氮素的功能与转化

出处：按学科分类—农业科学 农业出版社《化肥实用手册》第23页（2506字）

氮素的作用和在土壤中的转化，是氮素营养的基本知识，也是合理施氮的重要依据。

1．氮素的生理功能 在不同作物体中氮素含量变化大，约占干物重的0．3—5%之间。氮是作物体内许多重要有机化合物的主要组成之一，在许多方面直接或间接地影响着作物的代谢和生长发育。

(1)蛋白质和核酸的主要组成元素 氮在蛋白质中的平均含量为16—18%。蛋白质是构成原生质的基础物质，缺乏氮素就会影响蛋白质形成，作物就不能维持生命。核酸是携带遗传特性的重要物质。

(2)叶绿素的组成元素 绿色作物就是通过叶绿素利用吸收的太阳能，将空气中的二氧化碳和从土壤中吸收的水分合成有机物质。因此，叶绿素就是作物叶子内制造“粮食”的工厂。绿色作物缺少氮素，就会影响有机物的合成。

(3)作物体内许多酶的组成元素酶本身就是蛋白质，在作物体中控制各种代谢过程并具有催化作用，对作物代谢产生积极影响。此外，氮素还是一些维生素和生物碱的组成，如维生素B₁、B₂、B₆，以及烟碱、茶碱等。可见，氮素营养对作物的生长和发育有着重要的意义。

2．氮素的失调症状 氮素供应充足，作物可合成较多的蛋白质、促进细胞的分裂和增长。但是氮素缺乏和过量也会给作物生长发育带来各种的症状。

(1)氮素缺乏症状 作物缺氮症状从长相上容易看出：植株矮小、叶片薄而小、叶色淡绿甚至发黄，作物穗小、籽粒不饱满、并易出现早衰。禾本科作物表现为分蘖少，双子叶作物表现在分枝少。氮素能再度利用，即在缺氮时能将老叶中的蛋白质分解，释放的氮供幼嫩叶利用。因此缺氮时下部叶片先黄化，逐渐向上部叶片扩展，可作为判别缺氮的显着特征之一。

(2)氮素过量症状 氮素过量会与过多的碳水化合物形成蛋白质，剩下少量的碳水化合物用作构成细胞壁的原料。细胞壁变薄，叶片柔软多汁，易感病。禾本科作物常出现叶片肥大，茎秆细弱，贪青晚熟，易倒伏；棉花表现株型高大，叶大而薄，蕾铃少易脱落，纤维品质下降；甜菜、西瓜和果品的含糖下降，不耐贮存；块茎和块根作物地上部旺长，地下部小而少。因此要合理施用氮肥。

3．氮素在土壤中的形态 除豆科作物根瘤菌固定空气中的氮素外。作物的氮素大多数来自土壤。氮素在土壤中的形态分为有机态氮和无机态氮，其总量称为土壤全氮。

(1)有机态氮 它约占土壤仝氮量的99%，作物不能直接吸收。有机态氮存在于土壤腐殖质、动植物残体或施入的人畜粪尿、堆肥、绿肥等之中，按其分解的快慢，分三类：①易溶于水易分解的，如氨基酸和酰胺类物质。②易被弱酸弱碱水解的，如简单的蛋自质。③不易分解的，如腐殖质和复杂的蛋白质。

(2)无机态氮 它占土壤全N的1%左右，易溶于水可被作物直接吸收，称为土壤速效氮，也叫土壤有效氮。土壤有效氮有铵态氮和硝态氮，此外还包括尿素、氨基酸、酰胺类等一些结构简单的有机态氮。

总的来说，我国土壤有机质含量偏低，大多在1—3%。所以土壤有机态氮低，全氮含量也低，大多在0．05—0．20%之间，其中大部分低于0．1%。因此，土壤供氮能力弱，成为限制作物增产的主要因素，施肥时应首先考虑施足氮素。

4．氮素在土壤中的转化 氮素的转化主要有氨化作用、硝化作用、反硝化作用和生物固定。

(1)氨化作用 有机态氮经微生物作用并分解产生氨(NH₃)的过程，称为氨化作用。氨溶于水生成铵离子(NH₄⁺)可被作物吸收。氨化作用是促进氮素有效化。当田间持水量在60%左右，土温保持30—35℃，土壤呈中性至微碱性条件时，氨化作用顺利进行。铵离子易被土壤胶体吸附，复土后不易损失。

(2)硝化作用 氨或铵盐在土壤硝化细菌的作用下，转化为硝酸称为硝化作用。土壤通气好，田间持水量60%左右，土温25—30℃，土壤呈中性时，硝化作用才能顺利进行。硝化作用产生的硝态氮与铵态氮一样，都易被作物吸收利用。但硝态氮不能被土壤胶体吸附，只能存在于土壤溶液中，应控制灌溉量避免氮素损失。

(3)反硝化作用 硝态氮被土壤反硝化细菌还原为亚硝酸，并进一步还原为氮气(N₂)、二氧化氮(NO₂)、一氧化氮(NO)等气体而挥发损失，称为反硝化作用，又称为脱氮作用。当土壤通气不良，土温30—35℃，pH值5—8和土壤有较多的新鲜有机质时，最有利于反硝化作用进行。反硝化作用是土壤硝态氮的无效化过程。

此外，铵态氮在通气的土壤上层转化为硝态氮后，如果被淋溶到缺氧的深层或者土壤通气不畅，也会发生反硝化作用。所以，氮肥尤其硝态氮在水田淹水期间，反硝化作用比旱地要强烈得多，是水稻田氮素损失的主要途径。

(4)生物固定 有效氮被土壤微生物消耗，变为躯体而固定下来。这是土壤有效氮的无效化过程。然而，一旦微生物死亡，经过分解释放出氮素又可被作物吸收利用。

上述表明，生物固定是氮素无效化过程，但有利于土壤微生物活动和对氮素的暂时贮存。而反硝化作用会造成脱氮损失应防止。氨化作用是氮素有效化过程，有利于作物吸收。但在北方石灰性土壤，如果其局部氨的浓度过高，往往会发生氮的挥发损失。所以在对土壤施肥、灌溉、耕翻时要加以注意。