关于土壤中氮素转化规律的研究

的 有 效 性 取 决 于 它 们 的存 在 状 态
、
。
温 则 有 利 于 生 物 固定
。
好 气 条 件 有 利 于生 物 固 定
。
,
,
土 壤 中氮 素
而 嫌 气条 件则 有 利 于 矿 化
。
在 土 壤 和地下
、
水 中 氮存 在 状 态 有 四 种 有 机 氮 氨氮 硝 态 氮 和
— 机 氮分解 性 的一 个 重 要 因 素
。
由 于 化 学 反 硝 化 作 用 要 求 比较 低 的 土 壤
酸 性 土 壤 中 发生 较 多
,
作 为 其 强 烈 进 行 的条 件
,
因 此对 一 般 农 业 土 壤 来
。
壤 中 硝酸 盐 多被还 原 成 分 子 态 氮
反 硝化 作 用 的 机制
。
说
,
这 种 作 用 是 非 常次 要 的
只 有 当受 酸 雨 的 污
易 于 氧化成
护
,
,
场 和
由于
。
还 原 作 用 可 以 导 致 反 硝化 脱 氮 同化成有 机氮
的 有机氮 生 成 下
。
还 原 成按
,
,
也可
逸 出 的 气 体 中可 含 有
在 嫌 气培养条件 下
有 一 定 比例
。
卞
,
但 还 原成 按 的 却 很 少
其反应 如
护 亚 硝酸 与
一
氨基 酸 起 反 应 产 物 为
一般不 易被 土
,
‘
一
一
、
,
它的必
壤 胶 体 所 吸 附 故 移 动 性 大 极 易 淋洗 损 失
虽 然 能 被 土 壤 吸 附与 固 定
,
要 条 件是通气 不 良 也 就 是 土 壤 空 气 的 氧 分 压 比
但是
,
倘 若 数量 过 多
较低
下时
,
一 般 当土 壤 空 气 中 氧 的 浓 度 降 低 至 反 硝 化 作 用 才 比较 强 烈
。
另 一 方 面 也 易 遭 淋洗 损
效 利 用 和 水 质及 大气 的 污 染
失 此 外 在 存在 氨 的 挥 发 损 失 的情 况 下 硝 化 作 用
的迅 速 进 行 有 利 于 减 少 氮 素 损 失
,
氨 的 挥 发 土 壤 液相 中 的
‘
与
。
·
之间的
。
。
但是 却 又增
,
平衡 点 受 到
在
的制 约 时
,
,
,
土 壤 中无 机 氮
。
分 为 水 解 性 氮 和 非 水 解性 氮两 类
土 壤 总 氮量 的
,
,
水 解性 氮约 占
一
,
一
,
主要 由
一 般 来 讲 在 温 度较 高 时 更有 利 于 矿 化 而低
,
氨基 氮 氨 基 酸 等 组 成 土 壤 中 的 水解 性 氮素 和 非
水 解 性 氮 素都 有 一 定 的 生 物 降 解 性
亚硝酸菌
」
交 换 性 按 是 吸 附 在带 负 电 的 有 机 与无 机 胶 体 周围的
‘
,
它 是 液 相 钱直接 补 给 因 此 钱 的 吸
,
,
,
亚硝酸菌
程 称 为 硝 化 作 用 它 分 为 两 个 阶 段 每一 阶段 要 由
,
— —
热量
。
附
— 少 钱 态 氮 的损失
,
解 吸 作 用 起 着 一 种 缓 冲作 用
物 质 的不 断 消 耗 生 物 固 定作 用 逐 渐 转 弱 直 到 矿
, ,
,
,
的 它 不 仅 是 陆 生 植 物 的 主 要 氮 素 营养 供 给 源 也
是 生 物 圈 中 氮 素 的一 个 十 分 重 要 的 存 在 形 式
。
它
化作 用 转 而 大 于 生 物 固 定 作 用 时
得 以 重 新 积 累 这 称之 为 矿 化作 用
,
高 温 和 大 风 都 会 促进氨 的 挥 发
硝 酸 盐还 原 作 用
以 下 才 能进 行
从 反 应 自 由能 的 变 化 来 看
,
,
亚 硝 酸 自分 解 的 各 种 反 应 的 自发 性
。
随
一
,
的升
硝 酸还 原 的 不 同途 径
土 壤 中硝 酸 盐 的
,
高 而 降低 自分 解 的 产 物主 要 是
矿化 亚 硝化
还原
与灌 溉 水 会 引 起 一 系 列 的 物 理
,
、
化 学 和 微生 物 反
,
应 而这三 类 反应 应加 以 同时 研究 和 分析 才 能 确
有机
硝化
定 这 些 溶 质 的 最 终归 宿 位置 和 其 反应产 物 因为 自然 条件 下 的 氮 有 各 种 价 态
,
、
。
垫 气 夔
物吸收
液相
二二一
“‘
呱
’一
了一
、
、
。
’
淋洗 损 失
多 洗损 失
丽
肠眼 么 此
方 环 境
讨
年第
期
氨 的 挥发 损失
