土壤中氮的高效利用
氮和硫的生物地球化學(xué)循環(huán)在很多方面都有共同之處，都是植物生長(zhǎng)必需的關(guān)鍵養(yǎng)分，氮和硫主要以有機(jī)形態(tài)存在于土壤中，主要都是以陰離子的形態(tài)在土壤-植物系統(tǒng)中進(jìn)行遷移。氮和硫能通過一系列的氧化和還原過程形成氣體釋放，造成嚴(yán)重的環(huán)境問題。今天咱們主要討論氮在環(huán)境中的轉(zhuǎn)化和遷移。
氮的缺乏與過量會(huì)對(duì)全球生態(tài)系統(tǒng)的健康與生產(chǎn)能力產(chǎn)生重要影響，我們?cè)趯?duì)氮素管理和調(diào)控方面花費(fèi)的人力物力遠(yuǎn)超過其他的元素。特定土壤微生物的生物固氮作用或植物吸收大量的氮素，導(dǎo)致土壤中的缺氮現(xiàn)象非常普遍。不斷地從土地中收獲的農(nóng)作物也帶走了大量的氮素，現(xiàn)代耕作方式減少了養(yǎng)分歸還，各種綜合原因會(huì)影響自然界的氮循環(huán)。
農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)因缺氮造成的植株葉片發(fā)黃，很多時(shí)候并沒有采取適當(dāng)?shù)拇胧┙鉀Q這個(gè)問題。要掌握氮素對(duì)植物體的作用時(shí)間和速率才能有效補(bǔ)充。上面說過，氮在合適的條件下能通過氧化和還原過程形成氣體釋放，如何最大限度的避免氮素浪費(fèi)，很考驗(yàn)我們對(duì)土壤、溫度和作物生長(zhǎng)特點(diǎn)等方面綜合起來制定補(bǔ)充氮素的方案。
綠士達(dá)項(xiàng)目部實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，氮過量與氮匱乏這個(gè)矛盾的現(xiàn)象同時(shí)存在，種植戶在施用氮肥的時(shí)候，可能因?yàn)闊o法精準(zhǔn)掌握施肥量，或省工省力的原因，一次性投入過量氮肥。當(dāng)土壤含氮量過高，氮元素會(huì)通過淋失進(jìn)入地下水，養(yǎng)分流失的同時(shí)，還造成水的硝酸鹽污染。一部分氮素轉(zhuǎn)化成氧化亞氮?dú)怏w進(jìn)入大氣中。
上面說了氮素的轉(zhuǎn)化和遷移，再說說氮素對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響。
氮元素是植物體內(nèi)許多有機(jī)化合物的重要成分。所有的氨基酸都含有氮，氨基酸是形成蛋白質(zhì)的基礎(chǔ)，其中包括控制大多數(shù)生物過程的酶。植物體內(nèi)的氮，關(guān)鍵組分包括核酸及葉綠素等。氮素對(duì)碳水化合物在植物中的利用也非常重要。充足的氮素供應(yīng)可以促使植物根系的生長(zhǎng)發(fā)育，也能促進(jìn)其他養(yǎng)分元素的吸收。大多數(shù)植物對(duì)氮素供應(yīng)量的變化很敏感，當(dāng)?shù)赜行栽黾拥臅r(shí)候，植物葉片顏色變深。氮能增加作物谷粒的飽實(shí)度，提高植物種子和葉片中的蛋白質(zhì)含量。經(jīng)過我們實(shí)地檢測(cè)，氮素充足，萵苣和蘿卜的含汁量大幅增加。
植物在缺氮的情況下會(huì)出現(xiàn)黃萎，葉片變黃或暗綠色，發(fā)育不良(尤其是在作物營養(yǎng)生長(zhǎng)階段)，莖稈細(xì)弱等生理障礙。缺氮的時(shí)候，植物體內(nèi)蛋白質(zhì)含量很低，糖分含量變高，這是因?yàn)榈夭蛔悖瓉碛糜诮M成蛋白質(zhì)的碳化合物不能被利用，大量積累在植物體內(nèi)。氮素在植物體內(nèi)的移動(dòng)性很強(qiáng)，供應(yīng)不足時(shí)植物吸收的氮元素優(yōu)先轉(zhuǎn)移到新葉，老葉片黃化加劇。綜合以上這些，缺氮植物的老葉首先變黃或早衰。缺氮嚴(yán)重的植物根莖比較短，比正常不缺氮的更早成熟，但是農(nóng)產(chǎn)量品質(zhì)會(huì)大幅降低。
氮元素施用過量會(huì)造成植株徒長(zhǎng)，莖稈細(xì)胞擴(kuò)大，細(xì)胞強(qiáng)度變?nèi)�，容易倒伏。過量使用氮素，作物成熟期會(huì)延遲，細(xì)胞壁變薄，容易受到真菌性病害和害蟲的威脅。如果鉀元素供應(yīng)不足，氮素過量，以上的問題會(huì)加劇發(fā)生。
