土壤中的反硝化细菌和反硝化作用

土壤硝化和反硝化作用是生态系统中氮循环的两个重要环节,是氮素损失的潜在途径,土壤硝化和反硝化作用可向大气中释放温室气体,由此带来环境危害。

土壤中的反硝化作用

土壤中的反硝化作用,包括生物的和化学的反硝化作用,但主要是生物反硝化作用。生物反硝化作用由反硝化细菌进行,然而,反硝化细菌不是细菌分类学上的名词,而是具有将硝酸根还原成亚硝酸根、一氧化氮、氧化亚氮和氮气的微生物生理群的总称。土壤中已知的能进行反硝化作用的微生物种类有24个属。它们分别是:不动杆菌属、葡萄酸杆菌属、微球菌属、假单胞菌属、螺菌属、噬纤维菌属、丙酸杆菌属、产碱杆菌属、芽孢杆菌属、莫拉氏菌属、无色杆菌属、棒杆菌属、红假单胞菌属、硫杆菌属、根瘤菌属、黄杆菌属、盐杆菌属、生丝微菌属、副球菌属、固氮螺菌属、黄单胞菌属、弧菌属、色杆菌属和亚硝化单胞菌属。绝大多数反硝化细菌是异养型细菌,但也有少数是自养型细菌。

反硝化

土壤中的反硝化过程

反硝化过程中第一步是将硝酸根氧化成亚硝酸根,亚硝酸再还原成中间产物(氧化亚氮,一氧化氮),最终产生氮气。这些气态产物可以从土壤中直接排放到大气中,并对大气造成一定影响(氧化亚氮是温室气体)。

由反硝化微生物引起的反硝化过程是由反硝化微生物分泌的酶体系来催化完成的。根据将氮氧化物逐步还原成氮气的过程,可将其分为硝酸还原酶、亚硝酸还原酶、一氧化氮还原酶,氧化亚氮还原酶。多数反硝化细菌具有还原硝酸根至氮气所必需的全部还原酶体系;但有些则缺乏硝酸根还原酶,只能以亚硝酸根为电子受体;而另一些则缺乏氧化亚氮还原酶,那么氧化亚氮为其最终产物;还有一些具有氧化亚氮还原酶,但不能以硝酸根和亚硝酸根为电子受体产生氧化亚氮。

为什么要控制土壤中的反硝化作用

土壤中硝态氮的反硝化,不仅引起农业中氮素的损失,每年给农民造成巨大的直接经济损失,而且反硝化过程中产生的氧化亚氮和含氮气体还影响大气环境,因此科学家们一直在努力寻找控制土壤氮素反硝化损失的途径。近几十年来,虽然已经开发了多种硝化抑制剂,其中一些虽然对于减少氧化亚氮的释放有明显效果,然后对于控制土壤氮素反硝化总损失有显著效果的抑制剂并不多见,其原因比较复杂。其中最主要的原因之一可能是土壤中能进行反硝化作用的微生物种群很多,催化硝酸盐还原的酶体系也很复杂,要在这方面取得成功,我们还要付出很大的努力。

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