第三章-土壤氮素与环境
第3章-土壤生物
主要内容 (重点)：
1.土壤生物多样性 2.影响土壤微生物活性的环境因素（重点） 3.土壤微生物区系的发生和分布 4.土壤生物活性及表征
教学目标与要求：
了解土壤中的主要生物种类，认识土壤生物的 多样性；重点掌握影响土壤微生物活性的各种 因素；了解土壤细菌、真菌、防线菌、蚯蚓、 线虫等生物的特性及对土壤肥力的影响。
20000-30000 约 250% 约 12% 约 4% 约 10% > 90%
> 50%
自然界中95-99%的微生物种群不能被分离和描述
三 、 土 壤 生 物 空 间 分 布 多 样 性
四、土壤生物多样性的因素
第二节
土壤微生物
土壤微生物
•主要包括：病毒、细菌、真菌、藻类、地衣 •主要作用：
黑钙土 > 棕壤 > 灰壤 > 水稻土 > 砖红壤
用直接测数法测定前苏联土壤中的微生物数量
土壤类型 灰壤
森林灰化土
黑钙土
灰钙土
土壤状况 生荒土 生荒土 熟化土 生荒土 熟化土 生荒土 熟化土
1g 土壤中的微生物总数 3.0×108～6.0×108 6.0×108～1.0×109 1.0×109～2.0×109 2.0×109～2.5×109 2.5×109～3.0×109 1.2×109～1.6×109 1.8×109～3.0×109
确定群体结构 系统发育分析
土壤样品 经典方法
DNA 浸提
PCR PCR 扩增
DGGE（变 性土 壤 生 物 的 主 要
类 群 示
意 图
二、数量和种类多样性
微生物
真菌 细菌 病毒 节肢动物 高等植物 昆虫
第三章-土壤氮素与环境
2、来自大气的干湿沉降
干湿沉降作用到达地表的NO2有0.4亿1.16亿吨，铵态氮为1.1亿~2.4亿吨，但各地 区的干湿沉降的差异很大。干湿沉降的氮一部 分直接进入河、湖等集水区，一部分参与土壤 氮循环，还有一部分汇入城市径流。
（2）虽然反硝化作用可以在较宽的温度范围内进行，但温度过高或过低 都不利于反硝化的进行；
（3）反硝化微生物需要有机物质作为电子供体和细胞能源，因此土壤中 的生物有效性直接影响反硝化速率；
（4）研究发现，免耕能促进反硝化作用，主要是与免耕时作物残茬的覆 盖有利于土壤保持较多的水分和提供能源物质有关；
（5）由于植物根系分泌物和脱落物进入土壤增加了碳源，以及植物根系 的活动使根系周围土壤的通气状况和水分条件以及pH与根外土壤不同， 因此植物根系能提高反硝化作用；
（6）氮肥施用量高时反硝化量明显高。
氮的吸附
土壤中各种形态的氮化合物，如氨态氮、硝态氮、有机态氮等均 能和土壤无机固相部分相互作用，被吸附或固定，在这三种形态 中，研究得比较多的是氨态氮和有机氮与土壤固相的作用。至于 硝态氮和亚硝态氮则一般被认为是带负电荷，吸附量甚微，或甚 至有负吸附现象。土壤固体部分对氨态氮的吸附可分为物理吸附、 化学吸附和物理化学吸附等几种类型。
环境科学等多个研究领域密切关注的问题。
土壤氮素由有机态氮和无机态氮组 成。前者为与碳结合的含氮物质．后者 为未与碳结合的含氮物质
在表层土中，有机态氮占土壤全氮的 90％左右，随看土层深度的加深．这一 比率迅速降低。
土壤无机态氮
土壤无机态氮包括铵态氮、硝态氮、亚硝态氮、氮氧化物、氮气 等。铵态氮可分为土壤溶液中的铵，交换性铵和粘土矿物固定态 铵．固定态铵存在于2：l粘土矿物晶层间．其含量主要决定于土 壤的粘土矿物类型和土壤质地。对具有固定铵能力的土壤来说， 它是土壤中无机态氮的主体。硝态氮和亚硝态氮一般存在于土壤 溶液中，在一般土壤中亚硝态氮含量极低。
土壤氮素循环
[1]王晓蓉•环境化学•南京大学出版社,2005.氮的基态电子构型为 1s 22s 22p 3，有5个价电子，氧化态从一3到+ 5。
氮在地壳中的百分含量为0.0046%,大部分以氮分子的形式存在于大气中。
已知氮有 7种同位素，质量数 12- 18。
