养分矿化与固持

矿化和固持是微生物将养分在有机和无机形式之间转化的对立过程，它们决定了在任何给定时间有多少养分可供植物利用。

Definition

矿化是指微生物将有机质中的养分转化为可溶性无机形式，如铵和磷酸盐；固持是指微生物吸收这些无机养分并将其纳入微生物生物量中，从而暂时将其从可利用的养分库中移除。

Scope

本主题涵盖了有机养分向植物可利用矿物形式的微生物转化（矿化）以及矿物养分逆向吸收到微生物生物量中（固持），残留物碳氮比的控制作用，以及氮和其他养分的净释放。它将分解与养分供应联系起来。

Core questions

• 微生物如何将有机养分转化为植物可利用的形式？
• 什么是固持，它何时占主导地位？
• 残渣的碳氮比如何控制净释放？
• 矿化和固持如何决定养分供应的时机？

Key concepts

• 氮和磷的矿化
• 固持到微生物生物量中
• 净矿化和净固持
• 残渣的碳氮比
• 分解和养分释放
• 微生物生物量周转

Key theories

矿化-固持周转

矿化和固持同时发生，它们的净平衡，即养分是释放还是被固持，取决于微生物正在分解的底物的能量和养分含量。

碳氮比控制

当残渣具有高碳氮比时，微生物从土壤中吸收矿物氮来构建生物量（净固持）；当比率较低时，多余的氮被释放（净矿化），因此残渣质量决定了养分供应的时机。

Mechanisms

当微生物分解有机残渣以获取能量时，它们会破坏结合养分的键，当底物所含养分超过微生物所需时，多余的氮、磷和硫会以矿物离子的形式释放出来。如果底物富含碳但养分贫乏，微生物会从土壤溶液中获取矿物养分来构建其生物量，从而暂时固持这些养分；当这些微生物死亡并被分解时，养分会再次释放。残渣的碳氮比是决定哪个过程占主导地位的主要控制因素。

Clinical relevance

矿化和固持解释了为什么掺入高碳残渣（如秸秆）会暂时使作物缺氮，而低碳残渣和粪肥则能快速释放养分；管理残渣质量和时机对于使养分供应与作物需求同步并减少损失至关重要。

History

认识到分解既能释放又能固持养分，并受有机投入物碳氮比的控制，成为20世纪土壤生物化学发展过程中土壤肥力和养分管理的基本原则。

Key figures

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

Seminal works

• paul2015
• brady2016

Frequently asked questions

为什么向土壤中添加秸秆会暂时减少作物的氮含量？

秸秆具有高碳氮比，因此分解它的微生物需要比秸秆提供的更多的氮，并从土壤中吸收矿物氮进入其生物量；这种固持暂时降低了植物可利用的氮，直到微生物死亡并再次释放出来。

矿化和固持有什么区别？

矿化将有机质中的养分转化为植物可利用的无机形式，而固持则通过将无机养分锁定在微生物生物量中来执行相反的过程；两者同时发生，它们的净平衡决定了养分是释放还是被保留。