什么形态的氮容易被作物吸收

２００２年第５期　化学教育　觋拥　介绍　什么形态的氮容易被作物吸收　孙成斌　（贵州都匀黔南民族师范学院化学系５５８０００）　摘要通过对氪元素在土壤中及在作物体内存在的形态与相互转换的分析，说明作物易于吸　收在水中溶解度较大的铵态氟和硝态氮。这２种形态的氮素对作物营养来说都是同等重要的。　关键词氮肥存在形态铵态氮硝态氮吸收转换　氮元素是组成作物体内有机化台物的主要元素　之一。是氨基酸、蛋白质　辅酶、核酸及其他含氮物　质的重要组成元素。作物体内的氮元素主要靠作物　吸收土壤中的含氮物质而得到。氮肥能直接或间接　供给作物生长的氮元素，氮肥的使用可以提高作物　的产量，改善作物的品质。氮肥是肥料中的重要一　类，它的用量大，品种多。氮肥施人土壤后，在土壤　中氮元素存在的形态与相互转换，关系到作物对氮　元素的吸收和有效利用。　１氮元素在土壤中存在的形态　土壤中氮元素的形态可分为分子态氮、有机态　氮和无机态氮。　（１）分子态氨空气中存在大量的分子形态的　氮，但由于分子态氨不活泼，除豆科作物能与根瘤菌　共生固定分子态氮外，大多数作物不能直接利用。　（２）有机态氨它占土壤全氮的９９％　有机态　氮主要来源于土壤腐殖质、动植物残体或施人的人　畜粪尿、堆肥、绿肥等。按其分解的快慢，分为３类：　①易溶于水易分解的，如尿素、氨基酸和酰胺类物　质；②易被弱酸、弱碱水解的，如结构简单的蛋白质；　③不易分解的，如腐殖质和结构复杂的核蛋白、酶蛋　白等　（３）无机态氮　占土壤全氮的１％，都易溶于　水　无机态氮分为①铵态氮，以ＮＨ１或Ｎ｝　形式　存在，如氨水、碳酸氢铵、磷酸铵等；②硝态氮，以　ＮＯ３－的形式存在，如铵、磷肥等。　２土壤中氮元素的转换　土壤中存在的各种形态的氮元素，只有一小部　分是作物能够直接吸收利用的，大部分需要经过一　定的转化才能被作物吸收利用。氮元素在土壤中的　转化主要有氨化作用、硝化作用、反硝化作用和生物　固定　（１）氢化作用有机态氮经微生物作用井分解　产生ＮＨ　的过程，称为氨化作用，也是氮元素的矿　化过程。参与氨化作用的微生物很广泛，在不同土　壤条件下这一作用都能进行。氨化作用是促进氮元　素有效化的作用，氨溶于水生成Ｎ｝　易被作物吸　收。当土壤持水量在６Ｏ％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。　如尿素是有机态氮肥，是酰胺态氮　尿素要经　过土壤微生物（尿酶）的作用，转化生成碳酸铵后，才　能被作物吸收利用。　ＣＹＯ（ＮＨ３）２＋２Ｈ２０　￣Ｎ（Ｎｔ－ｈ）２。　（２）硝化作用氨或铵盐在土壤硝化细菌的作　用下，转化为称为硝化作用。硝化作用分２步　进行，首先在亚硝化细菌作用下，氨氧化为亚，　亚很少在土壤中积累，随即在硝化细菌的作用　下，进一步氧化为。　２Ｎ　＋３０２　堕些塑旦２Ｈ　＋２　Ｈ＿０十６６２　Ｊ　２ＨＮＣｈ＋Ｏ２　ｍ４ｇＮ￣２ＩＫＮＣｈ＋１５９　Ｊ　土壤通气好，持水量在６０％左右，土温２５℃～　３０℃，土壤呈中性时，硝化作用能顺利进行　（３）反硝化作用　硝态氮被土壤反硝化细菌还　原为亚，井进一步还原为Ｎ２、ＮＯ）、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，土温为３Ｏ℃～３５℃，ｐＨ＝５～８和土　壤含有较多的新鲜有机质时，最易产生反硝化作用，　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。　（４）生物固定有效氮被土壤微生物消耗，变为　其躯体的成分而固定下来。这是土壤有效氮的无效　化过程。然而，一旦微生物死亡，经过分出氮元　素又可被作物吸收利用。生物固定是土壤氨元素无　效化过程，但有利于土壤微生物活动和对氮元素的　暂时贮存　在土壤中各种形态氮元素的相互转换作用中，　反硝化作用会造成脱氮损失，应尽量进行防止。而　维普资讯 http://www.cqvip.com