的 浓度 就愈低
。
土 壤 的 代换 量 愈 大 液相 中 因而 氨 的 挥 发 损 失 量 也就 愈 小
。 。
,
,
态 氮 的 分 解 产 生 出 氮气
,
、
、
等 气体
,
。
它包
,
括下 列 反应
亚 硝 酸 自分 解 这 个 反 应 只 有 在
微 生 物 或植 物 群 落
和 高 等植 物 的 新 陈 代 谢 几 乎 参 与 了 全 部价 态 的 转
有机 态 氮 的 矿 化 和 无 机 态 氮 的 生 物 固 定
源 物 质 显 著地影 响 到 矿化 和 生 物 固定 的 相对 强 弱
。
化 实 际反 应 是 由好 几 个 转 化 反 应 同时 进 行 的 其
关 于 土 壤 中氮 素 转 化 规 律 的 研 究
钟 玲玲
江 西景 德 镇 市环境 监测 站 摘
要
、
,
土 壤 中氮 素 的 存 在 状 态 有 四 种 有 机 氮 氛 氮 葫 态 氮 和 气 态氮 其 相 互 转 化 的 途 径 有 很 多 各 途 径 之 间 是 互 相 联
,
、
,
系 互 相 影 响 的 影 响 土 攘 中 氮 素 转化 的 因 素 主 要 有 土 壤 质 地 土 壤基 质 土 壤 的
。
大
。
有 在 好 气 条 件 下 土 壤 中也 存 在 反 硝化作 用
土
温度
℃大 于
硝化 作 用 的最 佳 温 度 为
,
℃
。
温
度 太 高和 太 低 对 硝化 作 用 都不 利
℃时
,
当温 度小 于
壤 中氨 的 亚 硝化 或 硝态 氮 的还 原所 形 成 的亚 硝
。
。
在 通 气 良好 的 情 况 下 硝 化 速 率 较 大 亚 硝化
速 率 小 因 而 很 少 有 亚 酸 态 氮 的 积 累 但 是 当大量 施 用 氮 肥 时 或 在 碱 性 土 壤 中 往 往 由于 氨 的 积 累
,
, ,
,
,
而它 对 植 物来 说 是 无 效 的
,
。
但 是 由施 肥 所 增 加 的
土 壤 中氮 素 转 化 的 重 要 方 面
中是 相 伴 进 行 的
,
,
这两 个作 用 在 土 壤
水 地 表水 的质量 上 起 着 十 分重 要 作 用
、
、
。
向耕 作 中
,
它 是 一 种 由生 物 控 制 的 有 机 态
。
,
的 农 田 大 量 施 尿 素 按 盐 和 硝 酸 盐 等氮肥 时 它 们
氮 与 无 机 态 氮之 间 的 交 换 过 程 在 这 一 过 程 中 能
合作 用 及 团 聚 作 用 的 因 素
化
。
,
有机
无 机 胶 体 的 复 合 作 用 是 降低 土 壤 有
,
任何 能 削 弱 这 种 复
气 态 氮 土 壤 中氮素 的 转 化 途 径 很 多 各 种途径 之
,
。
都 可 以 促进 氮素 的 矿
环 肺卿曲 此 方。 。刃口 境 。
讨
年第
期
土 壤 中有 机 含 氮 化 合 物
反 硝化 作 用 可 分 为
。
染 土壤
,
降至
。
以 下 时 化 学 反 硝化 作用 才 会
,
微 生 物 机制 和 化学 机 制 两个 方 面
亚 硝 酸 的 化 学 分 解 问题
用 进 行 的序 列 是
,
后 者 实 际上 是
大大 地加 快
。
微 生 物 机 制 的 反 硝化 作
淋洗 损 失
,
。
硝酸根 和
,
,
、
,
热量
一
,
卞
,
引 起 反 硝化作 用 的 微 生 物种 类 很 多 其 中 主 要是反硝化细菌
。
亚硝 酸与
尿 素 反应 产 物 为
一
,
在 缺 氧 条件 下 分 解有 机质
,
,
以
,
一
丁
硝酸盐作用 为受氢体
、 、
逐 渐将 它 还 原 成
、
丁
,
或
。
硝 酸 盐 还 原 成 氨 的 过程 在 在 中性 或 微 碱性 的 潮 湿 土
的 无机 态 氮得 以 积 累 与此 相 反 当有 过 量 能 源 物
,
氮 素的转化
土 壤 中 的 氮 素有
,
质存 在 时 则 生 物 固 定作 用 比 矿 化作 用 强 无 机 氮
, ,
’
以 上 是 以 有 机 态 氮存 在
,
含 量逐 渐 减 少 表 现 为 净 生 物 固 定 作 用 随 着能 源
,
,
、
、
Fra Baidu bibliotek
、
温 度及 含 水 责 等
。
关健词
土壤
氮素
转化
峭化
反浦 化
前言
含 氮物 质 在 含 有 可 使其 发 生 转 化 的 微 生 物 的
土 壤 中 的输运 过 程 以及 在 农 作物 的生 长 和 地下
