點圖放大從礦化、固持、硝化、反硝化到淋洗，認識氮在土壤中的來去
肥料施進土壤以後，氮是不是就一直待在那裡，等植物慢慢吸收？
其實不是。
氮是土壤中非常活躍的元素。它會受到微生物、水分、氧氣、溫度、土壤性質與植物吸收的影響，不斷改變形態，也不斷改變位置。
所以我們施進土壤的氮，可能被植物吸收，也可能暫時被微生物利用、留存在土壤中；還可能隨水離開根域，甚至變成氣體回到大氣。
這一連串變化，就是「氮循環」。
一、土壤裡的氮，不只有一種形態
土壤中的氮大致可以先分成：
有機態氮
以及
無機態氮。
植物殘體、土壤有機質、微生物殘體等，含有大量有機態氮。
植物主要吸收利用的土壤無機氮，則以：
NH₄⁺——銨態氮
NO₃⁻——硝酸態氮
最重要。
因此，「土壤裡有很多氮」與「植物現在有多少氮可以吸收」，其實是兩回事。
二、礦化：把有機態氮慢慢釋放出來
植物殘體、有機質等進入土壤後，會受到微生物分解。
其中的有機態氮逐步轉換，最後釋放出 NH₄⁺。
簡化來看：
有機態氮
↓ 微生物分解
NH₄⁺
這個由有機態氮轉變成無機態氮的過程，稱為：
礦化作用（mineralization）。
其中形成銨態氮的過程，又可稱為銨化作用。
所以有機質中的氮並不是一進入土壤，植物就能立刻全部使用；它的釋放速度還受到溫度、水分、氧氣與微生物活動等因素影響。
這也是為什麼同一種有機材料，在不同季節、不同土壤環境中，氮釋放的速度可能不同。
三、固持：微生物也需要氮
微生物分解有機物時，自己也需要氮來製造胺基酸、蛋白質與細胞組織。
如果土壤中加入大量高碳、低氮，也就是高 C/N 比的有機材料，例如部分木質材料、稻草等，微生物可能從土壤中吸收 NH₄⁺、NO₃⁻。
於是：
無機態氮
↓ 微生物吸收
微生物體內的有機態氮
這稱為：
微生物固持（immobilization）。
這些氮並沒有真正消失，而是暫時進入微生物體內，植物短時間內比較難利用。
等微生物死亡、分解，其中的氮又可能重新礦化。
因此：
礦化：有機態 → 無機態
固持：無機態 → 有機態
兩個過程一直在土壤裡來來回回。
這也提醒我們，未充分腐熟或仍高度活躍分解的有機材料進入根圈後，問題不一定只有氮的暫時固持；劇烈的微生物分解還可能大量消耗氧氣、產生熱量，某些情況下也可能形成不利幼根的化學環境。
所以「有機」並不等於「一定溫和」，材料是否穩定與腐熟，同樣重要。
四、硝化：銨態氮又會繼續改變
NH₄⁺ 並不一定一直保持銨態。
在氧氣、溫度、水分與 pH 等條件適合時，土壤微生物可以把它逐步轉換：
NH₄⁺
↓
NO₂⁻
↓
NO₃⁻
這就是：
硝化作用（nitrification）。
這個過程非常重要，因為 NH₄⁺ 與 NO₃⁻ 的性質差異很大。
NH₄⁺ 帶正電，可以受到一般帶負電的土壤交換位吸附。
NO₃⁻ 卻帶負電，在多數土壤中不容易被這些負電交換位留住，因此移動性通常比較高。
也就是說：
氮從 NH₄⁺ 變成 NO₃⁻ 之後，連它在土壤中的移動方式都改變了。
而銨態氮硝化的過程還會產生 H⁺，這也是長期使用某些銨態氮源可能促進土壤酸化的重要機制之一。
五、淋洗：硝酸態氮容易跟著水走
NO₃⁻ 很容易存在於土壤溶液中。
當降雨或灌溉水量大到有水持續穿過根圈向下移動時：
水向下 ↓
NO₃⁻ 也跟著向下 ↓
如果硝酸態氮移到主要根域以下，植物便不容易再利用。
這就是：
硝酸鹽淋洗（nitrate leaching）。
所以「下雨」不等於「肥料全部洗掉」。
真正要看的是：
水有沒有大量穿過根域？
土壤原本有多少 NO₃⁻？
土壤質地與排水如何？
根系有多深？
而且不同養分在土壤中的移動性並不相同，因此不能用一句「肥都被雨洗光了」概括所有肥料。
六、土壤積水時，還可能發生反硝化
土壤長時間接近飽和時，孔隙中的空氣減少，氧氣供應下降。
這時某些微生物可以利用 NO₃⁻ 進行代謝，使氮逐步被還原：
NO₃⁻
↓
NO₂⁻
↓
經過其他中間產物
↓
N₂O
↓
N₂ ↑
這稱為：
反硝化作用（denitrification）。
到了這裡，氮真的可能以氣體形式離開土壤—作物系統。
因此連續大雨、排水不良造成的影響，不只是「根泡水」。
它同時可能改變土壤氧氣狀態，進一步改變氮循環的方向。
七、另一條氣體出口：氨揮發
氮還有另一種進入空氣的方式。
例如尿素施在土壤表面後，經過脲酶作用水解，形成銨—氨系統：
NH₄⁺ ⇌ NH₃
其中 NH₃ 是氨，可以以氣體形式逸散到空氣中。
這稱為：
氨揮發（ammonia volatilization）。
氨揮發與反硝化不能混為一談。
反硝化：主要從 NO₃⁻ 出發，在缺氧環境下形成 N₂O、N₂ 等氣體。
氨揮發：則是銨—氨平衡中的 NH₃ 逸散。
兩者都可能造成氮離開土壤，機制卻完全不同。
八、氮還會從天空重新回來——生物固氮
大氣中約有 78% 是 N₂，但植物通常無法直接利用大氣中的 N₂。
某些固氮微生物卻具有特殊能力，可以把 N₂ 轉換成能進入生物系統的氮。
大家比較熟悉的例子，就是豆科植物與根瘤菌的共生固氮。
簡化來看：
大氣 N₂
↓ 生物固氮
進入生物可利用的氮
↓
植物、微生物
↓
有機態氮
因此氮不只是離開土壤，也會重新進入生態系統。
把整條路連起來
現在再看一次：
大氣 N₂
↓ 固氮
生物體、有機態氮
↓ 礦化
NH₄⁺
↓ 硝化
NO₃⁻
接下來，氮可能：
→ 被植物吸收
→ 被微生物固持
→ 留存在土壤氮庫
→ 隨水淋洗離開根域
→ 經反硝化形成 N₂O、N₂ 回到大氣
另外，銨—氨系統在適當條件下，也可能經由：
NH₃ 揮發 → 進入大氣。
所以我們施下去的氮肥，並不是安安靜靜待在原地等植物來吃。
它一直在：
轉換、移動、被吸收、被保存，也可能流失。
這就是為什麼肥培管理真正要理解的，不只是：
「施了多少肥？」
還要進一步問：
「這些氮現在是什麼形態？根圈環境如何？它接下來可能往哪裡走？」
懂得氮循環以後，我們才真正開始理解——
肥料施進土壤，只是氮旅程中的一站，而不是終點。
新生種苗園