氮循环是地球系统的一个自然过程。自从地壳形成，地球上出现了大气和水圈的分异，以及生命出现和土壤形成以来，氮循环就启动了。正是由于地球上存在氮和其他生命必需元素的循环和生命必需要素水和氧的存在，才使地球生命生生不息，而成为太阳系中的一个生机勃勃的星球。

地球上的氮循环是由生活在土壤和水体中的微生物驱动的。当然，主要是土壤微生物。地球上氮的循环与其他生命元素的循环，特别是碳循环密切相关。人们对氮循环的认识和知识的积累是与微生物学的进展和对碳循环的认识紧紧地联系在一起的。

20世纪50年代以前，人们对氮循环的研究及其后果的考虑都是从农业角度出发的。这是因为氮素是生命必需的营养元素，氮肥是增加农作物产量的最有效的因素之一。对于硝化反硝化、氨挥发和硝酸盐淋洗所造成的氮素损失，人们较多考虑的是农业中损失了多少氮，而很少担心排放到大气中的N2O、NOx和NH3（氨），以及迁移到水体的NO-3（硝态氨）等会对环境产生多大影响。

自工业化以来，特别是到了20世纪50年代，全球人口急剧增长，工农业生产急速发展，化学氮肥和化石燃料的消耗量也陡然升高。据科学估算，到1990年，全球人为活化氮(化学合成氮，化石燃料燃烧形成的NOx和豆科作物及水稻扩种而增加的生物固定的氮)的数量已达到每年140TgN。而工业化前自然生物固定的氮，即通过微生物把大气中的惰性的分子氮转变为活性的氨的量为每年90～130TgN。这就是说，目前进入全球氮循环的活化氮总量比工业化前的自然生物活化的氮增加了一倍多。

由于全球人为活化氮的急剧增加，氮循环过程中形成的N2O、NOx、NO-3，以及NH3和NH+4等氧化态和还原态氮化合物也大大增加，从而严重地扰乱了自然界的氮循环。它们迁移到大气和水体，产生了严重的环境影响。如N2O是一种重要的温室气体，全球74%左右的N2O来自土壤。挥发到大气中的NH3，在大气层中消耗羟基（OH) ，从而影响到另一重要温室气体甲烷（CH4）的转化。挥发到大气中的NH3和NOx又通过大气干湿沉降分配到陆地和水体，对森林、自然湿地和水体等生态系统产生影响。NO-3向水体迁移加剧了水体富营养化，化石燃料燃烧形成的NOx加剧了酸雨的危害。热带雨林砍伐后生物大量焚烧形成的NOx也有相当的数量。最近发现农田土壤排放的NOx也不可忽视。

人为影响下，全球氮循环过程中形成的氧化态和还原态氮化合物数量的增加所引起的环境后果，已成为目前国际上普遍关注的问题。许多跨国的氮循环项目由一些国际组织直接资助。由各种国际组织和学术机构组织的全球性和地区性氮循环学术会议和专家工作组会议活动频频。

中国是世界上化学氮肥消耗量最多的国家。1996年中国化学氮肥的用量已达2370万吨N，已接近世界化学氮肥总消耗量的30%。中国化学氮肥用量的增加，在促进中国农产品产量的增加中起了重要作用，受到了国际上的注意；同时，中国每年投入如此巨大数量的化学氮肥，对全球和区域性环境可能产生的影响也备受国际关注！

2005年6月，全球人口已达64.77亿，预测到2050年将达到90亿。为满足增长的人口对食物的要求，增加化学氮肥的投入仍然是无法取代的措施。化石燃料的消耗量也将大大增加。全球人为活化氮数量的进一步增加，势必对环境造成更大的压力。因此，在不得不增加氮肥投入量的同时，寻求能减少对环境不利影响的对策是我们面临的一种挑战。

面对这一挑战，我们能做些什么？首先，应该让更多的人较全面地了解全球人为活化氮的增加，一方面能有效地增加农产品产量；但另一方面又会对人类生存环境产生严重影响这一事实。这就是我们编写这本科普读物的动机。为此，我邀请了对此有共同愿望的邢光熹研究员共同完成了本书的编写。本书在有关氮素转化的某些节段，在深度上作了一些必要的延伸，以适应不同读者。

本书涉及的外国科学家的名字均以原文写出，因为目前尚无统一的中文译名，任意译出将给读者带来困难。

朱兆良2000年5月