植物營養和土壤中的氮素 ─ 曾明寶

少爺

植物營養與肥料施用要點   系列十七

植物營養和土壤中的氮素
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文：曾明寶
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在植物必需的營養元素中，氮是影響植物生長和産量形成的首要元素。一般而言在氮、磷、鉀中氮肥肥效一直居於首位，同時也最容易流失而造成土壤缺氮，因此通常氮肥的用量遠遠超過磷肥和鉀肥。

空氣中氮氣占五分之四，是取之不盡的氮源。可惜植物不能直接利用空氣中的氮，必須通過工業或生物的途徑，將空氣中的氮合成爲氮的化合物，才能被植物利用。前者主要是生産合成氨，後者主要是豆科植物的生物固氮。
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氮占植物體幹重的0.3%－5%，平均含量約爲1.5%，是除C、H、O外含量最高的營養元素。它的生理功能主要有以下幾方面：
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5 y2 ^& P5 o" R& X: _7 V- L, W① 是蛋白質和核酸 的主要組成元素。蛋白質中含氮16%－18%，核酸中含氮15%－16%。蛋白質是構成植物細胞原生質的基礎物質，沒有氮就不能形成蛋白質，植物就不能維持生命。氮素是一切生物體不可缺少的，故有生命元素之稱。核酸及其與蛋白質結合的核蛋白，在植物生活和遺傳變異過程中有特殊的作用。
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; \, z7 o2 U: K8 m3 Q, w7 P② 是葉綠素的組成元素。綠色植物利用光能將二氧化碳和水合成有機物質，稱光合作用。缺少氮素會影響有機物的合成。
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( }; n# e4 M2 W( m! E: s# i③ 是植物體內許多酶的組成元素。酶是一類特殊的蛋白質，是植物體內各種物質轉化的催化劑，控制著各種代謝過程。此外，氮還是一些維生素和生物鹼的組分。
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2 P/ d) j& G( ~+ S氮素不足或過量容易從作物長相上看出來。氮素不足時植株矮小，葉片小而薄，葉色淺綠甚至發黃，植株常出現早期衰老現象，禾穀類作物穗小，籽粒不飽滿。氮素在植物體內可再度利用，缺氮時老葉中的蛋白質分解，氮素可供幼葉利用。因此，缺氮時植株下部葉片先黃化，逐步向上部擴展，可作爲判別作物缺氮的顯著特徵之一。
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4 z& Q* g  ]# U2 g氮素過量時作物葉片肥大，顔色深綠，柔軟多汁，莖桿細弱，營養生長旺盛導致晚熟，容易倒伏。果樹因葉片相互遮蔭，通風透光差，花蕾脫落嚴重。瓜果則結果不良，糖分下降，不耐貯藏。馬鈴薯、甘薯則地上部生長旺盛，結薯小而少。因此，必須合理施用氮肥。
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除豆科作物能與根瘤菌共生，固定空氣中的氮素外，絕大多數作物所需要的氮素來自土壤。土壤中的含氮化合物可分爲有機態和無機態兩大類。
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- j& i- o! D% A在耕犁層土壤中有機態氮占90%以上。因此，土壤有機質含量高的土壤，氮素含量也高。有機態氮主要存在於土壤腐殖質、動植物和微生物殘體、施入的有機肥料中。有機態氮不能被作物直接吸收利用，必須經過土壤微生物分解爲無機態氮才對作物有效。

7 g/ N' q2 L" Y按分解的難易，有機態氮可分爲易溶於水、分解快的氨基酸和醯胺類，易溶於弱酸、 弱鹼的簡單蛋白質和比較穩定的不易分解的腐殖質、結構複雜的蛋白質。
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土壤無機態氮有銨態氮和硝態氮，是作物可以直接吸收利用的氮，稱爲速效氮。土壤中有機態氮轉變為無機態氮，稱之為礦化作用。有機態氮的礦化是作物所需氮素的重要來源。
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土壤和肥料中氮的轉化包括水解作用、氨化作用、硝化作用、反硝化作用和生物固定。
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水解作用是指蛋白質在微生物分泌的蛋白質水解酶的作用下，逐漸分解爲各種氨基酸。
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5 ~* K8 {; J7 n! v5 d氨化作用是指土壤中的含氮有機物(如氨基酸)經微生物作用分解産生氨(NH[sub]3[/sub])的過程。氨溶於水生成銨離子(NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup])，可以被作物吸收，也可被土壤膠體吸附。
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4 a# Z9 Z* _% Y6 F1 S硝化作用是指氨或銨鹽在土壤硝化細菌作用下，轉化爲硝酸的過程。這個過程分兩步進行，先在亞硝化細菌作用下，氨氧化成亞硝酸，在土壤通氣良好的條件下，亞硝酸很少在土壤中積累，隨即在硝化細菌作用下進一步氧化成硝酸。硝酸態氮也是作物容易吸收的氮，但硝酸離子(NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup])不易被土壤膠體吸附，容易隨水流失。
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反硝化作用是指硝酸離子被還原成亞硝酸，進一步還原成氮的氧化物(NOx)和氮氣而揮發損失的過程，所以反硝化作用又叫脫氮作用。

上面提及的氮的轉化作用，都是在土壤微生物和酶的作用下進行的，所以都受土壤條件的影響，要有適宜的水分、溫度的酸鹼度，還受通氧條件的影響。例如硝化細菌是好氣性微生物，要求土壤通氣條件良好，土壤水分在田間持水量60％爲宜，既有一定水分，又有足够的空氣。
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反硝化作用是在土壤通氣不良(如淹水)，又有新鮮有機物存在時容易發生。氮的生物固定是指微生物在分解含氮有機物産生氨和硝酸過程中，也利用一部分供本身營養的需要，使氮素在微生物軀體中固定下來。一旦微生物死亡，經過其他微生物的分解，氮素可再釋放利用。除了上述土壤氮素轉化的生物化學過程外，某些物理的和化學的作用，如銨的吸附和分解、銨的粘土礦物固定和釋放，也應包括在氮素轉化之列。對土壤氮素轉化的瞭解，有助於合理施用氮肥，減少肥料氮的損失，更好發揮氮肥的增産作用。

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本文已刊於：神農廣播雙週報252期（97年10月20日出版）
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