土壤中氮的轉(zhuǎn)化過(guò)程

農(nóng)業(yè)中氮的3個(gè)主要來(lái)源是尿素、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮。銨轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮的生物氧化過(guò)程一般稱為硝化作用。此過(guò)程由自養(yǎng)型好氣性細(xì)菌引起，如圖中所示。在淹水土壤中，銨的氧化會(huì)受到抑制。尿素在尿酶的作用下或化學(xué)水解成氨和二氧化碳。在氨化過(guò)程中，氨被銨氧化菌轉(zhuǎn)化成銨，接下來(lái)，銨被硝化菌轉(zhuǎn)化成硝酸鹽（硝化作用）。

氮的轉(zhuǎn)化率取決于一些條件---當(dāng)前土壤中存在的硝化細(xì)菌。在以下條件下，NH₄⁺ 向NO₃的轉(zhuǎn)換才能順利進(jìn)行:

• 有硝化菌存在。
• 土壤溫度> 20 °C
• 土壤的pH 值在5,5 - 7,5之間
• 土壤中有足夠的水分和氧氣

若土壤出現(xiàn)以下一個(gè)或多個(gè)情況時(shí)，氮的轉(zhuǎn)化受限制或完全停止，可能會(huì)造成銨在土壤中的積累(Mengel and Kirkby, 1987)：

• 低pH值大大的抑制了微生物對(duì)銨離子的氧化。
• 缺氧（比如，淹水土壤）
• 缺少有機(jī)質(zhì)（它是細(xì)菌的碳來(lái)源）
• 土壤干燥
• 土壤溫度低引起土壤的微生物的活性降低，從而抑制硝化。
• 在26 °C是硝化作用最佳溫度，而銨化的最佳溫度高達(dá)50 °C。所以，在熱帶的土壤中，即使在中性pH的條件下，由于硝化率低，也會(huì)導(dǎo)致銨的聚積。

圖 1. 土壤中氮轉(zhuǎn)化的過(guò)程 (點(diǎn)擊圖放大, 點(diǎn)擊這里打開(kāi)和打印圖表)

含硝態(tài)氮的肥料較之含銨肥料的優(yōu)點(diǎn)

硝態(tài)氮是作物最佳氮源：

• 不揮發(fā)性：與銨不同，硝態(tài)氮不揮發(fā)，所以不要求必需土施，還可以用作追肥和葉面施肥，便于操作。
• 在土壤中可移動(dòng)-直接被植物吸收，效率最高。
• 硝態(tài)氮協(xié)同促進(jìn)陽(yáng)離子的吸收，如鉀、鈣、鎂。而銨與這些離子競(jìng)爭(zhēng)吸收位點(diǎn)。
• 硝態(tài)氮可以被植物立即吸收，而不需要任何的轉(zhuǎn)化，而尿素和銨在被植物吸收之前都要經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化。
• 施用硝態(tài)-氮肥，不會(huì)導(dǎo)致土壤酸化。
• 硝態(tài)氮限制對(duì)有害物的大量吸收，比如氯化物。
• 硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化成氨基酸的過(guò)程在葉片上發(fā)生，以太陽(yáng)能為能源，是個(gè)節(jié)能過(guò)程。銨必須在根部被轉(zhuǎn)化成有機(jī)氮化合物。這一過(guò)程需要消耗碳水化合物，會(huì)影響植物的其它生理過(guò)程，如植株生長(zhǎng)和果實(shí)充實(shí)。

Legaz et al (1996)明確闡述硝態(tài)氮的吸收效率比銨態(tài)氮吸收率更高。為期6個(gè)月對(duì)柑橘的養(yǎng)分吸收測(cè)定中，將不同肥料（硝酸鉀，硫酸銨）施用于沙土和壤土內(nèi)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)柑橘吸收硝態(tài)氮的效率(同位素 N-15標(biāo)記法)最高。在沙土條件下，植株對(duì)氮的吸收率差別非常大，施用硝酸鉀時(shí)，氮的吸收率為60%，而施用硫酸銨時(shí)，氮的吸收率只有40%。

