菜地土壤的氮素循环：懂氮素循环，你就懂肥料了

植物的健康生长，需要阳光、水分、空气和养分。在这几个要素中，阳光、水分和空气相对容易理解，最难的是养分。养分不足，养分太多，养分不平衡，蔬菜都长不好。为了给蔬菜补充养分，我们就要在菜地施肥。养分、肥料和施肥对很多菜友来说是种菜的难点，施肥也就成了制约种菜新手成长为高手的一道障碍。在今天的视频里，我向朋友们讲解菜园土壤里的氮素循环。懂得氮素循环，你就基本懂养分，基本懂肥料了。如果种菜爱好者都懂一点氮素循环和肥料知识，大家的蔬菜会高产很多，健康很多。网上也没有这么多关于有机肥和化肥的争论，我也不会因为科普尿素被有的群主剔出种菜微信群了。

有的菜友也许会问：高等植物（如蔬菜）的必需养分有14种之多，你为什么单挑氮素呢？这是因为蔬菜对氮素的要求最大，比需要量第二的钾素大得多。氮素也是大自然中最活跃、最复杂的养分。懂得氮素循环，其他养分的循环就容易懂了。

在视频的最后，有10道基于本视频的考题，每题10分。如果你能考80分，那你在不知不觉已经就成为种菜高手了。如果你还拿不到80分，那还需要继续努力。

我们知道，后院菜地虽小，但也是一个小小的生态系统，这个生态系统的每个部分都有氮素。在本集视频中，菜地土壤氮素循环途径的多个起点我都会讲到，但因为时间限制，氮素循环的终点我只讲一个，那都是蔬菜根系。蔬菜根系吸收氮素之后怎么转化，在本视频里就不讲了。菜地土壤的氮素循环大致可以分成8个途径：

氮素循环的途径之一：从土壤中来，到土壤中去

蔬菜从土壤里吸收很多氮素。氮素在蔬菜里存在的形态包括游离态的铵离子和硝酸根离子，但更多的还是在蛋白质、氨基酸和叶绿素等有机质里，以有机质的形态存在。我们在收获蔬菜的时候，蔬菜里的氮素也被带走了。这些氮素被人消化之后，有一部分被人吸收，有一部分变成废物，排出体外。人尿是排出体外的废物之一。人尿的成分，除了水分，主要是尿素。用人尿浇菜地，人尿里的尿素被土壤里的酶转化成铵离子和二氧化碳。铵离子可以直接被蔬菜吸收，也可先被转化成亚硝酸根离子和硝酸根离子，然后被蔬菜根系吸收。也就是说，氮素被收获的蔬菜带走，转了一圈又回到了菜地。铵离子和硝酸根离子是植物（包括蔬菜）吸收氮素的主要形态。有的植物更喜欢铵离子，有的植物更喜欢硝酸根离子。

在后院菜地用人尿，是一个很有争议的话题。我因为在菜地边上养蜂，怕人尿熏跑我的小蜜，怕人尿熏跑来买蜂蜜的顾客，所以我本人不在菜地用人尿。在菜地里用不用人尿是个人的选择。只要不嫌人尿的气味，不嫌麻烦，而且邻居也没意见，可以用人尿浇蔬菜。人尿相当于很稀的尿素溶液，但人尿没有蓝水肥的养分平衡。蓝水肥可以100%地替代人尿，作肥料。

氮素循环的途径之二：闪电固氮

大气中有大量的氮素，约占其总量的78%。大气中的氮主要以氮气（N2）的形态存在。氮气是惰性气体，不能被动物直接利用，也不能被植物直接利用。闪电的时候 ，强大的电流将氮气和氧气转化成二氧化氮。二氧化氮溶解在雨水中就是稀硝酸，稀硝酸随雨水落到菜地里，其中的硝酸根离子可以被蔬菜直接吸收，也可转化成铵离子之后，再被蔬菜根系吸收。雷雨之后蔬菜长得特别好的原因之一就是因为老天爷给我们送来了免费的肥料。

