土壤中氮的形态和转化

土壤中氮的形态和转化徐斌一、土壤中氮的形态土壤中的氮素形态分无机态及有机态两大类，但以有机态为主，按其溶解度大小和水解难易分为3类：第一，水溶性有机氮；第二，水解性有机氮；第三，非水解性有机态氮；它们在一般酸碱处理下不能水解，但可在各种微生物的作用下逐渐分解矿化。土壤无机态氮很少，一般表土不超过全氮的1％－2％。土壤无机态氮主要是铵态氮和硝态氮。它们都是水溶性的，都能直接为植物吸收利用。铵态氮为阳离子，能为土壤胶体所吸收成为交换性阳离子，但也有一部分在进入粘粒矿物晶架结构中后，被闭蓄于晶层间的孔穴内成为固定态铵。1.有机态氮按其溶解度大小和水解难易分为3类：第一、水溶性有机氮一般不超过全氮的5％。它们主要是一些游离的氨基酸、胺盐及酰胺类化合物，分散在土壤溶液中，很容易水解，释放出离子，是植物速效性氮源。第二、水解性有机氮占全氮总量的50％－70％。主要是蛋白质多肽和氨基糖等化合物。用酸碱等处理时能水解成为较简单的易溶性化合物。第三、非水解性有机态氮占全氮的30％－50％。它们在一般酸碱处理下不能水解，但可在各种微生物的作用下逐渐分解矿化。2．无机态氮土壤无机态氮很少，一般表土不超过全氮的1％－2％。土壤无机态氮主要是铵态氮和硝态氮及亚硝态氮。它们都是水溶性的，都能直接为植物吸收利用。第一，硝态氮土壤中硝态氮主要来源于施人土壤中的硝态氮肥和微生物的硝化产物。第二，铵态氮土壤中的铵态氮又分为三种，铵态氮为阳离子，能为土壤胶体所吸收成为交换性阳离子，但也有一部分在进入粘粒矿物晶架结构中后，被闭蓄于晶层间的孔穴内成为固定态铵。第三，亚硝态氮土壤中的亚硝态氮是硝化作用的中间产物。二、土壤中氮的转化土壤氮素形态较多，各种形态的氮素处于动态变化之中，不同形态的氮素互相转化，对于有效氮的供应强度和容量有重要意义。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内的复杂过程。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＋H2ORCHOHCOOH＋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，氨化作用都可以旺盛进行。氨化作用产生的铵可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氨态氮，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，在这里不再详述。但应指出，施用时，尤其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，因此，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的形式相结合，在很大程度上可以避免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。土壤中大多数细菌、放线菌、真菌都能分泌脲酶，其转变如下：CO（NH2）2＋2H2O—脲酶—→（NH4）2CO3碳酸铵可以进一步水解产生碳酸氢铵和氢氧化铵：（NH4）2CO3＋H2O———→NH4HCO3＋NH4OH上述反应式说明，尿素同无机态氮中的碳酸铵、碳酸氢铵、氢氧化铵一样，易分解释放出铵。因此尿素施在表层易引起氮素流失（以氨气形式挥发），形成氨害，甚至全株死亡，这种由于施用不当所引起的损失在保护地密闭环境中并不少见。所以施用尿素一定要开沟、挖穴，施在10厘米以下，并封土踩实，防止氨气外逸。尿素转化的快慢取决于脲酶的活性，脲酶的活性又与土壤肥力的高低、水分含量、土壤温度等因素有关。土壤肥沃、水分、温度适宜，转化就快，反之就慢，其中尤以温度的影响更为明显。在一般用量和施肥深度下，土壤温度为10时，需7－10天；20时4－5天；30时2－3天就能完全转化为铵态氮，供根系吸收和土壤胶粒上离子之间吸附交换减少流失。尿素转化后在土壤中不残留其他物质，既不酸化土壤，也不碱化土壤。但施肥时间要较其他化学氮肥稍早几天。