氮体系nitrogen system

不同价态无机氮化合物为氧化还原偶的体系。是一种较为复杂的氧化还原体系。
原理 土壤中有机态氮和外源有机、无机氮在微生物参与下，经矿化作用或硝化作用和反硝化作用，形成不同形态的无机氮，构成多种不同价态间的氧化还原偶而进入土壤中的氧化还原过程，并服从顺序还原作用。在硝化过程(NH₄+→NO₂-→NO^-₃)和反硝化过程(NO₃-→NO^-₂→N₂O→N₂)中，几种主要的氧化还原偶的电子转移反应及其与Eh和pH之间的关系如下：
❶NO^-₃/NO^-₂氧化还原偶
NO^-₃+2H⁺+2e→NO^-₂+H₂O

影响因素 土壤中氮化合物的转化都涉及电子的传递，所以氮体系的转化过程即有关氧化还原偶相互作用中的电子得失过程。由于氮体系转化的过程不同，因而影响其氧化还原的因素较为复杂，主要有：❶有机质的种类、性质和数量均可影响氮体系的转化。例如有机质的C/N不同，氨化作用的速度亦异，在有机质含量低的土壤中反硝化作用远低于富含有机质的土壤；
❷在土壤含水量为田间持水量的50%～75%时，氨化作用加快，低于60%时，一般反硝化作用很弱；而在60%左右时，硝化作用旺盛，NO3-大量出现；
❸pH为中性或偏碱性有利于氨化、硝化或反硝化作用。氨化强度在酸性环境中较弱，低于pH6.0或5.0时，硝化作用明显下降或硝化率甚小。反硝化作用可以在pH3.5～11.2的较宽范围内进行，但不同pH不仅影响其速率，而且还影响反硝化产物含氮气体的组分，例如在低于6.0～6.5时，以释放N₂O为主，高于6.5时，则以N₂占优势；
❹在Eh低于300毫伏时，有利于NH4+的积累和NO^-₃的消失，随着Eh的降低，硝化作用逐渐减弱，反硝化产物N₂O的比例增加；
❺氨化、硝化和反硝化作用进行的最适温度范围为25～30℃，温度可影响其速率，也影响其产物，例如反硝化速率与温度的关系常用阿亨尼斯(Arrhenins)方程描述，在低温时，N₂O的比例增加。
意义 反硝化作用产生的NO、N₂O和N₂等气体逸散，一方面造成肥料氮的大量损失，一般可占加入氮的10%～30%或更多，另方面NO和N₂O上升至同温层，与臭氧结合而致臭氧层破坏，紫外线直接进入大气层，对人类和植物造成有害影响。因此，由反硝化作用形成的NO和N₂O等痕量气体已成为“温室效应”研究的热点。硝化作用产生的NO^-₃-N和NH⁺₄-N无疑都是易被植物利用的营养物质，但是NO^-₃-N除上述的反硝化过程的转化以外，还易于淋失而进入地下水或饮用水中。含过量NO3-的饮用水不宜人畜饮用，同时可能造成水域的“富营养化”。硝化作用还能形成亚硝胺类致畸致癌物质。因此，氮的转化及其存在形态在农业、环境科学和生态学上都有重要意义。