氮素循环的途径之三：大气污染物沉降

人类的活动会排放很多污染物到大气中，其中包括二氧化氮和氨气。二氧化氮遇水变成稀硝酸，稀硝酸落到菜地里。硝酸根离子可以直接被蔬菜吸收，或者也可转化成铵离子之后，再被蔬菜根系吸收。空气中的氨气遇水变成氨水 ，氨水落到菜地里，其中的铵离子可以被蔬菜直接吸收，也可以转化成亚硝酸根离子或者硝酸根离子之后，再被蔬菜根系吸收。在空气污染严重的地区或者养猪场很多的地区，如美国的中西部，大气的氮沉降可以为植物提供不少的氮素。天上不会掉馅儿饼，但的确会掉下不少氮肥。

氮素循环的途径之四：生物固氮

很多人都在后院种豆科植物，如豌豆、大豆和豆角。我们平时都这么说：豆科植物能固氮。严格地说，豆科植物本身是不能固氮的。固氮的是与豆科植物共生的固氮细菌。如果挖出豆科植物的根系，可以看到一颗颗根瘤。固氮细菌就住在根瘤里面，将大气中的氮气（N2）转化成铵离子。作为报答，豆科植物分一点碳水化合物给固氮细菌，固氮细菌则将一部分铵离子送给豆科植物作肥料。铵离子被豆科植物根系吸收之后，用来合成各种有机物。固氮细菌能把氮气转化成铵离子，但细菌的铵离子不是白给的，是豆科植物用光合作用的产物交换而得到的。因此，在很多情况下，特别是土壤贫瘠的时候，少少用点氮肥，对豆科植物有好处。当然，在豆科植物上氮肥不能用得太多。氮肥用太多，不仅会造成肥害，还会抑制固氮细菌的活力。

氮素循环的途径之五：施用化肥

化肥是浓缩的植物养分。科学施用化肥，种出来的蔬菜既高产又健康。可以用在菜地里的化肥有很多种，我常用的化肥有尿素、蓝水肥和10-10-10复合肥。蓝水肥里提供氮素的成分其实就是尿素。尿素是一种有机物质，不能被蔬菜直接吸收。尿素用到菜地里之后，被土壤里的酶转化成铵离子。铵离子可以被蔬菜根系直接吸收，也可以转化成亚硝酸根或者硝酸根离子之后再被蔬菜吸收。

化肥的优点是高效、卫生和健康，缺点是容易施用过量。在菜地里用化肥的菜友，除了一定要结合有机肥给土壤补充有机质之外，还要记住“薄肥勤施 宁少勿多”的施肥原则。每次用化肥之前，都要默默地念几遍，以免化肥施用过量，造成肥害。

氮素循环的途径之六：施用有机肥

有机肥，如堆肥和动物粪肥，是种菜的好肥料。有机肥含有蔬菜生长发育必需的所有养分。有机肥用到菜地里之后，不会被蔬菜直接吸收，必须先被细菌真菌转化成无机物之后，才能被植物利用。如果动物粪肥能被蔬菜直接吸收，那谁还敢在菜地里施用牛粪和其他动物粪肥呢？

有机肥的转化过程是非常复杂的，但有机肥中的含氮化合物最后都转化成铵离子或者硝酸根离子。铵离子或者硝酸根离子再被蔬菜根系吸收。对蔬菜和其他植物来说，化肥和有机肥来源的铵离子硝酸根离子毫无区别。根系先逮住谁就先吸收谁。

氮素循环的途径之七：动植物腐烂

菜地里有很多生物。有的肉眼可见，如蚯蚓；有的必须靠显微镜才能看到，如细菌病毒。有生命的东西最后都要死的。动物死亡之后，慢慢被土壤微生物分解。尘归尘，土归土，机体里的含氮化合物（如蛋白质氨基酸）最后被分解为铵离子。铵离子被蔬菜根系吸收。人吃了蔬菜之后，其中的氮素被变成机体的一部分，获得重生。