化学教育　２００２年第５期　硝化、氨化作用是氮元素有效化过程，有利于作物吸　收，应促使其发生。　３作物体内氮元素的转换　作物吸收土壤里的ＮＨ　和ＮＯ；，并合成氨基　酸和蛋白质等含氮有机化合物的过程，称为植物氮　同化。高等动物只能直接或间接地利用植物制造的　氨基酸的氮。作物吸收的各种形态的氮元素必须经　过一定的转换，才能成为有机氮化合物被作物贮存。　这些转换主要发生两方面的反应；　（１）还原植物吸收的ＮＯ；必须先转换　成ＮＨ３才能参加有机氮化合物的合成。在细胞中　ＮＣｑ还原成ＮＩ－Ｉ３的过程分２步进行。①ＮＯ；还　原为ＮＯ２－，由还原酶催化，在细胞质中进行；②　ＮＯ２－再被还原为ＮＨ　，由亚还原酶催化，在叶　绿体和根细胞的原质体里进行。还原酶是一种　底物诱导酶；其合成和活力受Ｎｃｉ的影响和诱导　大多数情况下其活力受其产物ＮＨ　及各种氨基酸　抑制。亚还原酶是单一的肽链，其上接有铁硫　复合物及铁二氢卟酚四吡咯；它的合成及活力依赖　于ＮＯ２－的供应。亚还原酶位于叶绿体内。　（２）氨同化作用　植物从土壤里吸收的ＮＨ　或在体内将ＮＣｑ还原形成的ＮＨ　，在３个重要的　酶参与下，同化为有机氮化合物。这３个酶是：谷酰　胺合成酶、谷氨酸合成酶及谷氨酸脱氢酶。　谷酰胺合成酶催化谷氨酸和Ｎ］－［３反应形成谷　酰胺。此反应需要Ｍ　的存在，消耗的能量来自　光合磷酸化形成的腺苷三磷酸（ＡＴＰ）。　ＨＯＯＣＣＨ（ＮＩ－Ｉ２）ＣＨ２ＣＨ２ＣＯＯＨ＋ＮＨ３十ＡＴＰ　谷氨酸　塑　塑　（　）ｃＨ２啦。ＤＮ　十ＡＤＰ＋Ｐ】　谷酰胺　谷酰胺的酰氨基由谷氨酸合成酶催化转换给酮　戊二酸，形成谷氨酸。　Ｈ　（Ｎ　）ＣＨ￣ＣＨ２ＣＯＮＨ２　谷酰胺　＋Ｈ￣Ｈ２ＣＨ２Ｃ（Ｋ）Ｈ＋２Ｈ一十２ｅ　答氨酸台成酶　酮戊二酸　ＨＣＫ）ｆＸ３Ｈ（Ｎ　）Ｃ２ＣＨ２Ｏ［ｘ）Ｈ　谷氨酸　谷氨酸上的氨基，由各种转氢酶催化，可以转移　到各种酮酸上，形成相应的氨基酸。　ＮＨ　在谷氨酸脱氢酶的催化作用下，也能与酮　戊二酸结合形成谷氨酸。　十ＮＨ　＋ＮＡＤＨ　堕量　Ｈ∞ｃｃ　ｃＨ　ｂ。。０Ｈ十ＮＡＤ＋＋Ｈ２０　４作物对不同形态氮元素的吸收及选择　作物吸收养分的主要器官是根，被作物吸收的　氮元素的主要形态是无机态的ＮＨ；和ＮＯ；。作物　除了吸收离子形态的氮养分外，还可以很少量的吸　收一些分子形态的简单有机物，如某些氨基酸。　作物的根吸收离子态的养分是一个复杂的过　程。在吸收过程中养分必须到达作物根系表面。根　系本身的生长。可以与土壤粒子表面的离子或溶液　中的离子接触。更主要的是由于土壤溶液中的离子　浓度不同，离子由浓的地方向稀的地方扩散，以及土　壤溶液中的离子随水向根部流动　使养分到达根的　表面　根的呼吸作用产生ＣＯ２　与水结合后形成　Ｈ１（）０　。碳酸离解后产生Ｈ　和ＨＣＯ３－与土壤颗粒　表面吸附的离子或土壤溶液中的离子交换，使养分　进入作物体内　ＮＨ；、ＮＯ；在水溶液中的溶解度大，容易随水　一起到达作物的根部，而尿素、有机态的氮在水中的　溶解度要小一些，到达植物根部的时间长，ＮＨ；、　ＮＣｈ－是以离子的形态直接进入植物体液内，直接参　与植物体内的循环。而有机态的氮，则在进入植物　体内前，要在土壤中各种酶和外界酸碱的作用下首　先进行转变，由有机态氮转变为离子态氮。所以植　物对有机态氮的吸收要比吸收无机态氮缓慢。正因　为铵态氮、硝态氮更易被作物吸收利用，将其称为土　壤速效氮。　植物对氮元素的吸收具有主动性，因作物体内　离子态氮养分的浓度往往比土壤溶液中高出许多　倍，而离子可以由浓度低的土壤溶液进入浓度高的　作物细胞内。不同作物种在同一种土壤上吸收氮养　分的数量和比例也不同。不受土壤养分供应状况的　制约，主要取决于作物本身的营养特点＝这不仅表　现在不同作物对氮肥需要量不同，还表现在作物对　氮素形态的选择上。例如水稻喜欢铵态氮肥；大麻　喜欢硝态氮肥：块根作物在根内含淀粉或糖分多时，　吸收铵态氮肥为主，淀粉或糖分含量少时，以吸收硝　态氮肥为主。　作物在不同的生长期间对不同形态氮肥的吸收　是不同的。在生长初期以硝态氮为主，在生长后期　以铵态氮为主。　５影响氮元素吸收的因素　影响植物氮元素吸收的因素是多方面的，其中　（下转第４４页）　维普资讯 http://www.cqvip.com