天然存在的稳定同位素有 14N 和15N ，丰度比为273:1。
其它五种均为放射性同位素，寿命最长 的13N 半衰期近10min 。
土壤氮素含量与分布自然土壤中氮素的含量分布有明显的地带性，与自然条件特别是气候条件相关。
耕地土壤 的氮素含量受人为因素的强烈影响。
土壤中氮的含量范围为： 0.02-0.5%,表层土壤和心、底土的含量相差很大。
一般耕地土壤有机质和氮素含量自亚表层以下锐减。
土壤氮含量在剖面中分布状况各异，主要与有机质的分布有关。
影响进入土壤的有机质的 数量和有机质分解的因素，包括水热条件、土壤质地等，都对土壤有机质和氮素含量产生显著 影响。
例在太湖平原，黏壤质中性潴育性水稻土的有机质和氮素含量分别为 25.8g/kg 和1.59g/kg , 而质地较轻粗的石灰性的潴育性水稻土仅分别为 19.2g/kg 和1.16g/kg 。
氮素，作为植物矿物质营养之首：作物中积累的氮素约有 50%系来自土壤，个别土壤上该 值超过70%。
分子氮分子氮不活泼，室温下仅能与型反应如下：N 2+ 3H 2 T 2NH 3N 2+ 02 T 2NON 2 + 3Mg T Mg 3N 2N 2 + CaC 2 T C + CaCN 2土壤中存在的氮的形态：无机态氮土壤中的无机态氮占的比例虽小，去卩是植物氮营养的直接形态，意义特别重要。
分子态埶 （大"于）无机态氮（土壤于）Li 反应，生成Li 3N 。
提高温度，加催化剂后，分子氮的典殆用目前我国氮肥施用也以无机态氮为主。
无机态氮包括固定态铵、交换性铵（包括土壤溶液中铵）硝态氮、亚硝态氮、氮氧化物和氮气，在土壤中占全氮的比例变幅较大，一般在2－ 8％。
第三章 植物的矿质与氮素营养(3,4,5,6)
特别是在作物生长后期根系活力降低、吸肥能力衰退时或在养 分临界期时使用; 或因干旱土壤缺少有效水、土壤施肥难以发挥效益； 或因某些矿质元素如铁在碱性土壤中有效性很低;Mo在酸性土 壤中强烈被固定等情况下,采用根外追肥可以收到明显效果。
常用于叶面喷施的肥料有尿素、磷酸二氢钾及微量元素 注意：根外施肥不能代替根部施肥，只能作根肥的补充。
角质层
细胞壁
质膜
途径：
外连丝
溶液 ↗角质层孔道 ↘ 气孔
外连丝（细胞壁）
叶脉韧皮部← 细胞内部← 表皮细胞的质膜
2.影响因素
营养物质进入叶片的量与叶片的内外因素有关
1)叶结构 嫩叶比老叶的吸收速率和吸收量要大, 对角质层 厚的叶片(如柑橘类)效果较差。
2)温度 温度对营养物质进入叶片有直接影响,在30℃、20℃ 和10℃时,叶片吸收32P的相对速率分别为100、71和53。
金属离子——离子。
（二）矿质元素运输的途径
1 . 根 吸 收 的 矿 质 元 素 的 运 输 途 径
根系吸收的无机离子主要通过木质部向上运输，同时 可从木质部活跃地横向运输到韧皮部。
2.叶片吸收的矿质元素的运输途径
叶片的下行运输是以韧皮部为主。也 可以从韧皮部横向运输到木质部。
二、矿质元素在植物体内的分配与再分配
如P过多时，与Zn形成不溶解的Zn3(PO4)2，而导致缺Zn。
2.离子协同作用 即一种离子的存在能促进植物对另一种离子 的吸收。这种作用经常发生在阴、阳离子间。 P 能促进 N 的吸收，因为蛋白质合成时需要大量 ATP
和核酸。
K能活化许多酶，促进核酸形成和N代谢，所以，也
能促进N的吸收与利用。
最新土壤氮素与氮肥ppt课件
（续）表 铵态氮肥在土壤中的转化和施用 品种 转化及结果 施用 氯化铵 NH4＋＋Cl－ 基肥 (配施石灰和 使土壤酸化(生理酸,硝化酸, 有机肥)，追肥，适于 代换酸)、脱钙板结 稻田和一般作物， 不宜忌氯作物 硫 铵 NH4＋＋SO42－ 基肥(配施石灰和 使土壤酸化(游离酸生理酸, 有机肥)，追肥，种肥 硝化酸，代换酸)、板结 适于各种作物 不宜稻田
有机氮 无机氮
