土壤中氮的转化过程

硝态氮(NO3-) 与铵态氮(NH4+)

土壤中氮的转化过程

农业中氮的3个主要来源是尿素、铵态氮和硝态氮。铵转化成硝态氮的生物氧化过程一般称为硝化作用。此过程由自养型好气性细菌引起，如图中所示。在淹水土壤中，铵的氧化会受到抑制。尿素在尿酶的作用下或化学水解成氨和二氧化碳。在氨化过程中，氨被铵氧化菌转化成铵，接下来，铵被硝化菌转化成硝酸盐（硝化作用）。

氮的转化率取决于一些条件---当前土壤中存在的硝化细菌。在以下条件下，NH4+ 向NO3的转换才能顺利进行:

- 有硝化菌存在。

- 土壤温度> 20 °C

- 土壤的pH 值在5,5 - 7,5之间

- 土壤中有足够的水分和氧气

若土壤出现以下一个或多个情况时，氮的转化受限制或完全停止，可能会造成铵在土壤中的积累( Mengel and Kirkby, 1987)：

- 低pH值大大的抑制了微生物对铵离子的氧化。

- 缺氧（比如，淹水土壤）

- 缺少有机质（它是细菌的碳来源）

- 土壤干燥

- 土壤温度低引起土壤的微生物的活性降低，从而抑制硝化。

- 在26 °C是硝化作用最佳温度，而铵化的最佳温度高达50

°C。所以，在热带的土壤中，即使在中性pH的条件下，由于硝化率低，也会导致铵的聚积。

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图 1. 土壤中氮转化的过程 (

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含硝态氮的肥料较之含铵肥料的优点

硝态氮是作物最佳氮源：

- 不挥发性：与铵不同，硝态氮不挥发，所以不要求必需土施，还可以用作追肥和叶面施肥，便于操作。

- 在土壤中可移动-直接被植物吸收，效率最高。

- 硝态氮协同促进阳离子的吸收，如钾、钙、镁。而铵与这些离子竞争吸收位点。

- 硝态氮可以被植物立即吸收，而不需要任何的转化，而尿素和铵在被植物吸收之前都要经过转化。

- 施用硝态-氮肥，不会导致土壤酸化。

- 硝态氮限制对有害物的大量吸收，比如氯化物。

- 硝态氮转化成氨基酸的过程在叶片上发生，以太阳能为能源，是个节能过程。铵必须在根部被转化成有机氮化合物。这一过程需要消耗碳水化合物，会影响植物的其它生理过程，如植株生长和果实充实。

Legaz et al (1996)明确阐述硝态氮的吸收效率比铵态氮吸收率更高。为期6个月对柑橘的养分吸收测定中，将不同肥料（硝酸钾，硫酸铵）施用于沙土和壤土内，结果发现柑橘吸收硝态氮的效率(同位素

N-15标记法)最高。在沙土条件下，植株对氮的吸收率差别非常大，施用硝酸钾时，氮的吸收率为60%，而施用硫酸铵时，氮的吸收率只有40%。

土壤中硝态氮/铵态氮的最佳比例

Knight et al

(2000)发现，土壤中的硝态氮比铵态氮更有益于马铃薯的产量和多数品质特性，从而带给种植者更高的经济回报。该项研究在南非西开普省三得韦德进行，那里的土壤pH值低，粘粒和有机质含量低，不利于硝化。试验比较了三个水平的铵态氮/硝态氮比例，即80:20，50:50，

20:80。收益最好的是，施用80%的硝态氮和20%的铵态氮。

在已发表的关于硝态氮和铵态氮的不同施用比例的文章中，涉及到提高生产能力方面在许多农作物上都得出了同样的结论。(意大利黑麦草 – Cunningham, 1963; 柑橘 - Van der Merwe, 1953;番茄 - Kafkafi et al, 1971)

水培条件下硝态氮/铵态氮的最佳比例

在水培条件下，无土栽培标准营养液中添加的铵态氮是氮总量的5%到 10

%，较少超过15%。比如在玫瑰的营养生长阶段，添加量是25%。而在瓜类的果实发育阶段为0%。增加按根离子的施用量仅用于调整与作物生长相关的根际PH环境。铵根阳离子的吸收活跃和硝酸根阴离子的吸收降低，使得铵离子的吸收增加，降低土壤根际的pH值。植物吸收铵（NH4+）时，为了保持植物体内的电子平衡，会释放H

+

，从而使土壤中pH值降低。对所有的植物来说，培养液的最佳pH值的范围在5-6之间(Sonneveld and Voogt, 2009)。

在培养基体系中添加的铵会成为硝态氮的替代物，由于离子的拮抗作用，铵离子会减少其它阳离子如钾离子、钙离子、和镁离子的吸收。此效应的大小取决于各种因素如农作物、生长条件和对营养物离子平衡的调整。所以，对于钙缺乏敏感的作物，一定要慎重使用铵。尤其是当这些作物生长的气候状况不利于钙向果实的转运时。如番茄和甜椒在干热的环境下生长就是很好的例子。这两种作物都很容易出现由果实缺钙引起的脐腐病，在干热的环境更加多发。在这种条件下，每次减少钙的吸收都会很危险，所以，要慎重使用铵(Sonneveld and Voogt, 2009)。

参考文献：

Cunningham, R.K. 1963.《植物营养中阳离子和阴离子的关系》。Rothamstead Exp. Sta., 1962报告, 第65页。

Kafkafi, U., I. Walerstein and S. Friegenbaum. 1971.

《沙地栽培时，硝酸钾和硝酸铵对番茄的生长、阳离子的吸收和水分的需求的影响》。以色列，J . Agr. Res. 21:13-20.

Knight, F.H., P.P. Brink, N.J.J. Combrink and C.J. van der Walt. 2000.

《不同氮源对西开普省马铃薯产量和品质的影响》。FSSA Journal 2000, 第157-158页。

Legaz Paredes F., B. Martín Olmo, M.D. Serna Guirao and N. Muñoz Enrique. 1996.

《动态营养素和柑橘施肥技术改良》。巴伦西亚诺农业调查研究所 (IVIA)。 第233-239页。

Mengel K. and E.A. Kirkby. 1987. 《植物营养原理》。IPI, Bern. 第687页。

Sonneveld, C. and W. Voogt. 2009. 《温室作物的营养》。 Springer Dordrecht Heidelberg London New York. 第431 页。

Van der Merwe, A.J. 1953. 《硝态氮和铵态氮对柑橘的营养作用》. S. Afr. Dep. Agric. Sci. Bull. 299, 第158页。