氮素循环的途径之八：氮素从菜地土壤的损失

后院菜地是个小小的生态系统。这个系统是开放的，与外界有物质交流，系统外面的氮素可以进来。同样，系统的氮素也会损失。菜地土壤的氮素损失有好几种途径，主要的途径有流失、氨挥发和反硝化。一是流失。土壤中的铵离子和硝酸根离子可以被雨水冲到附近的湖泊河流里，造成环境污染。因此不管是化肥还是有机肥，都要适量施用。用多了，化肥和有机肥都会造成环境污染。二是氨挥发。土壤里的铵离子可以变成氨气。氨气跑到空气中，变成大气污染物。空气中的氨气遇水又变成铵离子，也有可能回到原来的菜地里，但更大的可能是跑到邻居家的菜地里，肥水外流了。三是反硝化。土壤在积水的情况下，硝酸根离子被微生物转化来，转化去，最后被转化成氮气（N2）。氮气从土里冒泡出来，又回到大气中，不能被蔬菜直接利用了。

菜地土壤的氮素循环大致如此。所谓氮素循环，就是氮素的形态变来变去，然后从系统的一个部分跑到系统的另外一个部分。相当于我们的钱，一个口袋进，一个口袋出。

好，大家听了氮素循环的讲解之后，现在开始考考你自己，看你能得多少分数。每道题目10分。如果你能得80分，说明你对氮素、肥料和施肥的认识已经升华到了很高的境界。如果这次考试没有80分，可以复习一下氮素循环，再补考的。朋友们请记住，这是闭卷考试，不能看手机和查电脑的。

1. 土壤中的硝酸根离子、亚硝酸根离子和铵离子是可以互相转化的。对还是错？

2. 蔬菜对氮素的需要量最大，第二是磷素，第三是钾素，即我们平时说的氮磷钾。对还是错？

3. 人工合成的氮肥（如尿素）没有天然的氮肥（如人尿）安全。对还是错？

4. 化肥污染水体，不是因为化肥本身是污染物，而是因为化肥用得太多了。有机肥用的太多也会污染环境。对还是错？

5. 严格地说，豆科植物是不能固氮的。对还是错？

6. 夏天雷雨之后蔬菜长得特别好。一是因为夏天蔬菜缺水，雷雨补充了土里的水分；二是因为雨水中含有硝酸根离子。对还是错？

7. 因为豆科植物与固氮细菌有共生关系，所以种豆子的土壤氮素含量越低越好，一点氮肥也不需要施用。对还是错？

8. 如果在菜地里同时加入化肥和有机肥，蔬菜首先吸收有机肥里的氮素，再吸收化肥里的氮氮。对还是错？

9. 铵离子和硝酸根离子虽然都能被蔬菜吸收，但有的蔬菜喜欢硝酸根离子，有的蔬菜更喜欢铵离子。对还是错？

10. 在淹水的条件下，土壤里的硝酸根离子被细菌转化成氮气，氮气回到大气中，就不能被蔬菜直接利用了。对还是错？

这是标准答案，请大家自己给自己打分：

1. 对；2. 错；3.错；4. 对；5.对；6. 对；7. 错；8. 错；9. 对；10. 对

你的分数是多少？你已经是种菜高手，还是需要继续努力？

最后，我希望朋友们能从我的这个氮素循环视频中学到一些关于肥料和养分的知识，并将知识用于庭院种菜，从而在自家后院种出既健康又高产的蔬菜。
【参考文献】
1. Epstein E. 1972. Mineral Nutrition of Plants: Principles and Perspectives. Wiley, New York.
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[多伦多橄榄树]

我在盼一场雷雨，想念闪电呀~~