化学教育　２００２年第５期　Ｓｏｘｈｌｅｔ提取器的简易替代装置　葫小铭王红蚂江源　（江西九江师范专科学校化学系３３２０００）　Ｓ。　Ｉｅ｜提取器是化学实验室中常用的一种玻　１制作方法　璃仪器，其特点是操作简单，具有连续性，提取效率　较高，但该装置造价高，虹吸管容易破碎且清洗起　来比较困难，在使用和保管中都需要十分小心　如　我们在茶叶中提取咖啡碱的实验里，每次都是要求　学生细心进行操作，尽管如此，由于Ｓｏｘｈｌｅｔ提取器　的提抽虹吸管很细，每个学期经学生使用下来都要　损坏一两套。更由于学校经费不足，不可能购买许　多备用品，有时即使有钱也不能及时到货，使得实验　过程中Ｓｏｘｈｌｅｔ提取器显得严重不足，为此我们利用　现有的一些非磨口仪器，制作了简易的提取装置，基　本上解决了仪器不足的问题　装置如图：　（１）取大小适合于５００　ｍＬ锥形瓶的橡皮塞，打　钻２个大小不等的孔．，Ｊ、孔插人带弯钩的细玻璃棒，　大孔套上球形冷凝管。　（２）取一长方形滤纸卷成筒状，将其下端对折　１／４，用棉线缚住，于纸筒中装填碾碎的茶叶末，并在　茶叶末上盖－－Ｊｌ，片滤纸，捆绑于带弯钩的玻璃棒上　即可开始提取。　２简易装置的优点　（１）装置的制作材料价廉易得，均为实验室里常　备器材，可以节省大量的资金。该装置牢固耐用，不　易破损，且装拆方便，拆散后可做其他实验用，不像　Ｓｏｘｈｋｔ提取器只能专用。　（２）用该装置实验效率很高。在平行对比实验　中，Ｓｏｘｈｌｅｔ提取器从茶叶中用酒精提取咖啡碱液需　要１　５　ｈ才能萃取完，而采用本装置仅用了０．５　ｈ即　可萃取完毕，节约了大量实验时间，节省了灯用酒精　的消耗。具有省时节能高效率的特点，可广泛用于　各种固体物质的较大量的萃取。　上接第４页　土壤的酸、碱性是影响较大的因素。不同作物都有　它生长适宜的酸碱度，一般在接近中性，ｐＨ＝６～８　的范围内生长较好。土壤过酸或过碱会引起作物体　内的蛋白质变化和酶的活性钝化，作物不能正常生　长。土壤的酸碱度能直接影响土壤中养分的溶解或　沉淀　不同酸碱度的土壤中氮元素的存在形态、水　溶性、作物吸收的情况都不同。如氨态氮在碱性土　壤中主要以Ｎ　的形态存在，在酸性土壤中主要以　ＮＨ　的形态存在。而以ＮＨ３存在，作物就不能很　好的进行吸收。　土壤的酸、碱性还能影响土壤中微生物的活动，　吸收。在冬季、干旱、死板的土壤里作物就不能很好　的吸收氮元素　通过以上的分析可知：作物易于吸收在水中溶　解度较大的铵态氮和硝态氮。作物通过根系可以直　接吸收土壤中的铵态氮和硝态氮。这２种形态的氮　素对作物营养来说都是同等重要的。所不同的是，　铵态氮素直接参与蛋白质的合成，而硝态氮素进人　作物体内以后，在根部或叶内，必须在酶的参与下，　进行一系列的还原作用，形成氨后才能参与蛋白质　的合成。但是，铵态氮本身对作物是有毒的，不能在　作物体内贮存和运转。铵态氮进入作物体后，在根　部立即与酮酸结合形成氨基酸，或者与某些氨基酸　化合成酰胺，才能在作物体内贮运，并进而参与蛋白　质的合成。　参考文献　［１］诸无铎等化肥科学使用指南北京　金盾出版社，１９９７　因为转化土壤中含氮物质的氮化细菌和硝化细菌适　宜在接近中性的土壤中活动。当土壤中酸、碱性发　生变化时，会影响土壤中氨化作用、硝化作用的进　行，改变土壤中速效氮养分的存在情况　土壤温度、通气情况、持水量都能影响氮元素的