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土壤氮素的形態(tài)、轉(zhuǎn)化及其作用 氮素是植物需要較多的營(yíng)養(yǎng)元素，對(duì)植物的生長(zhǎng)、產(chǎn)量及品質(zhì)都具有重要意義，是其生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中必需的大量營(yíng)養(yǎng)元素之一。氮肥不僅可以顯著影響植株的株高、葉片數(shù)、根長(zhǎng)、生物量等農(nóng)藝性狀，還對(duì)植物生長(zhǎng)具有重要的生理作用。土壤中氮素形態(tài)可分為無(wú)機(jī)態(tài)和有機(jī)態(tài)，土壤空氣中也含有氮。 一、土壤氮素的形態(tài) 1.有機(jī)態(tài)氮 1)水溶性有機(jī)氮 水溶性有機(jī)氮主要是一些比較簡(jiǎn)單的游離態(tài)氨基酸、胺鹽及酰胺類等化合物，它們分散在土壤溶液中很容易水解，迅速釋放出NH₄⁺，成為植物的有效氮源。 2)水解性有機(jī)氮 水解性有機(jī)氮是在酸、堿或酶作用下能水解成簡(jiǎn)單的易溶性氮化合物的有機(jī)物，主要有蛋白質(zhì)、多肽類、核蛋白類和氨基糖類。蛋白質(zhì)及多肽類是土壤中數(shù)量最多的含氮化合物，主要存在于微生物物體內(nèi)，水解后分解成多種氨基酸，進(jìn)而釋放NH₄⁺。核蛋白水解生成蛋白質(zhì)和核酸，核酸水解生成核苷酸、磷酸、核糖或脫氧核糖和有機(jī)堿。有機(jī)堿最終分解成CO2、H2O及NH3。由于有機(jī)堿中的氮呈雜環(huán)態(tài)結(jié)構(gòu)，氮不易被釋放出來(lái)，故在植物營(yíng)養(yǎng)上屬于無(wú)效性氮。氨基糖為葡萄糖胺，來(lái)自核酸類物質(zhì)，在生物酶作用下，先分解成尿素一類的中間產(chǎn)物，然后轉(zhuǎn)化為氨基糖。 3)非水解性有機(jī)氮 非水解性有機(jī)氮主要是指雜環(huán)態(tài)氮化物、糖與銨的縮合物及木質(zhì)素類物質(zhì)等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的含氮有機(jī)化合物。這些含氮化合物結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不溶于水，用酸、堿處理也不能水解，對(duì)植物是無(wú)效的。 2.無(wú)機(jī)態(tài)氮 土壤中無(wú)機(jī)態(tài)氮數(shù)量很少，銨態(tài)氮(NH₄⁺)和硝態(tài)氮(NO₃⁻)是土壤中無(wú)機(jī)氮的主要形態(tài)，有時(shí)也可能有亞硝態(tài)氮(NO₂⁻)，但數(shù)量極少，而且很快轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮。NH₄⁺和NO₃⁻均易溶于水，能直接被植物吸收利用。在通氣不良的土壤中，NO₂⁻積累超過(guò)一定濃度時(shí)，會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生毒害。NH₄⁺雖然是水溶態(tài)的，但可以被負(fù)電膠體吸附而免于流失，其中一部分可以被黏粒礦物固定。被固定的NH₄⁺不能被植物利用，也很難轉(zhuǎn)化遷移。 3.氣態(tài)氮 土壤空氣與大氣含氮量大體相當(dāng)，氮?dú)庵挥薪?jīng)過(guò)微生物的固定才能轉(zhuǎn)化為植物氮源，尤其是豆科植物根瘤中的共生固氮菌和嫌氣性固氮菌活動(dòng)旺盛，其固氮能力較強(qiáng)，土壤生物固氮是植物吸收氨素的重要來(lái)源之一。 二、土壤氮素的轉(zhuǎn)化 1)有機(jī)氮的礦化：在微生物的作用下，含氮化合物逐步分解，最終產(chǎn)生銨鹽的過(guò)程。 2)無(wú)機(jī)氮的生物固定：土壤中的銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和某些簡(jiǎn)單的氨基態(tài)氮通過(guò)微生物和植物吸收同化，成為生物有機(jī)質(zhì)的組成部分，稱為無(wú)機(jī)氮的生物固定。 3)氨的揮發(fā)：氨可能從土壤中揮發(fā)到大氣中。NH₄⁺→NH34)硝化作用：在富含氧氣的土壤中，銨根離子首先被亞硝化細(xì)菌轉(zhuǎn)化為亞硝酸根離子，然后被硝化細(xì)菌轉(zhuǎn)化為硝酸根離子。 亞硝化細(xì)菌將NH₄⁺→NO₂⁻ 硝化細(xì)菌將NO₂⁻→NO₃⁻ 5)反硝化作用：在缺氧條件下，硝酸根離子被反硝化細(xì)菌還原為氮?dú)猓罱K釋放到大氣中。 6)硝酸還原作用：硝酸根離子在植物或微生物的作用下被還原為亞硝酸根離子或氨。 三、土壤氮素的作用 1)植物生長(zhǎng)的必需營(yíng)養(yǎng)元素 氮素是植物生長(zhǎng)發(fā)育的必需元素，參與蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子的構(gòu)成，對(duì)植物的生長(zhǎng)、產(chǎn)量及品質(zhì)具有顯著影響。氮肥的合理施用可以顯著增加植物的葉綠素含量，提高超氧化物歧化酶的活性，從而增強(qiáng)植物的光合作用和抗病能力。 2)土壤肥力與結(jié)構(gòu)氮素的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化影響土壤的肥力和結(jié)構(gòu)，通過(guò)調(diào)節(jié)土壤中的碳氮比，促進(jìn)有機(jī)物的分解和養(yǎng)分的礦化，同時(shí)影響土壤團(tuán)聚體的形成和穩(wěn)定性，對(duì)土壤的物理性質(zhì)和水分保持能力有重要作用。 3)環(huán)境調(diào)控與健康 氮素管理對(duì)防止環(huán)境污染至關(guān)重要，合理控制氮素輸入可以減少水體富營(yíng)養(yǎng)化和溫室氣體排放。土壤氮素的形態(tài)和含量是評(píng)估土壤健康的重要指標(biāo)，與土壤的生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能密切相關(guān)。 4)農(nóng)業(yè)可持續(xù)性 高效利用和管理土壤氮素是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，通過(guò)優(yōu)化施肥策略、利用有機(jī)肥料、改進(jìn)耕作制度等措施，可以提高氮素利用效率，減少氮素?fù)p失，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，同時(shí)保護(hù)和改善環(huán)境質(zhì)量。 |
