土壤反硝化作用研究进展

土壤反硝化作用是氮素生物地球化学循环的重要环节，是实现完整氮素循环不可缺少的组成部分。

一、国内外研究进展

（一）影响因素

19 世纪五六十年代以来，国际上对土壤反硝化作用进行了大量的研究，特别是在其发生条件、研究方法及产物组成上有很大的进展。一般认为pH 值和有机碳含量是影响土壤反硝化作用的重要因素。

（二）发生要求

反硝化过程通常用于描述氮氧化物（NO3-或NO2-）还原转化成氮气体（N2O 和N2）的过程。反硝化作用发生的总要求是：反硝化微生物并且具有代谢能力；合适的电子供体；嫌气条件或O2的有效性受到限制；N 的氧化物，如 NO3-、NO2-、NO 或N2O作为末端电子受体；适当的温度。只有在上述条件同时满足的情况下，反硝化作用才能显著。

（三）研究方法

土壤反硝化作用的研究方法种类很多，根据是在室内或是室外测定的不同，一般可分为田间原位测定方法和实验室培养测定方法两类。根据测定的是产物还是反硝化底物的不同，可分为直接气体产物测定法、间接平衡差减法和底物消失速率测定法。另外，根据测定中所用试剂的不同，又可将其分为15N 同位素方法和乙炔抑制法。

（四）产生的效应

反硝化的气态产物为NO，N2O 和N2。反硝化作用对环境所产生的效应取决于其所产生的终产物及不同产物之间的比例。众所周知，N2O 是重要的温室气体之一，参与大气的光化学反应，而且很容易破坏臭氧层。在百年时间尺度上N2O 的全球增温潜势是CO2的296 倍，其在大气中的寿命为120 年。自1988 年以来，N2O 以每年0.8 ug/L 的速率增长，2004 年浓度达318.6 ug/L，比工业革命前（270 ug/L）增长了18%。全球N2O 年排放量是16.4Tg，其中土壤是N2O 重要的排放源，约占年总排放量的62.2%，施肥农业土壤上排放的N2O-N 约为2.8 Tg。产物NO 虽然不是温室气体，但其是大气中的活性物质，在对流层中很容易被氧化成NO2。另外，NO 也是形成酸雨和光化学烟雾的前提物质。全球土壤排放的NO 估计为4～21 TgNyr-1，其中施肥农业土壤上排放的NO—N 为1.6Tg，由土壤硝化和反硝化产生的NO 占总排放量的35%。

反硝化作用的主要终产物是N2O 和N2，其中，N2O 所占的比例变化很大，变幅在0%～100%。NO 通常认为并不是反硝化作用的主要终产物。N2O 的净排放量取决于N2O 的产生速率和还原速率的相对大小，当N2O 产生速率大于还原速率，则有N2O 的净排放，否则有N2O 的净消耗。影响土壤反硝化产物比例的因素有很多，如土壤理化性质、作物类型、气候因素和施氮量等。此外，还受反硝化微生物种群组成、结构和酶活性的影响。

二、土壤反硝化作用的意义

反硝化作用是使氮素以N2的方式离开土壤或水体，最终回到大气的过程。反硝化作用是生物固氮的主要途径，也是实现氮素完整循环的重要环节。从保护环境的角度出发，反硝化作用可以移除水体中的NO3—N 或其他的氮氧化物，从而达到调节水体质量的作用。从生态学的意义来讲，反硝化过程是一种自平衡机制，可以防止系统失稳失衡。

反硝化作用也是氮素损失最重要的途径之一。通过反硝化作用进入再循环的氮素占全球总输入氮量的52%～100%，而氮肥的反硝化损失占施入氮肥量的12%～30%。

反硝化作用也是温室气体N2O 的主要来源。研究表明，大气中N2O 总量的90%来自土壤硝化和反硝化过程，土壤反硝化已成为全球N2O 的主要来源之一，估计每年全球土壤排放的N2O 为9.5±4.5Tg N。全球自然陆地生态系统N2O 的排放量为9.7～12.0 TgN yr-1，农业生态系统N2O 的排放量为2.3～3.7 TgN yrr-1。

总体来说，反硝化过程对氮素循环、土壤肥料流失和生态环境都有重大的影响。研究反硝化已成为许多科学家的热点，对其深入研究有助于我们进一步量化氮素周转、预测农田生态系统中氮肥的去向、制定污水处理措施、应对由于温室效应导致的全球变暖等都具有重大的意义。

三、讨论

NO 虽然不是温室气体，但它是大气中的活性物质，在对流层中很容易被氧化成NO2。另外，NO 也是形成酸雨和光化学烟雾的重要前提物质。目前，关于NO 方面的研究文献中多为自然田间状态下或室内培养条件下由硝化和反硝化过程共同产生的NO 总和，反硝化过程中NO 产生的条件和机制尚不完全清楚，因此，关于单独由反硝化过程产生NO 的报道很少，有待进一步研究。