土壤氮素的形态、转化及其作用

　　氮素是植物需要较多的营养元素，对植物的生长、产量及品质都具有重要意义，是其生长发育过程中必需的大量营养元素之一。氮肥不仅可以显著影响植株的株高、叶片数、根长、生物量等农艺性状，还对植物生长具有重要的生理作用。土壤中氮素形态可分为无机态和有机态，土壤空气中也含有氮。

　　一、土壤氮素的形态

　　1.有机态氮

　　1)水溶性有机氮

　　水溶性有机氮主要是一些比较简单的游离态氨基酸、胺盐及酰胺类等化合物，它们分散在土壤溶液中很容易水解，迅速释放出NH₄⁺，成为植物的有效氮源。

　　2)水解性有机氮

　　水解性有机氮是在酸、碱或酶作用下能水解成简单的易溶性氮化合物的有机物，主要有蛋白质、多肽类、核蛋白类和氨基糖类。蛋白质及多肽类是土壤中数量最多的含氮化合物，主要存在于微生物物体内，水解后分解成多种氨基酸，进而释放NH₄⁺。核蛋白水解生成蛋白质和核酸，核酸水解生成核苷酸、磷酸、核糖或脱氧核糖和有机碱。有机碱最终分解成CO2、H2O及NH3。由于有机碱中的氮呈杂环态结构，氮不易被释放出来，故在植物营养上属于无效性氮。氨基糖为葡萄糖胺，来自核酸类物质，在生物酶作用下，先分解成尿素一类的中间产物，然后转化为氨基糖。

　　3)非水解性有机氮

　　非水解性有机氮主要是指杂环态氮化物、糖与铵的缩合物及木质素类物质等复杂结构的含氮有机化合物。这些含氮化合物结构复杂，不溶于水，用酸、碱处理也不能水解，对植物是无效的。

　　2.无机态氮

　　土壤中无机态氮数量很少，铵态氮(NH₄⁺)和硝态氮(NO₃⁻)是土壤中无机氮的主要形态，有时也可能有亚硝态氮(NO₂⁻)，但数量极少，而且很快转化为硝态氮。NH₄⁺和NO₃⁻均易溶于水，能直接被植物吸收利用。在通气不良的土壤中，NO₂⁻积累超过一定浓度时，会对植物产生毒害。NH₄⁺虽然是水溶态的，但可以被负电胶体吸附而免于流失，其中一部分可以被黏粒矿物固定。被固定的NH₄⁺不能被植物利用，也很难转化迁移。

　　3.气态氮

　　土壤空气与大气含氮量大体相当，氮气只有经过微生物的固定才能转化为植物氮源，尤其是豆科植物根瘤中的共生固氮菌和嫌气性固氮菌活动旺盛，其固氮能力较强，土壤生物固氮是植物吸收氨素的重要来源之一。

　　二、土壤氮素的转化

　　1)有机氮的矿化‌：在微生物的作用下，含氮化合物逐步分解，最终产生铵盐的过程‌。

　　2‌)无机氮的生物固定‌：土壤中的铵态氮、硝态氮和某些简单的氨基态氮通过微生物和植物吸收同化，成为生物有机质的组成部分，称为无机氮的生物固定。

　　3‌)氨的挥发‌：氨可能从土壤中挥发到大气中‌。NH₄⁺→NH34‌)硝化作用‌：在富含氧气的土壤中，铵根离子首先被亚硝化细菌转化为亚硝酸根离子，然后被硝化细菌转化为硝酸根离子。

　　亚硝化细菌将NH₄⁺→NO₂⁻

　　硝化细菌将NO₂⁻→NO₃⁻

　　5‌)反硝化作用‌：在缺氧条件下，硝酸根离子被反硝化细菌还原为氮气，最终释放到大气中‌。

　　6)硝酸还原作用‌：硝酸根离子在植物或微生物的作用下被还原为亚硝酸根离子或氨‌。

　　三、土壤氮素的作用

　　1)植物生长的必需营养元素

　　氮素是植物生长发育的必需元素，参与蛋白质、核酸等生物大分子的构成，对植物的生长、产量及品质具有显著影响。氮肥的合理施用可以显著增加植物的叶绿素含量，提高超氧化物歧化酶的活性，从而增强植物的光合作用和抗病能力。

　　2)土壤肥力与结构氮素的动态转化影响土壤的肥力和结构，通过调节土壤中的碳氮比，促进有机物的分解和养分的矿化，同时影响土壤团聚体的形成和稳定性，对土壤的物理性质和水分保持能力有重要作用。

　　3)环境调控与健康

　　氮素管理对防止环境污染至关重要，合理控制氮素输入可以减少水体富营养化和温室气体排放。土壤氮素的形态和含量是评估土壤健康的重要指标，与土壤的生物多样性和生态系统服务功能密切相关。

　　4)农业可持续性

　　高效利用和管理土壤氮素是实现农业可持续发展的关键，通过优化施肥策略、利用有机肥料、改进耕作制度等措施，可以提高氮素利用效率，减少氮素损失，提升农业生产效率，同时保护和改善环境质量。