马全会，闫芬芬
（塔里木大学，新疆 阿拉尔843300）
［摘 要］氮肥按含氮基团可分为氨态氮肥、铵态氮肥、硝态氮肥、硝铵态氮肥、氰氨态氮肥和酰胺态氮肥，而植物对铵态氮和硝态氮在吸收、运输、储藏和同化等方面均存在较大的差异，即施肥过程中铵态氮与硝态氮的配比及吸收量的不同影响离子吸收、植物生长和作物产量。依据“矿质营养学说”，提出“电荷守恒离子吸收”假说，并从植物根系吸收离子状态的矿质营养元素综合分析，在假设矿质营养全部同时吸收的前提下，根据电荷守恒原理，计算验证出氮、磷、钾、钙、镁、硫6种大量元素中的氮源以NO3-与NH4+两种形式且按照3∶1的比例被植物吸收利用，该结论与目前大量科研结论基本一致，可为配方肥料尤其是大量元素水溶肥中氮源的改进提供一些借鉴依据，也可为我国农业生产中合理施肥尤其是氮肥的合理施用提供一些依据。
［关键词］氮肥；铵态氮；硝态氮；矿质营养学说；大量元素；“电荷守恒离子吸收”假说；铵态氮与硝态氮配比
［中图分类号］TQ441 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2022）05-0005-03
0 引 言
在植物体中，氮素大约占植物体干重的1.5%，是植物体内氨基酸和蛋白质、酶、核酸等物质的重要组成元素，也是磷脂、叶绿素、维生素、生物碱和某些生长激素形成的基础物质，并参与酶及辅酶和辅基等物质的结构组成，对植物生命活动起到重要的调节作用［1］。合理的氮素吸收利用，会通过直接和间接方式影响植物的光合作用，改善光合性能，还能增强果实库活力，延长果实发育期，影响果实的产量与品质，达到“以氮增碳”的效果［2］。
氮肥，是指以氮（N）为主要成分、具有N标明量、施于土壤可提供植物氮素营养的单元肥料，是世界上生产和使用量最大的肥料品种，适宜的氮肥用量对于提高作物产量、改善农产品质量有着重要的作用。氮肥按含氮基团可分为氨态氮肥、铵态氮肥、硝态氮肥、硝铵态氮肥、氰氨态氮肥和酰胺态氮肥。铵态氮进入植物细胞后与有机酸结合，形成氨基酸或酰胺被植物直接利用；硝态氮被吸收进入植物组织内部后，需先经过硝酸还原酶催化还原为亚硝酸，再经过亚硝酸还原酶还原成铵态氮，才可以被植物组织利用，转化过程中会消耗大量能量［3］。植物对铵态氮和硝态氮在吸收、运输、储藏和同化等方面均存在较大的差异，因而施肥过程中铵态氮与硝态氮的配比及吸收量的不同影响离子吸收、植物生长和作物产量。大量研究发现，铵态氮与硝态氮的配合使用会表现出联合效应，多数作物生长情况优于单独使用铵态氮或硝态氮，且在苹果砧木、葡萄、小麦、开唇兰属植物、紫花苜蓿、菠菜、香蕉、烤烟、生菜、黄瓜、三七等植物生长发育过程，均证实硝态氮与铵态氮按照3∶1比例施用对植物生长发育最为有利［4-14］。
在无土栽培营养液配方中，早期研发的Knop（1865年）古典水培配方、Snyder（1938年）配方、Rothansted（1952年）配方、Copper（1975年）水培配方，氮源只使用硝态氮而不添加铵态氮；而现代常用的营养液配方，如Hoagland营养液配方、日本园试营养液配方、山崎营养液配方、荷兰温室作物研究所岩棉培滴灌配方，氮源基本上以硝态氮为主，铵态氮占很小的比例［15］。
植物为什么要吸收大量硝态氮在体内费尽周折地转化为铵态氮，而不是全部直接吸收铵态氮呢？两种形式的氮源以什么样的比例吸收是合理的呢？以下从电荷平衡的角度进行计算推导，结合有关文献试验进行验证，以期为配方肥料的生产以及氮肥的合理施用提供一些理论依据。
1 植物“矿质营养学说”与氮源的两种形式
1840年德国化学家李比希（Liebig）在有关植物营养源于水说（1648年）、土说（1731年）、腐殖质说（1761年）等前人大量研究的基础上，对植物的营养吸收进行研究，提出植物以矿物质作为营养的“矿质营养学说”［16］。该学说指出，植物生长必需的氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁、硼、锰、锌、铜、钼和氯等矿质营养吸收量各不相同，但同等重要，且各营养元素均具有特定功能，不可相互替代。该学说引发了许多有关植物矿质营养来源和作用的研究，许多观点被证实，并得到补充和完善，至今仍发挥着巨大的作用。根据“矿质营养学说”，植物根系从土壤溶液中只吸收不同种类和数量的矿质元素即可满足植物生长所需。植物的必需元素种类与利用形式及质量占比见表1。
由表1可以看出：根据矿质营养灰分分析，植物必需的元素中C、O、H三种元素在干物质中的含量总计为96%，以CO2、O2、H2O的分子形式被加以利用；6种大量元素N、K、Ca、Mg、P、S均以各种离子形式被植物根系吸收，其含量占干物质总质量的3.5%，其中N含量最高，为1.5%，N、K、Ca、Mg、P、S分别占6种大量元素总质量的42.9%、28.6%、14.3%、5.7%、5.7%、2.9%。6种大量元素N、K、Ca、Mg、P、S中，植物以NH4+、NO3-两种形式利用氮源，存在正/负两种电荷；其他5种元素均以单一极性离子形式被加以利用，其中K、Ca、Mg以K+、Ca2+、Mg2+阳离子形式，数量较多，P、S以H2PO4-、SO42-阴离子形式，数量较少；其他微量元素均以离子形式被加以利用，总含量＜0.03%，在干物质中含量极低，暂时忽略不计。
2 基于电荷守恒的植物吸收硝态氮与铵态氮最佳比例的验证
电荷守恒是指溶液中所有阳离子所带的正电荷总数等于所有阴离子所带的负电荷总数［18］。植物根系吸收矿质离子主要通过H+和HCO3-的离子置换作用，长期而言植物体内和根系周围肯定会维持一定的酸碱平衡，不会出现大部分H+置换土壤中的矿质阳离子而只有少部分HCO3-置换土壤中的矿质阴离子的情况。简言之，长期来看，植物根系吸收1个阳离子，相应地也要吸收1个阴离子，以保持水溶液以及植物体内的电荷平衡，本文称之为“电荷守恒离子吸收”假说。
更多内容详见《中氮肥》2022年第5期