氮是植物所需的大量元素,用于合成氨基酸和核苷酸的原料,即使是能够通过根瘤菌固氮的大豆,也需要在生长条件下施加氮肥才能保证其正常生长和产量。植物对氮的吸收主要是两种形式的氮,也是两种常用氮肥:铵态氮(NH4+)和硝态氮(NO3-),常用的还有一种氮肥尿素,尿素是属于有机氮肥,需要在土壤微生物分泌的脲酶的作用下转化为碳酸铵,然后转化为炭酸氢铵和氢氧化铵,有一部分会不稳定分解成氨气从土壤中挥发出来,造成部分损失(在盐碱地该过程极度加快),植物最终都是以铵态氮(NH4+)的形式吸收的。
硝态氮(NO3-)被植物吸收以后,首先要经过两部反应,第一步反应发生在细胞质中,在硝酸还原酶(Nitrate reductase ,NR)的作用下生成亚硝酸氮(NO2-),硝酸还原酶是氮同化中的限速酶,在自然条件下土壤中氮素以硝态氮为主。然后第二步发生在叶绿体或者质体中,亚硝酸氮(NO2-)进一步在亚硝酸还原酶(Nitrite reductase ,NiR)的催化下生存铵态氮(NH4+)。最后进入物质循环,在谷氨酰胺合成酶(Glutamine synthetase,GS)将谷氨酸和NH+4转换成谷氨酰胺。所以氮素在植物中的利用都是从铵态氮(NH4+)开始的。
但是这并不是意味着使用铵态氮(NH4+)就能获得更好的效果,一个原因是植物对氮的吸收有偏好,不同植物,不同ph和温度下可能有差异;另一个原因是大量的铵态氮存在时容易产生NH3,对植物细胞有毒害作用,因此硝态氮其实更有利于细胞储存,在实际农业生产操作过程中一般都是两种形式的氮肥混合使用。