6千克。从净收支来看，相当于每年从大气固定4.9千克的氮。 这个数量，可以被认为是正常的自然环境的氮负荷。
旱田能促进氮的无机化
露天旱田与自然森林的最大不同，就是旱田会进行施肥，而且收成的作物会被带离这个系统。
另外，由于栽培作物时会先整土，壤土变软，再出去杂草，因此氧气的供给相当充分，土壤呈现氧化状态，有机物也会迅速进行分解。
有机物和肥料经过无机化而形成的铵根离子，会迅速地变成硝酸根离子。 由于硝酸根离子是负离子， 因此不会吸附在土壤颗粒上，而是直接溶于渗透水中，流入地下水。
露天旱田的氮收支
可以看到，露天旱田从肥料中得到342.5千克的氮，远远超过自然森林的摄入量。 这些氮，有不小的比例渗入地下水而流失。土壤中仍然残存了61千克。 这个量远高于自然森林，对于环境的氮负荷，压力要高很多。
水田在脱氮作用下具有净化功能
水田也是以栽培为目的的土地，因此与旱田一样，会进行施肥，并将作物收割。但是受到水的影响，与旱田有了极大的区别。 在淹水期，土壤能够得到的氧气受到限制，水田呈现还原状态，出现脱氮作用。
水田从五月起开始淹水，插秧； 秋天收成后，隔年一月开始进行排水。 在这九个月之间，水田每公顷的氮收支如下图所示：
水田的氮收支
进入水田土壤中的氮， 有来自肥料的，来自降雨的，和来自灌溉水的。 除去作物吸收的以外，而流失和渗入地下的量都不算多， 还有32千克。 这32千克基本上都在脱氮作用下变成了氮气，排到大气中。
综上所述，可以看出， 旱田会造成环境的氮负荷，但是森林和水田却拥有净化氮的功能 。 如果有由山地经过平地连接海岸的这种地形，可以在土地利用上多花一些心思，便能巧妙地降低环境中的氮负荷。
地形、土地利用与氮循环
NH4-N: 氨态氮； Org-N 有机态氮； NH4 铵根离子； NO2 二氧化氮； NO3 硝酸根离子； N2O 一氧化二氮； N2 氮气
位于台地或者丘陵地的旱田具有氧化性，而位于山谷或低地的水田则可通过淹水进行还原。因此，只要有效活用从山地的森林、台地到丘陵的旱田，再到低地的水田这种连续地形，便能达成连锁性的土地利用。
如此一来，水就会依序顺着山地、台地、低地移动，构筑出一个通过氧化--还原来吸附氮或脱氮的系统，在进行农业生产的同时，也能降低环境的氮负荷。
5. 其他肥料元素的循环
钙、镁、钾等肥料成分，几乎不会与大气圈产生循环。主要的循环过程是： 存在于土壤圈的元素会被植物吸收，而动物食用植物后，这些元素便随着动物的遗体或粪便再次回到土壤圈。
在海洋及湖泊等水圈也有同样的循环，土壤圈的元素被河川等水流带入水圈后，这些无机元素会和地壳中的无机元素互相置换，进行包括地壳在内的循环。
其他元素的循环
不过，只有硫在氧化后变成硫氧化物，进行包括大气圈的循环。 这是因为人类的生产活动会将硫氧化物排放至大气中，于是形成酸雨，再回到地表的缘故。
未完待续......
