Минерализация и иммобилизация питательных веществ

Минерализация и иммобилизация — это противоположные микробные процессы, которые преобразуют питательные вещества между органическими и неорганическими формами, определяя, сколько питательных веществ доступно растениям в любой момент времени.

Definition

Минерализация — это микробное превращение питательных веществ, содержащихся в органическом веществе, в растворимые неорганические формы, такие как аммоний и фосфат; иммобилизация — это поглощение этих неорганических питательных веществ в микробную биомассу, временно удаляющее их из доступного пула.

Scope

Эта тема охватывает микробное превращение органических питательных веществ в доступные для растений минеральные формы (минерализация) и обратное усвоение минеральных питательных веществ в микробную биомассу (иммобилизация), контролирующую роль соотношения углерода к азоту в остатках, а также чистое высвобождение азота и других питательных веществ. Она связывает разложение с обеспечением питательными веществами.

Core questions

• Как микробы превращают органические питательные вещества в формы, доступные для растений?
• Что такое иммобилизация и когда она доминирует?
• Как соотношение углерода к азоту в остатках контролирует чистое высвобождение?
• Как минерализация и иммобилизация определяют сроки поступления питательных веществ?

Key concepts

• Минерализация азота и фосфора
• Иммобилизация в микробную биомассу
• Чистая минерализация и чистая иммобилизация
• Соотношение углерода к азоту в остатках
• Разложение и высвобождение питательных веществ
• Круговорот микробной биомассы

Key theories

Круговорот минерализации-иммобилизации

Минерализация и иммобилизация происходят одновременно, и их чистый баланс, то есть высвобождаются или связываются питательные вещества, зависит от энергетического и питательного состава субстрата, который разлагают микробы.

Контроль соотношения углерода к азоту

Когда остатки имеют высокое соотношение углерода к азоту, микробы извлекают минеральный азот из почвы для построения биомассы (чистая иммобилизация); когда соотношение низкое, избыток азота высвобождается (чистая минерализация), поэтому качество остатков регулирует сроки поступления питательных веществ.

Mechanisms

По мере того как микробы разлагают органические остатки для получения энергии, они разрывают связи, удерживающие питательные вещества, высвобождая избыток азота, фосфора и серы в виде минеральных ионов, когда субстрат содержит больше питательных веществ, чем необходимо микробам. Если субстрат богат углеродом, но беден питательными веществами, микробы извлекают минеральные питательные вещества из почвенного раствора для построения своей биомассы, временно иммобилизуя их; питательные вещества снова высвобождаются, когда эти микробы умирают и сами разлагаются. Соотношение углерода к азоту в остатках является основным фактором, определяющим, какой процесс доминирует.

Clinical relevance

Минерализация и иммобилизация объясняют, почему внесение остатков с высоким содержанием углерода, таких как солома, может временно лишить урожай азота, в то время как остатки с низким содержанием углерода и навоз быстро высвобождают питательные вещества; управление качеством и сроками внесения остатков имеет центральное значение для синхронизации поступления питательных веществ с потребностями сельскохозяйственных культур и снижения потерь.

History

Признание того, что разложение может как высвобождать, так и связывать питательные вещества, контролируемое соотношением углерода к азоту в органических веществах, стало основополагающим принципом плодородия почв и управления питательными веществами по мере развития биохимии почв на протяжении 20-го века.

Key figures

• Eldor A. Paul
• Nyle C. Brady
• Ray R. Weil

Seminal works

• paul2015
• brady2016

Frequently asked questions

Почему добавление соломы в почву может временно уменьшить количество азота для сельскохозяйственных культур?

Солома имеет высокое соотношение углерода к азоту, поэтому микробам, разлагающим ее, требуется больше азота, чем солома может предоставить, и они извлекают минеральный азот из почвы в свою биомассу; эта иммобилизация временно снижает количество азота, доступного растениям, пока микробы не умрут и не высвободят его снова.

В чем разница между минерализацией и иммобилизацией?

Минерализация преобразует питательные вещества из органического вещества в доступные для растений неорганические формы, в то время как иммобилизация делает обратное, связывая неорганические питательные вещества в микробной биомассе; оба процесса происходят одновременно, и их чистый баланс определяет, высвобождаются или удерживаются питательные вещества.