土壤矿物质转化

土壤中的矿质营养元素在生物和化学作用下的变化过程

土壤矿物质转化（mineral transformation insoil）是指土壤中的矿质营养元素在生物和化学作用下的变化过程。除碳、氢、氧、氮以外，硫、磷、铁、锰、钾、钙、镁、钼、锌、硼、钴、铜等矿质元素也是动、植物细胞的重要成分。植物需要磷、钾的量较大，钙、镁、硫次之，铁、钼、锰、锌等属微量元素。

硫的转化

土壤一般含硫 0.1～0.5%，有机硫约占总硫量的 50～75 %，存在于动物、植物、微生物残体及腐殖质中。硫及硫化物在土壤中不断被生物合成和分解，氧化和还原，构成硫的循环。

植物和微生物吸收硫酸盐并进而同化为含硫氨基酸、硫酯及其他有机硫化物。动、植物残体进入土壤后，有机含硫化合物被多种微生物分解。所有分解蛋白质及氨基酸的微生物在分解含硫氨基酸时，除释放氨外，在通气条件下，还能产生硫酸盐；在通气不良时，则可生成硫化氢或硫醇。

还原性硫化物或单质硫经微生物氧化，形成硫酸盐。氧化硫的细菌使环境变酸，可增加其他元素的可溶性。

在厌氧条件下，脱硫弧菌等将硫酸盐还原为硫化氢（图1）。

硫化氢对有机体（包括植物）有毒害作用。

氮的转化

氮的转化过程就是微生物分解有机含氮化合物并释放出氨的过程。土壤中的有机含氮化合物主要为蛋白质、多肽、核酸、肽聚糖、几丁质等，也有少量水溶性有机含氮化合物，如氨基酸、氨基糖和尿素等。蛋白质及多肽通常占有机含氮化合物总量的20～50%，氨基糖占5～10%。除可溶性氨基酸外，这些物质都不能被植物直接吸收，必须经过微生物分解，将氨释放出来，才能供植物利用。

大部分土壤细菌、真菌和放线菌能分解有机含氮化合物。细菌中氨化作用较强的有假单胞菌属、芽孢杆菌属、梭菌属、沙雷氏菌属及微球菌属中的一些种。这些能分解有机含氮化合物产生氨的细菌统称氨化细菌，一般每克土壤中含105～107个（平板法）。真菌中分解有机含氮化合物能力强的有毛霉属、根霉属、曲霉属、青霉属及交链孢霉属等属中的许多种。有不少放线菌能参与较难分解的有机含氮化合物的分解。

微生物分解有机含氮化合物是由分泌在体外的水解酶将大分子水解成小分子。例如蛋白质被分解时，先由分泌至胞外的蛋白酶将蛋白质水解成氨基酸。核酸被分解时，由核酸水解酶降解为氨基酸、磷酸、尿素和氨，尿素再由脲酶分解为氨和二氧化碳。

氨基酸可进入微生物细胞，作为微生物的氮源及碳源。它在微生物体内或体外被分解时，通过脱氨基作用产生氨。如：

①水解脱氨（图2）；

②还原脱氨（图3）；

③氧化脱氨（图4）。在脱氨的同时，产生有机酸、醇或碳氢化合物以及二氧化碳等。具体途径和产物随作用的底物、微生物种类以及环境条件而异。

氨作为微生物的代谢产物释放出来，一部分被植物吸收，一部分被土壤颗粒吸附，另一部分被其他微生物吸收利用。如果土壤中的碳氮比（C∶N）大于25︰1，碳源和能源充足，微生物将迅速生长，充分利用氨合成细胞物质，把氨固定起来。在这种情况下，微生物常与植物争夺无机氮。如果土壤中的碳氮比小于25︰1，微生物的生长和细胞物质的合成，因受可利用碳源的限制，使氨能有剩余，可供植物利用。微生物死亡后，其所吸收固定的氮，经细胞的分解再被释放出来。

土壤中氨化作用的强弱除与有机含氮化合物的数量有关外，还受土壤环境条件的影响。在水分适宜、通气良好的中性土壤中，氨化作用能正常进行，作用的速度随温度的升高而加强。另外，土壤中的通气状况不同，参与氨化作用的微生物种类就不同，最终产物也不一样。通气良好时，主要由好气微生物作用，最终产物为氨；在通气不良的条件下，由厌气微生物作用，最终产物为氨和胺。

磷的转化

土壤中的磷存在于有机化合物及无机化合物中，总磷量为 400～1200毫克/千克土，但植物能利用的可溶性磷酸盐不到总磷量的5%，所以农田中经常缺磷。无机磷进入土壤很容易被固结，形成难溶性钙盐或铁铅磷酸盐。解决土壤中缺乏可利用磷的关键性问题，微生物在促进难溶性磷酸盐溶解和有机磷迅速矿化方面能起积极作用。

土壤中有很多微生物代谢产酸，可促进难溶性磷酸盐溶解，溶磷能力较强的有假单胞菌属、分枝杆菌属、微球菌属、芽孢杆菌属等属中的一些种和青霉属、曲霉属、镰刀菌属等属真菌。这些微生物产多元有机酸（如柠檬酸）、可与钙、镁、铁等离子进行整合作用，增加难溶无机磷化物的溶解度。

硝化细菌和硫氧化细菌产生的硝酸与硫酸，有利于岩石矿物中磷酸的释放。此外，溶解性较低的磷酸高铁盐在厌氧条件下还原成亚铁盐，而细菌作用产生的硫化氢与磷酸亚铁作用生成硫化铁，释放出磷酸。

土壤中的有机磷化物主要有核酸、磷脂和植酸钙镁。大量腐生微生物能迅速分解核酸和磷脂，释放出磷酸。分解能力较强的有黑曲霉、巨大芽孢杆菌和某些假单胞菌。

土壤中分离得到的微生物尽管有30～50%的菌株具分解植酸钙镁的能力，可能是因为它与粘土矿物结合在一起的原因而分解缓慢。

铁的转化

多种微生物能氧化亚铁化合物并从中取得能量，这些微生物分属不同类群，通称铁细菌，如氧化亚铁硫杆菌、纤发菌和泉发菌。在通气不良的土壤中，微生物分解有机质产生大量的还原性物质，降低氧化还原电位，间接地促进土壤中三价铁还原。动、植物残体的含铁有机质由微生物分解并将铁释放。

锰的转化

锰在土壤中以二价（Mn2+）和四价（Mn4+）状态存在，还原态的二价锰易溶，能被植物吸收利用，氧化态的四价锰不溶解。土壤中锰的转化决定于微生物、土壤酸度、氧和有机质的含量。许多微生物能氧化锰，在缺氧及酸性条件下，常有利于还原作用；在碱性条件下有利于氧化作用。所以植物缺锰常与碱性环境有关，在缺氧、有机质多时，还原作用过强，也可能造成植物锰中毒。

钾的转化

钾大量存在于黑云母、白云母、正长石等矿物中，在微生物代谢作用影响下，可将钾从矿物中释放出来。钾也随动、植物残体进入土壤。

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