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ECOL419 MT Lec 8

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Question Answer
Haber Bosch process 是什么,它是1999年被发明并誉为20世纪最重要的发明。HB可以用来support粮食产量,可以让大规模生产on N based explosives。 原理是用什么和什么反应形成H2和CO2,之后什么和什么反应变成NH3。 Life cycle of N in China的4个步骤。 其中fossil fuel burning和transportation给三个步骤提供energyHaber Bosch process 是industrial N2 fixation,它是1999年被发明并誉为20世纪最重要的发明。HB可以用来support粮食产量,可以让大规模生产on N based explosives。 原理是用methane和水反应形成H2和CO2,之后H2和N2反应变成NH3。 Life cycle of N in China的4个步骤:N2, NH3 synthesis, N fertilizer manufacture, transportation and distribution, application in Cropland. 其中fossil fuel burning和transportation给三个步骤提供energy:NH3 synthesis,N fertilizer manufacture和transportation and distribution
NH4+ Assimilation: Primary pathway for NH4+ assimilation是什么, 这一步里的energy是什么形成的什么, 但CO2被什么吸收用来做什么的C skeletons, 所以net balance取决于什么。CO2 cost of assimilation可以是negative的; Ammonification: 这一步也叫什么, 当plants死了,organic N compound就能被谁和谁使用,但microbes是什么limited。 过程是Organic N变成什么和什么,其中skeletons会被C lmited microbes用来metabolized for什么。NH4+会有两个用途:一个是什么也叫immobolization,另一个是什么尤其是在acidic和N limited的soil里。最后剩下的被用作什么bacteriaNH4+ Assimilation: Primary pathway for NH4+ assimilation是GS/GOGAT, 这一步里的energy是photosynthesis形成的糖, 但CO2被PEP carboxylase吸收用来做amino acids的C skeletons, 所以net balance取决于AA produce的东西。 CO2 cost of assimilation可以是negative的; Ammonification: 这一步也叫mineralization, 当plants死了,organic N compound就能被细菌和真菌使用,但microbes是C limited。 过程是Organic N变成C skeletons和NH4+,其中skeletons会被C lmited microbes用来metabolized for energy。NH4+会有两个用途:一个是被N limited microbes用作N sources也叫immobolization,另一个是被植物吸收尤其是在acidic和N limited的soil里。最后剩下的被用作nitrifying bacteria
Nitrification: 这个过程中谁被reduce并释放很多能量,在有氧气的情况下,一些soil里的细菌可以从过程中活取什么,一小部分的N2O as什么会被形成as side reaction。 谁用NH4+里的能量,分两种bacteria:什么和什么,都会减少什么。 nitroso是什么和什么反应,形成什么,而HNO2会分解成什么和什么从而降低soil pH。 Nitro 是什么和什么反应。 谁把NH4+变成NO2-和NO3-,但这个需要C skeleton from什么。过程也需要什么。在大部分的soil里,fertilizaer N 通过四种方式加入,其中NH3可溶于水变成什么使pH降低。因为upper layers的土很什么,nitrifying bacteria会把NH3变成什么,如果不能很快开始这个过程就会变成什么, 但大多数植物比较喜欢那个。 如果植物不能很快吸收NO3-,它会因为soil的negative charge repell,并什么, 谁比谁流的更快,在arid地区,只有谁会被带到hardpan。 因为deeper in soil,O2浓度降低 NO3-会在什么环境中进行denitrificationNitrification: 这个过程中NH4+被reduce并释放很多能量,在有氧气的情况下,一些soil里的细菌可以从过程中活取能量,一小部分的N2O as GHG会被形成as side reaction。 Autotrophic nitrifiers用NH4+里的能量,分两种bacteria:nitroso和nitro,都会减少被用作CO2 fixation的energy。 nitroso是NH3和O2反应,形成HON2+H+2E,而HNO2会分解成NO2-和H+从而降低soil pH。 Nitro 是NO2-和水反应。 Heterotrophic nitrifiers把NH4+变成NO2-和NO3-,但这个需要C skeleton from有机物。过程也需要细菌和真菌参与。在大部分的soil里,fertilizaer N 通过NH3 gas,NH4+ ion,urea or NH4NO3加入,其中NH3可溶于水变成NH4+使pH降低。因为upper layers的土很aerobic,nitrifying bacteria会把NH3变成NO3-,如果不能很快开始这个过程就会变成NO2- toxic, 但大多数植物比较喜欢NH4+ to NO3-。 如果植物不能很快吸收NO3-,它会因为soil的negative charge repell,并流到更深的土里。NO3-比NH4+流的更快,在arid地区,只有NO3-会被带到hardpan。 因为deeper in soil,O2浓度降低 NO3-会在anaerobic环境中进行denitrification
