长安大学 陕西西安 710054
摘要：目前，氮素损失已成为农田非点源污染的重要途径。氮素在土壤中的转化主要包括氮的矿化与固定、硝化与反硝化及氨的同化过程等，氮在土壤中的转化过程复杂且受影响的因素较多，本文将对土壤氮素转化过程研究进展进行综述，为今后的进一步研究提供有益借鉴。
关键词：氮素转化，矿化，硝化，反硝化，固定
前言
由于氮肥的超量投入增加了农田生态系统活性氮的排放，造成氮肥大量流失从而进入土壤和含水层，导致地表水富营养化，引发地下水硝酸盐污染，破坏臭氧层，加剧气候变暖、大气污染等诸多生态环境问题，对人类的健康和生态环境的安全造成威胁，因此明确土壤内部氮素转化过程的影响因素，为合理充分利用农业资源，控制农田氮污染提供科学依据。
1土壤有机氮的矿化
氮矿化是指通过微生物作用将难以被植物吸收利用的有机氮转化为可供植物吸收利用的NH4+和NO3一的生物化学过程。氮矿化过程同时受土壤温度、水分、土壤理化性质、植被类型、凋落物质量、土壤动物和微生物、时空格局以及其它自然或人为等诸多因素的影响。氮矿化率对3～9℃内的温度敏感， 但在9～15℃间则受多个因子的影响。水分在-1.5～0.03Mpa之间时，氮矿化率随其增加而升高，但若超过此范围，氮矿化率则会迅速下降。土壤质地是影响微生物的生物量与活动从而影响氮矿化作用，细质土比粗质土更能固定C、N。砂土中微生物生物量的C /N比高于粘土和壤土，且与单位微生物氮生物量的矿化率呈正相关。大小不同的干燥土壤团聚体中有机氮的矿化度不同， 团聚体越小、稳定性越弱，其有机质越易被微生物利用降解，可矿化有机氮库越大。粘粒/腐殖质比越高的土壤，氮矿化能力越低，这是由于粘粒对有机质有保护作用。通过筛分不同粒径的团聚体进行矿化试验，发现粒径越小，其氮矿化率越高，表明粒径越小的团聚体中含易分解氮的比例越大。
不同土层土壤中的有机质含量也是影响土壤氮矿化的重要因素，在0～120cm范围内，由于土层深度的不断加深，土壤透气性和有机质也不断变化，造成不同土壤深度氮矿化率不同[1]。而土壤透气性降低，可供降解的有机质减少，微生物数量也迅速减少，氮矿化随之下降。pH值升高可使有机质可溶性提升，可为微生物生长提供大量富C、N基质，促进C、N矿化。土壤盐度也会影响氮矿化，氨化菌比硝化菌更耐盐度，且随盐度增加，总氮矿化量下降。
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2土壤氮的固定
2.1 NH4+的粘土矿物吸附
土壤吸附程度与土壤理化性质、流体速度、溶质种类以及水动力弥散等有关，相对湿度也会影响NH4+的吸附量，相对湿度越大，吸附量也越大。孙大志[2]等研究发现土壤粒度越小，pH值越大、温度越低，土壤对NH4+的吸附能力越强。氮的固定量随土壤中粘土和土壤有机质的增加而提高。土壤有机质含量低将限制微生物生长，使氮素固定能力受限，可移动态氮越易流失。
2.2生物固持
氮的生物固定是与有机质矿化相对进行的过程，同样受微生物作用的影响。微生物分解产物易进入土壤腐殖质部分，而微生物固定态氮进入土壤腐殖质的机理目前有两种不同的观点：一种认为，微生物死后体内的蛋白质分解为氨基酸，在酶的作用下，通过转氨基作用与腐殖质功能团上的羧基生成CONH2和水。另一种认为，微生物分解后形成氨，与腐殖质的醌基形成复杂的含氮化合物。氮的微生物固定可以缓解土壤氮损失，土壤微生物同时参与氮素的固定和有机质的分解，其矿化氮有利于植物吸收[3]。
3硝化与反硝化
3.1 硝化
