植物氮素來源全攻略

眾所周知，植物生長需要陽光、空氣、水分和養料，其中養料又包括種類眾多的營養元素。氮素（N）作為植物營養的三大要素之一，是構成蛋白質的主要成份，也是葉綠素的組成成份，因此氮的多寡會直接影響植物的各項生命活動。如果缺乏氮素，絕大多數植物會表現出植株矮小，葉色發黃，最終導致其不能正常生長。

由此看來，氮素對植物有著舉足輕重的作用，那麼在自然界中，植物所需的氮素是通過什麼途徑獲取的呢？有的朋友會想到，空氣中氮氣（N₂）的含量高達78%，植物是否可以直接吸收氮氣並加以利用呢？的確，空氣中氮元素含量十分豐富，但由於氮氣分子的性質十分穩定，因此很難被植物直接吸收利用，這就類似於在海上航行的人，即使面對著汪洋大海，卻不能喝海水止渴。不過，大氣中豐富的氮元素可以通過以下兩種方式轉化為植物可吸收利用的形態：

第一種方式是通過蘊含巨大能量的閃電，把大氣中的氮解離並重新與氧結合生成氮的氧化物（如NO、NO₂），之後這些氧化物溶於雨水並滲入土壤，最終成為植物可以吸收利用的形態，如亞硝酸根（NO_2^–）及硝酸根（NO_3^–）。

第二種方式是土壤中的微生物將空氣中的氮元素進行還原，生成植物可利用的氮肥。例如有一種名為根瘤菌的微生物，它的絕活兒就是通過細胞內的一種酶將空氣中遊離態的氮還原成NH_4⁺態氮肥供植物利用。這種根瘤菌最早是在豆科植物中發現的，它首先侵入到豆科植物根部，再刺激植物在根部形成一個個根瘤，根瘤菌則被包裹在其中。豆科植物向根瘤供給水分、營養物質、礦物質元素等保證根瘤菌的生存，根瘤菌則為豆科植物提供氮肥。豆科植物和根瘤菌之間形成了一種互利共生的關係。

然而，雖然有以上兩種途徑為植物提供氮素，自然界中的植物還是大多處於氮飢餓的狀態。這是因為植物對氮元素的需求較大，並且其主要吸收的氮素形態——銨離子（NH_4⁺）和硝酸根離子（NO_3^–）都容易損失。硝酸根離子容易從土壤中隨水淋失，同時也容易在微生物的作用下變成N₂O、N₂等氣體揮發，銨離子則容易被土壤中的粘土礦物和有機質固定。為了提高作物產量，人類開始在化工廠里合成以氮素為主要成分的化肥，包括碳酸氫銨、尿素、硫酸銨等。通過人工合成氮肥的施用，解決了植物缺氮的問題，大大滿足了農業需求。

不過氮肥的施用是一把雙刃劍，施用過量對植物和環境都有很多不良的影響。例如由於施肥過量，土壤中大量多餘的氮素隨水彙集到湖泊等水體中，導致水體富營養化，水域中藻類植物快速生長，消耗了水中大部分的氧氣，水生動物因缺氧而無法生存，嚴重影響水生態系統。同時，農田大量施用氮肥，使進入大氣的N₂O不斷增多，N₂O是一種性質穩定的氣體，它進入平流層后，會消耗其中的臭氧，從而增加到達地面的紫外線輻射量。