矿化作用 固定作用
1.有机态氮的矿化作用（氨化作用）
（1）. 定义：在微生物作用下，土壤中的含氮有机质分解形成氨的过程。 （ 2）. 过程： 有机氮 氨基酸 NH4＋－N＋有机酸 （有效化）
土壤中铵态氮肥变化示意图
Hale Waihona Puke 氨气吸收吸附
挥发
NH4+
NH4+
硝化作用
铵态氮肥
铵态氮肥
硝态氮
土壤 胶粒
2.在土壤中的转化和施用 表 铵态氮肥在土壤中的转化和施用 品种 转化及结果 施 用 液氨 NH3＋H2O NH4＋＋OH－ 基肥, 追肥及深施 氨水 对土壤和作物影响不大 基肥, 追肥, 深施 碳铵 NH4＋＋HCO3－ 基肥, 追肥, 深施 对土壤没有副作用，适于各种土壤和大对数作物
3、土壤中氮的形态 水溶性 速效氮源 <全氮的5% （1）. 有机氮 水解性 缓效氮源 占50～70% (>98%) 非水解性 难利用 占30～50% 离子态 土壤溶液中 （2）. 无机氮 吸附态 土壤胶体吸附 (1～2％) 固定态 2：1型粘土矿物固定
本章小结： 1. 植物的氮素营养 （掌握吸收与同化、失调症） 2. 土壤中的氮素及其转化 （掌握主要转化的含义） 3. 氮肥的种类性质与施用 （掌握） 4. 氮肥的合理施用（掌握）
环境土壤学
第一章绪论一、土壤的概念1.土壤具有肥力及净化力，这是土壤的本质特性。
2.土壤肥力与土壤净化力的概念1) 土壤肥力土壤具有供应和协调植物生长所需的营养条件（水分、养分）和环境条件（空气、温度）的能力。
土壤肥力4要素：水、热、气、肥。
2) 土壤净化力土壤通过吸附、分解、迁移、转化等过程使其中的污染物浓度降低、毒性消失的过程二、土壤在生态系统中的作用1.土壤是农业的基本生产资料：为植物提供水分与养分，支撑植物，是植物生长发育的自然基地。
2.土壤是生态系统中不可缺少的环节3.土壤是调控环境质量的中心要素土壤圈：土壤圈是覆盖于地球陆地表面和浅水域底部的一种疏松而不均匀的覆盖层及其相关的生态与环境体系。
土壤圈的作用：对生物圈：支持和调节生物过程，提供植物生长的养分、水分与适宜的条件，决定自然植被的分布与演替，各种限制因子也对生物起不良的影响对大气圈：影响大气的化学组成、水分与热量平衡，吸收氧气，释放CO2,CH4,H2S和N2O等，对全球大气变化有明显的影响。
对水圈：影响水的溶质组成及其在陆地、水体和大气的分配。
对岩石圈：是地球的“皮肤”，对岩石圈有一定的保护作用，可减少各种外营力的冲击三、环境土壤学的定义、发展及定位引用传统土壤学的方法寻求土壤环境问题解决办法.环境问题出现后在土壤学基础上发展起来的新兴学科，是环境地学的一个分支，是研究自然因素和人为条件下土壤环境质量变化、影响及其调控的一门学科。
第二章土壤的形成第一节土壤母质成土母质是能形成土壤的物质，出露于地表的岩石经风化、搬运、堆积等过程在地表各种类型的成土母质。
一、土壤母质的来源1.成土的主要矿物（1）矿物：产生于地壳中具有一定化学组成、物理性质和内部构造的单质或化合物。
（2）矿物的类型★原生矿物：也叫内生矿物，地下深处呈熔融状态的岩浆沿地壳裂缝上升过程中冷却、凝固结晶而成的矿物，如长石、石英和云母等次生矿物：也叫外生矿物，原生矿物在地表常温常压下受各种外力作用形成的一类矿物（风化、沉积作用）。
土壤氮素的调控措施
土壤氮素的调控措施
土壤氮素的调控措施是指通过一系列的管理和技术手段，控制土壤氮素的含量和分布，提高氮素的利用效率和减少对环境的影响。
具体的土壤氮素调控措施包括以下几个方面：
1. 合理施肥：根据不同作物和土壤类型的需求，合理选用肥料种类、配施比例和施肥时间，保证植物对氮素的充分利用，并减少肥料的浪费与土壤污染。
2. 科学轮作：通过合理的作物轮作和间作，利用不同作物对氮素的吸收和释放作用，减少氮素积累和流失，同时提高土壤的肥力和地力。
