[科普中國]-土壤氮素反硝化作用

反硝化作用是指土壤中某些厭氧微生物在通氣不良或供氧不足條件下，將硝酸根或亞硝酸根還原成氮?dú)獾葰鈶B(tài)氮素而損失的過程。這些反硝化微生物以硝酸根或亞硝酸根等代替氧氣為最終電子受體進(jìn)行呼吸代謝。硝酸根經(jīng)呼吸產(chǎn)生一氧化二氮，最終生成氮?dú)獾倪^程稱為反硝化作用或脫氮作用。

簡介反硝化作用是指土壤中某些厭氧微生物在通氣不良或供氧不足條件下，將NO3-或NO2-還原成N2等氣態(tài)氮素而損失的過程。這些反硝化微生物以NO3-或NO2-等代替O2為最終電子受體進(jìn)行呼吸代謝。NO3-經(jīng)呼吸產(chǎn)生N2O，最終生成N2的過程稱為反硝化作用或脫氮作用。1

影響因素影響反硝化作用的因素主要有以下幾方面：

一、土壤中碳的有效性，大多數(shù)反硝化作用是通過異養(yǎng)細(xì)菌進(jìn)行的，所以對土壤有機(jī)碳的依賴性很大，土壤有機(jī)質(zhì)總量和反硝化作用之間存在一定的相關(guān)性、而反硝化作用與易分解有機(jī)質(zhì)之間的相關(guān)性更好。可礦化態(tài)碳量或水溶性有機(jī)碳是土壤反硝化強(qiáng)度的良好指標(biāo)。如往土壤里加有機(jī)質(zhì)(植物秸稈或廄肥)可大大促進(jìn)反硝化作用的速率。

另外，植物根系分泌物以及根呼吸消耗土壤中的氧，可激發(fā)反硝化作用進(jìn)行。Smith等(1979)發(fā)現(xiàn)，玉米近根處的反硝化強(qiáng)度比遠(yuǎn)根區(qū)大得多。有人比較了休閑地和大麥地的反硝化損失的氧量，發(fā)現(xiàn)大麥地?fù)p失的氧量超過了大麥吸收的氮量。大麥地泡水24h后，90%的NO3-因反硝化而損失掉了。

二、氧氣含量。反硝化作用與土壤中氧的含量成負(fù)相關(guān)。據(jù)研究，氧在水中的擴(kuò)散速度只有空氣中的萬分之一。Pilot等(1972)提出反硝化作用的臨界充氣孔隙度為11%～14%，低于此數(shù)時(shí)，反硝化作用明顯加強(qiáng)；田同持水量為50%～70%時(shí)反硝化作用基本不表觀，大于75%時(shí)NO3-變成氣態(tài)氮逸失。Ryden等(1980)提出反硝化速率的高峰發(fā)生在水壓5～10kpa之間，超過10kpa時(shí)反硝化速率呈下降趨勢。

三、NO3-濃度。土壤中NO3-的存在是進(jìn)行反硝化作用的底物，但反硝化作用的速率并不依賴于NO3-的濃度。當(dāng)濃度〈40mg(N)/L時(shí)，則土壤中的反硝化速率表現(xiàn)為--級動力學(xué)水平。但因反硝化作用的影響因素十分復(fù)雜、加上有些測試技術(shù)不夠敏感，仍需進(jìn)一步研究。1

結(jié)果反硝化作用的結(jié)果：一、造成氮肥的損失。在農(nóng)田土壤中，因反硝化作用造成氮的平均損失量為氮配施人量的25%～30%，水田的反硝化作用比旱地強(qiáng)得多。二、引發(fā)溫室效應(yīng)。氮氧化物(N2O)是一種溫室氣體，每摩爾N2O吸收紅外輻射的能力約為CO2的110～200倍。三、破壞臭氧層。NO及N2O可以破壞臭氧(O3)層。四、消除NO3-對環(huán)境和食物鏈所造成的污染。1

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

張勇 - 副教授 - 西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院