硝化过程是在好氧条件下氨氮氧化为硝酸盐的过程。土壤含水量低且通气状况良好有益于硝化作用的进行，含水量增大土壤通气性变差，减少硝化微生物的氧气来源，减弱了硝化作用。但也有很多研究表明在适当范围内土壤水分含量增加将促进硝化作用进行。刘巧辉[4]研究发现硝化速率与土壤含水孔隙率(WFPS，water-filled pore space)呈极显著正相关(p<0.001)，并且硝化速率在最适含水量下达到最大。土壤含水量较低的范围内，土壤中硝化速率与土壤含水量呈正相关；含水量达到最适合硝化微生物活动范围(WFPS在30～50%)时，硝化速率达到最大；超过最适含水量，硝化速率就会逐渐减小。
温度影响土壤有机质的分解和氮矿化过程及微生物代谢活动，进而影响土壤硝化作用。在适宜温度范围内，温度升高促进土壤微生物活动，有利于硝化作用进行，而温度过高会加速有机质分解，土壤氧气供应不足，使硝化作用受到抑制，土壤硝化作用的适宜温度范围在25℃～35℃。土壤pH是通过影响土壤硝化细菌活性、数量、种类及硝化作用的进程对土壤硝化作用产生影响。当土壤pH从4.7增高到6.5时，硝化速率增加3～5倍。李良谟等[5]认为土壤硝化速率与土壤pH呈极显著正相关，pH为5.6的土壤硝化率很低，在pH5.6～8.0范围内硝化速率随土壤pH升高而增大。
3.2 反硝化
反硝化过程是在嫌气条件下，土壤中的硝态氮、亚硝态氮还原成游离的N2、N2O、NO等气体而逸入大气的过程。土壤含水量影响土壤通气状况和土壤中的氧分压，进而影响反硝化作用。砂土和壤土中反硝化速率随WFPS数值增大而增大，当WFPS从60%增加到90%时，砂土和壤土的反硝化速率则分别增加了6倍和14倍。土壤含水量增加，水分将逐步填满土壤孔隙中的空气从而加强厌氧环境，有利于反硝化细菌活动，加快反硝化速度。
反硝化作用在5℃～70℃内进行，但过高或过低的温度都不利于反硝化作用，当温度达60℃～70℃以上时，反硝化作用即受到抑制；反硝化作用的最适宜温度范围为36℃～67℃。土壤pH同时也影响反硝化细菌和其它异养型细菌，反硝化作用强度和土壤pH呈正相关，pH值的下降会减弱反硝化作用，反硝化细菌活动最适pH范围为6～8，也有人认为pH范围为7～8。
4 结语
综上所述，氮素在土壤中的转化过程复杂，其受影响的因子多元，氮素转化研究对于揭示生态系统功能、生物地球化学循环过程的本质有重要意义。
参考文献
[1] Hadas A, Feigin A, Feigenbaum S, et al. Nitrogen mineralization in the field at various soil depths[J]. European Journal of Soil Science, 2006, 40(1):131-137.
[2] 孙大志, 刘华中, 孟凡宇. 氨氮在土壤中吸附影响因素的研究[J]. 吉林化工学院学报, 2007, 24(4):31-33.
[3] 宋建国, 林杉, 吴文良,等. 土壤易矿化有机态氮和微生物态氮作为土壤氮素生物有效性指标的评价[J]. 生态学报, 2001, 21(2):290-294.
[4] 刘巧辉. 应用BaPS系统研究旱地土壤硝化—反硝化过程和呼吸作用[D]. 南京农业大学, 2005.
[5] 李良谟, 潘映华, 周秀如,等. 太湖地区主要类型土壤的硝化作用及其影响因素[J]. 土壤, 1987(6).
作者简介：
王蕊（1991--） 女，青海省西宁市人，研究生学历，专业：环境工程。
论文作者:王蕊
论文发表刊物:《基层建设》2016年9期
论文发表时间:2016/8/3
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