NO3- assimilation: Nitrate被植物的什么吸收,但能被convert to什么和 在哪里和哪里变成amino acids。 如果在roots里被assimilated,会形成amino acid然后转到什么in the xylem。 如果在shoot里被assimilated,NO3-会被转移到哪里。 Shoot vs roots reducers可以用什么方法比较。 Assimilatory pathway中要用到的两个enzymes。他们需要很多energy。如果在roots里,能量由谁提供,如果在leaves里可以用什么和什么NO3- assimilation: Nitrate被植物的roots吸收,但能被convert to NH4+ 和 在roots和shoots里变成amino acids。 如果在roots里被assimilated,会形成amino acid然后转到shoot in the xylem。 如果在shoot里被assimilated,NO3-会被转移到xylem。 Shoot vs roots reducers可以用检测xylem sap的方法比较。 Assimilatory pathway中要用到的两个enzymes:nitrate reductase和nitrite reductase。他们需要很多energy。如果在roots里,能量由carbohydrate metabolism提供,如果在leaves里可以用photosynthesis的light reacton
Denitrification: 所有的life都是oxidized和reduction过程。生物被oxidized,然后通过photosynthess来reduction,其中会有能量,能量又被oxidized用来reudction。 在anaerobic环境下,细菌需要什么来generate ATP through什么。 更高的organic carbon reserves to 提供什么和什么。细菌都有自己需要的enzymes,但是效率会有不同。 Denitrification对农业是什么的因为fertilizer会什么。 但在sewage treatment中可以被用来trigger什么来移走什么。 denitrification对大气是不好的因为N2O as GHG会破坏什么而NO在低大气层形成什么Denitrification: 所有的life都是oxidized和reduction过程。生物被oxidized,然后通过photosynthess来reduction,其中会有能量,能量又被oxidized用来reudction。 在anaerobic环境下,细菌需要electron acceptor来generate ATP through electron transport。 更高的organic carbon reserves to 提供reducing power和浓度更高的substrate NO3-。 细菌都有自己需要的enzymes,但是效率会有不同。 Denitrification对农业是detrimental的因为fertilizer会被loss to 大气。 但在sewage treatment中可以被用来trigger eutrophication来移走nitrates。 denitrification对大气是不好的因为N2O as GHG会破坏ozone而NO在低大气层形成污染
Hole in Pipe model for nitrification和denitrification: Nitrification和denitrification的pathways是什么,尤其是intermediates like NO和N2O。 NO和N2O的emission受三种影响: Ecosystems里的什么cycling的rate,如多少N flowing through pipes。 Soil 什么因为更多水意味着更少的什么,所以会减少什么,但是会增加什么。 Soil什么的大小因为这个决定了什么和什么的leak。 一些植物会产生什么来block nitrification enzymes,农药公司会发明synthetic nitrification inhibitor来加强N use efficiency来减少N2O,一般能降低35%。Anammox是anaerobic ammonia oxidation: Cells里有membrane bound organelle,叫做什么,这是anammox rxn发生的地方,会produce unique lipids叫做什么。 Major sink for N in oceans,所以会limit productivity,因为30-50%的N2都是在海里produce的。 Commerical application是用来移走什么里的什么Hole in Pipe model for nitrification和denitrification: Nitrification和denitrification的pathways是leaky pipes,尤其是intermediates like NO和N2O。 NO和N2O的emission受三种影响: Ecosystems里的nitrogen cycling的rate,如多少N flowing through pipes。 Soil water content因为更多水意味着更少的空气,所以会减少nitrification,但是会增加denitrification。 Soil pores的大小因为这个决定了nitric oxide和nitrous oxide的leak。 一些植物会产生nitrification inhibitor来block nitrification enzymes,农药公司会发明synthetic nitrification inhibitor来加强N use efficiency来减少N2O,一般能降低35%。Anammox是anaerobic ammonia oxidation: Cells里有membrane bound organelle,叫做anammoxosome,这是anammox rxn发生的地方,会produce unique lipids叫做ladderanes。 Major sink for N in oceans,所以会limit productivity,因为30-50%的N2都是在海里produce的。 Commerical application是用来移走wastewater里的ammonia
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