氮素過量對(duì)蔬菜和水果的影響是：含糖量和維生素降低，減少儲(chǔ)存期。葉菜類氮素過量會(huì)造成硝酸鹽含量過高，干旱低溫逆境下，植物體內(nèi)硝酸鹽同化成蛋白質(zhì)的速率大幅降低，加劇硝酸鹽的積累。
關(guān)于植物吸收氮元素的形態(tài)，以前也發(fā)送過很多關(guān)聯(lián)文章，簡(jiǎn)單說一下吧。植物根系從土壤中吸收的氮主要是硝酸根離子和銨根離子為主。某些植物會(huì)對(duì)硝態(tài)氮或銨態(tài)氮更有偏好，但是大多數(shù)植物喜歡兩種離子處在相對(duì)平衡的狀態(tài)。植物吸收氨態(tài)氮的時(shí)候會(huì)降低根際土壤pH，吸收硝態(tài)氮會(huì)使根際土壤pH升高，土壤pH的變化會(huì)影響其他陰離子(比如磷酸根離子和微量元素)的吸收。這種影響如果失衡，就可能出現(xiàn)單鹽毒害，關(guān)于單鹽毒害以前也發(fā)送過這類的文字。說句嚴(yán)重點(diǎn)的話，牽一發(fā)而動(dòng)全身，每種營養(yǎng)元素不僅對(duì)植物有用，還會(huì)對(duì)其他元素的吸收利用有影響。
亞硝酸鹽也能被植物吸收，幸運(yùn)的是這種有毒離子土壤中含量極少。
氮素除了以上兩種形態(tài)可被吸收，還有一些低分子量的可溶性蛋白質(zhì)和氨基酸，這些低分子量的溶解態(tài)有機(jī)化合物優(yōu)點(diǎn)是在土壤中穩(wěn)定性高不易揮發(fā)，缺點(diǎn)是吸收速率低一些。不同的作物對(duì)溶解態(tài)有機(jī)化合物的吸收速率差別很大，水稻和高粱能高效地吸收氨基酸和可溶性蛋白質(zhì)，同科作物玉米和谷子吸收速率就低很多。
土壤中氮大部分以有機(jī)態(tài)存在，這部分有機(jī)態(tài)氮穩(wěn)定性高，同時(shí)很難被高等植物吸收利用。大部分有機(jī)氮含有胺基官能團(tuán)，是蛋白質(zhì)或腐殖化合物的一部分，微生物的作用下這些化合物會(huì)轉(zhuǎn)化成簡(jiǎn)單的氨基化合物，胺基官能團(tuán)水解后氮以銨根離子的形式釋放，再被微生物氧化成硝態(tài)氮。不可溶的有機(jī)含氮大分子不斷分解成更小單位，最終以銨根離子形式釋放。無機(jī)態(tài)氮：銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的循環(huán)
銨態(tài)氮主要有五種轉(zhuǎn)化途徑：
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�、�2:1型黏土礦物層間固定;
�、苻D(zhuǎn)換成氨氣揮發(fā);
⑤微生物氧化形成亞硝酸鹽。
硝態(tài)氮四中轉(zhuǎn)換途徑：
①微生物同化固定;
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③隨土壤溶液淋失進(jìn)入地下水;
�、芡ㄟ^反硝化作用轉(zhuǎn)化成氮?dú)鈸]發(fā)進(jìn)入大氣。綜上所述，結(jié)合綠士達(dá)土壤改良項(xiàng)目部多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，我大概總結(jié)一下農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中氮元素的大致情況：
①施肥要考慮氮素的利用率及土壤、溫度、作物需氮高峰期等因素;
�、谥参飳�(duì)氮素吸收的形態(tài)和轉(zhuǎn)化速率;
③氮素在土壤中的分布與循環(huán);
�、艿氐耐c礦化;
⑤重視可溶性有機(jī)氮;
�、摒ね恋V物對(duì)銨的固定;
⑦氨的揮發(fā)(濕地?fù)]發(fā)與氨的吸收);
�、嘞趸c反硝化作用;
�、嵯跛猁}的淋失;
⑩生物固氮。
土壤氮水平，也就是土壤供氮能力的強(qiáng)弱，受很多因素制約，如果我們能夠合理施肥，結(jié)合實(shí)際情況，綜合書本的理論和傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)，還要考慮各元素間的協(xié)同與拮抗，為種植戶制定合理的綜合施肥方案，既能顯著降低投入成本，增加種植收入，又能保護(hù)環(huán)境。