土壤中硝態(tài)氮/銨態(tài)氮的最佳比例

Knight et al (2000)發(fā)現(xiàn)，土壤中的硝態(tài)氮比銨態(tài)氮更有益于馬鈴薯的產(chǎn)量和多數(shù)品質(zhì)特性，從而帶給種植者更高的經(jīng)濟(jì)回報(bào)。該項(xiàng)研究在南非西開(kāi)普省三得韋德進(jìn)行，那里的土壤pH值低，粘粒和有機(jī)質(zhì)含量低，不利于硝化。試驗(yàn)比較了三個(gè)水平的銨態(tài)氮/硝態(tài)氮比例，即80:20，50:50， 20:80。收益最好的是，施用80%的硝態(tài)氮和20%的銨態(tài)氮。

在已發(fā)表的關(guān)于硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的不同施用比例的文章中，涉及到提高生產(chǎn)能力方面在許多農(nóng)作物上都得出了同樣的結(jié)論。(意大利黑麥草 – Cunningham, 1963; 柑橘 - Van der Merwe, 1953; 番茄 - Kafkafi et al, 1971)

水培條件下硝態(tài)氮/銨態(tài)氮的最佳比例

在水培條件下，無(wú)土栽培標(biāo)準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)液中添加的銨態(tài)氮是氮總量的5%到 10 %，較少超過(guò)15%。比如在玫瑰的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段，添加量是25%。而在瓜類的果實(shí)發(fā)育階段為0%。增加按根離子的施用量?jī)H用于調(diào)整與作物生長(zhǎng)相關(guān)的根際PH環(huán)境。銨根陽(yáng)離子的吸收活躍和硝酸根陰離子的吸收降低，使得銨離子的吸收增加，降低土壤根際的pH值。植物吸收銨（NH₄⁺）時(shí)，為了保持植物體內(nèi)的電子平衡，會(huì)釋放H⁺，從而使土壤中pH值降低。對(duì)所有的植物來(lái)說(shuō)，培養(yǎng)液的最佳pH值的范圍在5-6之間(Sonneveld and Voogt, 2009)。

在培養(yǎng)基體系中添加的銨會(huì)成為硝態(tài)氮的替代物，由于離子的拮抗作用，銨離子會(huì)減少其它陽(yáng)離子如鉀離子、鈣離子、和鎂離子的吸收。此效應(yīng)的大小取決于各種因素如農(nóng)作物、生長(zhǎng)條件和對(duì)營(yíng)養(yǎng)物離子平衡的調(diào)整。所以，對(duì)于鈣缺乏敏感的作物，一定要慎重使用銨。尤其是當(dāng)這些作物生長(zhǎng)的氣候狀況不利于鈣向果實(shí)的轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)。如番茄和甜椒在干熱的環(huán)境下生長(zhǎng)就是很好的例子。這兩種作物都很容易出現(xiàn)由果實(shí)缺鈣引起的臍腐病，在干熱的環(huán)境更加多發(fā)。在這種條件下，每次減少鈣的吸收都會(huì)很危險(xiǎn)，所以，要慎重使用銨(Sonneveld and Voogt, 2009)。

參考文獻(xiàn)：

Cunningham, R.K. 1963.《植物營(yíng)養(yǎng)中陽(yáng)離子和陰離子的關(guān)系》。Rothamstead Exp. Sta., 1962 報(bào)告,  第65頁(yè)。

Kafkafi, U., I. Walerstein and S. Friegenbaum. 1971. 《沙地栽培時(shí)，硝酸鉀和硝酸銨對(duì)番茄的生長(zhǎng)、陽(yáng)離子的吸收和水分的需求的影響》。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. 《不同氮源對(duì)西開(kāi)普省馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)的影響》。FSSA Journal 2000, 第157-158頁(yè)。

Legaz Paredes F., B. Martín Olmo, M.D. Serna Guirao and N. Mu?oz Enrique. 1996. 《動(dòng)態(tài)營(yíng)養(yǎng)素和柑橘施肥技術(shù)改良》。巴倫西亞諾農(nóng)業(yè)調(diào)查研究所 (IVIA)。 第233-239頁(yè)。

Mengel K. and E.A. Kirkby. 1987. 《植物營(yíng)養(yǎng)原理》。IPI, Bern. 第687頁(yè)。

Sonneveld, C. and W. Voogt. 2009. 《溫室作物的營(yíng)養(yǎng)》。 Springer Dordrecht Heidelberg London New York. 第431 頁(yè)。

Van der Merwe, A.J. 1953. 《硝態(tài)氮和銨態(tài)氮對(duì)柑橘的營(yíng)養(yǎng)作用》. S. Afr. Dep. Agric. Sci. Bull. 299, 第158頁(yè)。