一般的单年生谷物类农作物在生长期内的营养吸收曲线就如下图。最旺盛的吸收时期往往在分蘖和拔节的时候，因此，这个时期是施肥效
率最高的时期。但在目前的农业操作中，囿于机械设计及人工的原因，这段时期的施肥量往往远低于播种时底肥的施肥量。
因为施肥时期和植物需肥时期的错位，肥料在土壤中的保持不易移动、保持形态稳定的能力是提高肥料利用率的一个重要手段。
但在水稻的种植中，在微生物种类和活性不同的影响下，氮素化合物在不同条件下转变，能将肥料与土壤混合的底肥施用，往往更能提高肥
料的利用效率。
01 稻田环境中的氮素形态转变及其特征
在淹水稻田中的不同深度，环境中的含氧量明显不同。从上方的水层往下，含氧量急剧下降，在离水层5毫米的土层之下，氧气含量几乎
为零。而不同氧含量的环境，决定了不同的氮素转变方向。
含氧的水层及表层土
如上图所示，在含氧量较高的表层，氨化细菌和硝化细菌的活性较高。
氨化细菌（芽孢杆菌等多类杆菌）对氮素的作用，是通过分解酶类，将有机物分解获取碳源，含氮的有机物同时被转变（矿化）为无
机态氮素：氨（NH₃）和铵（NH₄⁺）。这一过程就像我们人类进食，既获取了能量同时也吸收营养物质。
下面的图表，反映的是氨化细菌进食的速度。在一般条件下，施入土壤的过半尿素两天后就变为铵态氮。
同在这一含氧环境中会发生的是硝化作用，这是亚硝化细菌和硝化细菌共演的好戏。
与氨化细菌不同，这两类细菌更像植物，只要有能量，就能利用二氧化碳等无机物构成生长所需的营养。它们与植物的不同点，在于植
物利用光能，而它们利用氨/铵（NH₃/NH₄⁺）和亚硝酸离子（NO₂⁻）中的能量。他们最终的代谢产物，就是硝酸离子（NO₃⁻）。
由于硝化和亚硝化细菌在一般土壤中的丰度没有氨化细菌高，因此铵态氮向硝态氮的转化速度也比氨化慢。从下图来看，铵态氮在10天内
完全转化为硝态氮。
氧气低的下层土
在土壤孔隙超过60%被水填满的土层，氧气减少，反硝化作用开始进行。而再向下，土层几乎无氧，需要氧气作为电子受体的氨化细菌无
法代谢，有机质的分解被中止（所以过量有机质会出问题）。
而这样的环境却是反硝化细菌的天地。他们不需氧气作为电子受体，取而代之的是硝酸根离子。从下图可以看到他们的能耐，不到2天，
环境中的硝酸根就开始转变，不到10天，几乎都变成氮气或氧化亚氮气体了。
02 稻田深施肥对肥料利用率的提升
因为上面氮素形态在不同环境条件下转化的规律，还有水稻喜铵的特点，将水稻的施肥位置直接放在土表之下，能避免氮素转变成植物无
法吸收利用的气体，同时保持更多的铵有更长的时间被植物吸收，减少浪费。
根据一个在江苏宜兴为期3年的水稻试验，比起常规的撒施肥料，将肥料与土表5-6厘米的土壤混合，能在减少纯氮用量26%的条件下,不
降低产量。对比不同氮肥的施用量，氨挥发降低39-66%，养分利用率提高24.8-40.9%。
对于氧化亚氮气体排放的研究，多篇论文的结果都表明，将尿素施在土表7-10厘米以下的位置，能降低氮肥转变为氧化亚氮气体流失，幅
度高达84-95%。
随着水稻移栽机械化的普及，上图这样的人工撒施肥料有望成为历史。这对我们提高水稻产量，同时提高肥料利用率都大有意义。
作者：姜瀚原
来源：农学原论
