土壤中氮素转化过程及植物吸收方式(土壤部分初稿)

土壤中氮素转化过程及植物吸收方式

我国耕地土壤全氮含量为0.04～0.35％之间，且土壤有机质含量呈正相关。其氮素来源包括：生物固氮、降水、农业灌溉和施肥等，而目前肥料是农田土壤氮肥的主要来源。下面就从土壤中氮素的主要表现形态和转化过程等进行详细的介绍：

（一）土壤中氮素的主要形态

水溶性速效氮源< 全氮的5% 包括游离氨基酸、胺盐及酰胺类化合物等有机氮水解性缓效氮源占50～70% 包括蛋白质及肽类、核蛋白类、氨基糖类(>98%) 非水解性难利用占30～50% 包括杂环态氮、缩胺类

离子态土壤溶液中

无机氮吸附态土壤胶体吸附

(1～2％) 固定态2：1型粘土矿物固定

注明：其中无机氮包括：铵态氮(NH4+ — N)、硝态氮(NO3-— N)、亚硝态氮(NO2- — N)三种主要形态。

一般情况下，土壤中存在的主要是有机态氮，占土壤总氮的90~98%。

（二）土壤中氮素的转化过程

1.有机态氮的转化

土壤中的有机态氮是较复杂的有机化合物，必须要经过各种矿化过程，变为易溶的形态，才能发挥作物营养的功能。它的矿化量和矿化速率就成为决定土壤供氮能力的极其重要的因素。土壤有机氮的矿化过程是包括许多过程在的复杂过程。

①水解过程蛋白质在微生物分泌的蛋白质水解酶的作用下，逐步分解为各种氨基酸。

②氨化过程氨基酸在多种微生物作用下分解成氨的过程称为氨化过程。如：

RCH2OH＋NH3＋CO2＋能量—水解—→RCHNH2COOH＋H2O RCHOHCOOH＋NH3＋能量—氧化—→

RCHNH2COOH＋O2RCOOH＋NH3＋CO2＋

能量——还原—→RCHNH2COOH＋H2

由此可见，氨化作用可在多种多样条件下进行。无论水田、旱田，只要微生物活动旺盛，氨化作用都可以进行。

氨化作用产生的铵态氮能被植物和微生物吸收利用，是农作物的优良氮素营养。未被作物吸收利用的铵，可被土壤胶体吸收保存。但在旱地通气良好的条件下，铵态氮可进一步为微生物转化。

③硝化过程指氨或铵盐在微生物作用下转化成硝酸态氮化合物的过程。它是由两组微生物分两步完成的。第一步铵先转化成亚硝酸盐，紧接着亚硝酸盐又转化成硝酸盐，消化过程是一个氧化需氧过程，只有在通气良好的情况下才能进行。所以水稻田在淹水期间主要为铵态氮，硝态氮很少，旱地土壤一般硝化作用速率快于氨化作用，土壤中主要为硝态氮。硝态氮也是为植物吸收利用的优良氮源，所以可以利用土壤硝化作用强度来了解旱地土壤的供氮性能。

④反硝化作用指土壤中硝态氮被还原为氧化氮和氮气，扩散至空气中损失的过程。反硝化作用主要由反硝化细菌引起。在通气不良的条件下，反硝化细菌可夺取硝态氮及其某些还原产物中的化合氧，使硝态氮变为氮气损失。

2.无机态氮的转化过程

无机态氮包括硫酸铵、硝酸铵、碳酸铵、碳酸氢铵、氢氧化铵等。由于这些都属于不稳定的化合物，易氨化释放出氨，同时也遵循硝化过程和反硝化作用；但应指出，施用时需在保护地的密闭环境中施用，除应注意土壤适当湿度和通透性外，还应掌握少施、勤施和深施。如施用不当，极易熏坏叶片，甚至造成全株死亡。

尿素虽属有机氮肥，但因结构简单，其转化过程与无机氮肥基本相同，以尿素为例简要说明：

尿素施入土壤后，以分子状态存在，还可以分子状态被作物吸收，但数量很少。尿素分子与土壤中黏粒矿物或腐殖质上的功能团以氢健相互作用力结合，在很大程度上尿素在浇水后淋溶流失。另外，

尿素在土壤中可以在脲酶的作用下转化为铵态氮，供作物吸收和土壤胶

体吸附。土壤多数细菌、放线菌、真菌都能分泌脲酶，其转变如下：

①CO （NH 2）2＋2H 2O （NH 4）2CO 3

碳酸铵可以进一步水解产生碳酸氢铵和氢氧化铵：

②（NH 4）2CO 3＋H 2O NH 4HCO 3＋NH 4OH

碳酸氢铵和氢氧化铵也可以在硝化细菌的作用下进一步转为硝态氮： （NH 4）2CO 3 + NH 4HCO 3＋NH 4OH NO 3-

在碱性或碱性土壤中，尿素水解后生成铵态氮，表施会引起氨的挥发，因此硝化细菌

脲酶

应深施覆土。尿素撒施在水田表面后，水解后的氨挥发量在10%-30%；在碱性土壤中，氨挥发损失的氮约12%-60%。在高温高湿下，尿素的氨挥发可使植株灼伤，硝化速率加快，所以，尿素深施、以水带肥非常重要。由于尿素在土壤中转化可积累大量的铵离子，会导致pH升高2-3个单位，再加上尿素本身含有一定数量的缩二脲，其浓度在500ppm时，便会对作物幼根和幼芽起抑制作用，因此尿素不易用作种肥、苗肥和叶面肥。其他施用期的尿素含量也不宜过多或过于集中。幼苗期作物受缩二脲危害后形成叶绿素合成障碍，叶片出现失绿、黄化甚至白化的斑块或条纹。

植物氮含量占其干重的0.3-5%。植物中蛋白质、核酸及叶绿素都还有不同量的氮元素。

（一）植物对氮的吸收形态包括：

无机态：NH4+－N、NO3-－N（主要）

有机态：NH2－N、氨基酸、核苷酸等（少量）

植物对铵态氮的吸收与同化：

（1）吸收过程：被动渗透和接触脱质子

（2）同化过程：

部位：在根部很快被同化为氨基酸

过程：

反应过程：

植物对硝态氮的吸收与同化：

（1）吸收：植物主动吸收NO3-－N

（2）同化：吸收后，10～30％在根同化，70～90％运输到茎叶同化小部分贮存在液胞

（3）影响硝酸盐还原的因素：

①植物种类：与根系还原能力有关，如:

木本植物> 一年生草本植物

油菜> 大麦> 向日葵> 玉米

②光照：光照不足，硝酸还原酶活性低，使硝酸还原作用变弱，造成植

物体NO3－－N 浓度过高

③温度：温度过低，酶活性低，根部还原减少。