间 又 是互 相 联 系 互 相 影 响 的
,
。
土 壤 中有 机 氮 的 矿化 和 无 机 氮 的生 物 吸 收 是
,
它 有利 于减
并 且 源 源 不 断地 解 吸 供 给 植 物
。
热量
,
吸 收 利 用 这是 一 种 保 肥 稳 肥 作 用
粘 粒 矿 物 固态 按 与交 换 态 钱 之 间 存 在 着 平 衡 关 系 土 壤 自然 固 定 态 钱 很 难 转 化 成 交换 性 钱 因
,
专一 性很 强 的细 菌来 完成
蛋白
,
经 各 种 微 生 物 的酶
肤酶
上 反 映 出 土 壤 条 件 对 旱 作 物生 长 的 有 利 程 度
,
,
。
因
此 既 保持 好 有 利 于 早 作 物 生 长 的 土 壤 条 件 又 适 蛋 白质
二
脱氨基
氨 基 酸 一下二石一 尹 作用
。
—
,
酶 多肤
, ,
有 机酸
,
虱
—
氨基 酸 粘 粒 矿 物 固定态 钱
时硝 化 率很 低
,
失 而 且 即使 是 加 人 氨态 氮 也 可 以通 过 在 土 表
,
。
,
布可 以看 出
一
,
在
氧 化 层 进 行 硝 化作 用
,
继 而 在 其 下 的还 原 层 中 进
。
范 围 内 硝化率 随 土 壤
。
,
上 升而增
一
行 反 硝化 作 用 而 引 起 氮素 损 失
,
化学反 硝 化 机 制
释放
解吸
户交 换 性 铰
,
榷 蒲
禹赢 液相 铁
。
当 调 节硝化 作 用 的 速率 才 是 比较 理 想 的
解 及 生 物 化 学 作用 转 化 为 氨
这 一过程称为 氨化
,
土 壤 具 有 一 定 的 吸 附作 用 及 固 定 钱 态 氮 的 能
力 存 在着 下 述 平 衡 和 转 化
。
氨 在 适 当 的 土 壤 条 件 下 可 转 化 为硝 酸 这 个 过
氮素的损 失
土 壤 中 的 氮素
,
利 于植 物 的生长 甚 至会污染地 下水
, ,
。
在 转 化 过 程 中可 以 通 过 几 种
,
硝化作 用 有 利 也 有 弊 硝 态 氮的 移动性 大 一 方 面 有 利 于 向根 系 移 动
。
,
,
,
途 径 移 出土 体 而 损 失 掉
它直 接关 系 到 氮 素 的 有
,
以
也会有 一 部分被 淋洗 损 失
。
淋 洗 损 失 的 氮素 会 污
。
,
。
但 是 即 使 在含水
染 地 下 水 和 造 成 地 面 水体 的 富营 养化 现 象
量 不 太 高的 早 作 物 土 壤 中
由于 气 体 交 换 不 充
,
影 响 土 壤 硝 化作 用 的 因 素
。
分
,
土 体 中 也可 联 单 能 存 在 局 部 的 嫌气 微 区
。
从
,
土 壤 酸 度是 影 响 硝 化 作 用 的 重 要 因 素 之
,
而 导 致 反 硝作用 的 进 行
至 于淹水的稻 田 土壤
一 有 关 研 究 表 明 土 壤硝 化率 与 土 壤
显 著正相关
二
。
。
值呈 极
加 人 硝 态 氮 后 将 有 大 量 的 氮 因 反 硝化 作 用 而 损
从 回归 线 上 相 关 点 的 分
,
,
过 程 分析 相 当复 杂
。
因 为 在 带 有 电 荷 的 土 壤颗 粒
,
当 土 壤 中 没 有 过 量 的 能源 物 质 存 在 时 氮 素 的
, ,
,
表 面 周 围还 会 发 生 离 子 运 动 和 转 化 来 已 经 复 杂 的 问 题 变 得 更 加 复杂
。
使得 土壤本
矿 化作 用 比 生 物 固 定 作 用 强 表 现 为 净矿 化 土 壤
,
,
·
与
大 了 反 硝 化 损 失 的 可 能性
壤
, ,
。
硝化 作 用 还 可 引起 土
液相 中
量增多 的分压
,
,
增 加 了与
值 的 降低 但 是 硝 化 作 用 速 率 在 一 定 程 度
气相 挥发 溶解
其 相 平 衡 的 土 壤 气相 中
从 而易 引起
微生 物 和 化 学
机制 的 反 硝 化
亚硝 化
,
。
固 定 态 按 在条件 适 宜 时 当交 换 性 钱 和 钾 离 子 含
量很 低 时
有 相 当大 的 一 部 分 可 以 重 新 释 放 出 来
。
对 硝 酸 杆 菌 属 产 生 毒 害 作用
,
,
而 使 亚 硝 氮 氧化 受
,
供植 物 吸 收 利 用
阻 从 而 导 致 一 段 时 间 内 出现 亚 硝 态 氮 的 积 累 不