众所周知,植物需要足够的营养物质才能生长,而且这些营养物质需要按正确的比例施用。营养物质过多或过少可能会干扰植物的发育。 有时,植物生长的减缓并非是由于某种元素的短缺引起的,而是由环境因素所造成的,这些因素可能扮演着更为重要的角色。在本文中,我们将特别关注铵态氮/硝态氮比例及其对最终作物的生长和发育以及温度、根区pH和土壤细菌等环境因素的影响。 氮是氨基酸、蛋白质、酶和叶绿素的构建要素。植物可以以硝酸盐(NO3-)或氨盐(NH4+)的形式吸收氮,因此总吸收的氮通常由这两种形式的组合构成。因此,这两种形式的氮之间的比例非常重要,会影响到植物和介质的生长。 为了最佳吸收和生长,每种植物物种可能需要不同的铵态氮/硝态氮比例。正如我们将看到的,正确的比例也会因温度、生长阶段、根区pH和土壤特性而有所变化。 氮在植物中的代谢 为了更好地理解植物对硝酸盐和氨盐的吸收的影响,我们需要了解这两种形式的氮是如何代谢的。 在叶子中硝酸盐转化为氨盐的过程是由太阳能驱动的,这使得这个过程具有高能效。然而,在根部中,氨盐必须首先转化为有机氮化合物。这个过程受到碳水化合物的驱动,因此以植物生长和果实产量等其他植物生命过程为代价进行。这些糖分必须从它们在叶子中的产生地运送到根部。 图1:大多数植物物种可以在叶子和根部代谢硝酸盐。硝酸盐是在根部还是叶子中代谢取决于多个因素,包括向根部供应的硝酸盐水平。在硝酸盐水平有限的情况下,它会迅速在根部进行代谢。当硝酸盐含量较高时,硝酸盐被运输到茎部并在那里进行代谢。 温度对氮吸收的影响
植物物种特定的氮吸收
铵态氮/硝态氮比对根区pH的影响
图2:氮素在生态系统中的传递过程。氮素(例如通过肥料施加)被植物吸收,并在植物组织中转化为有机化合物(例如蛋白质)。最终,氮素会被返还到土壤中。当有机体死亡时,它会被分解者转化回无机形式。 土壤中的氮转化过程 图3:这颗生菜的根部变色是因为铵毒。当土壤温度较低且土壤表面被封闭或压实时,会导致硝化速率缓慢,从而引发铵毒现象。这种紊乱也可能发生在排水不良、积水的田地上。含有铵的肥料的使用也可能导致铵毒。 如前所述,铵的吸收通常会使根区土壤pH下降,而硝酸盐的吸收会使土壤pH升高。然而,在某些条件下,由于根周围的微生物活动,pH可能不会像预期的那样响应。大多数涉及氨和硝酸盐的过程都是氮循环的一部分(图2)。最重要的步骤是氨的生物氧化为硝酸盐,即硝化作用。这个过程由不同的步骤组成,由自养的专性好氧细菌介导,这意味着需要氧气。植株吸收氮源为硝态氮而非铵态氮,有效地提高了生根区pH值。 硝化过程很容易受到干扰,而这种干扰通常会导致土壤中铵的积累。其中一个原因是土壤pH值低,通过抑制微生物对铵的氧化,限制了氮的转化。 其次,如前所述,将土壤中的铵转化为硝酸盐需要氧气。在非常潮湿的土壤中,空气含量下降,这通常意味着土壤中可用的氧气减少。在缺氧的情况下,微生物活动通常很低,这意味着较少的铵转化为硝酸盐和铵的积累。 土壤微生物需要有机物(死去的植物、腐殖质)作为碳的来源。在沙质土壤等有机质较少的贫瘠土壤中,微生物的生长和硝化作用受到限制。由于土壤微生物活性低,较低的土壤温度也会抑制硝化作用。 在水培中实现最佳的铵态氮和硝态氮比例
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