3. 生物修复：利用植物、微生物等生物体对氮素的吸收、转化和释放作用，促进土壤有机物的分解和循环利用，改善土壤结构和生态环境。
4. 土地利用方式调整：通过合理调整土地利用方式，如改变农田种植结构、建设固碳林和湿地等，减少氮素的排放和流失，同时提高土壤的碳汇能力和生态效益。
5. 引进新技术：如精准施肥技术、喷施技术、覆盖作物技术等，通过精细管理和技术创新，提高氮素利用效率，减少氮素的损失和环境污染。
以上是土壤氮素调控的一些常见措施，通过科学的管理和技术手段，可以有效地控制土壤氮素的含量和分布，实现高产、高效、环保的农业生产模式。
《土壤氮素与氮肥》课件
本课件将重点介绍土壤氮素的来源和循环过程，不同种类的氮肥及其使用方 法，土壤氮素与氮肥的关系，氮素缺乏对作物的影响，氮肥过度使用的危害 以及合理使用氮肥的方法。
土壤氮素的来源及循环过程
土壤氮素主要来源于有机物分解和氮肥的施用，其循环过程包括氮固定、氮矿化、氮硝化和氮反硝化等。 了解土壤氮素的来源和循环过程能够帮助我们更好地管理土壤肥力。
氮肥的种类和使用方法
氮肥主要包括有机氮肥和无机氮肥。有机氮肥包括农家肥、畜禽粪便等，而 无机氮肥则包括铵态氮肥、硝态氮肥等。选择适当的氮肥种类和使用方法能 够提高作物产量和质量。
土壤氮素与氮肥的关系
土壤氮素和氮肥之间存在着密切的关系。土壤氮素的含量和形态影响着氮肥 的利用率和作物对氮肥的吸收能力。合理施用氮肥可以提高土壤氮素的利用 效率。
合理使用氮肥的方法包括选择适当的氮肥种类和使用时间，控制施肥量，结合有机肥使用，加强土壤管 理等。正确使用氮肥可以提高肥料利用率，减少对环境的影响。
结论和建议
通过学习土壤氮素与氮肥的相关知识，我们可以更好地掌握土壤肥力管理的 方法和技巧，提高农作物的产量和质量，促进可持续农业发展。
氮素缺乏对作物的影响
氮素缺乏会导致作物生长迟缓、叶片发黄、产量下降等问题。及时识别氮素缺乏的症状，并采取补充氮 肥的措施，可以有效改善作物的生长状况。
氮肥过度使用的危害
氮肥过度使用会导致土壤酸化、水体富营养化、生态环境破影响。
合理使用氮肥的方法
土壤中的氮素及其转化
土壤中的氮素及其转化1•土壤中氮素的来源和含量1.1来源①施入土壤中的化学氮肥和有机肥料；②动植物残体的归还；③生物固氮；④雷电降雨带来的N03—N。
1.2含量我国耕地土壤全氮含量为0.04%~0.35%之间，与土壤有机质含量呈正相关2.土壤中氮素的形态3.土壤中氮素的转化3.1有机氮的矿化作用定义：在微生物作用下，土壤中的含氮有机质分解形成氨的过程。
过程：有机氮'氨基酸k NH4J N +有机酸结果：生成NH4+-N （使土壤中有机态的氮有效化）3.2 土壤粘土矿物对NH4+的固定定义：①吸附固定（土壤胶体吸附）：由于土壤粘土矿物表面所带负电荷而引起的对NH4 +的吸附作用②晶格固定（粘土矿物固定）：NH4 +进入2:1型膨胀性粘土矿物的晶层间而被固定的作用过程：结果：减缓NH4+的供应程度（优点？缺点?3.3氨的挥发定义：在中性或碱性条件下，土壤中的NH4+转化为NH3而挥发的过程过程：结果：造成氮素损失 3.4硝化作用定义：通气良好条件下，土壤中的NH4+在微生物的作用下氧化成硝酸盐的现象过程：结果：形成NO-N禾I」：为喜硝植物提供氮素弊：易随水流失和发生反硝化作用3.5无机氮的生物固定定义：土壤中的铵态氮和硝态氮被植物体或者微生物同化为其躯体的组成成分而被暂时固定的现象。
过程:结果：减缓氮的供应，可减少氮素的损失3.6反硝化作用定义：嫌气条件下，土壤中的硝态氮在反硝化细菌作用下还原为气态氮从土壤中逸失的现象过程：结果：造成氮素的气态挥发损失，并污染大气3.7硝酸盐的淋洗损失NO3-不能被土壤胶体吸附，过多的硝态氮容易随降水或灌溉水流失。
结果：氮素损失，并污染水体4.小结：土壤有效氮增加和减少的途径增加途径：①施肥（有机肥、化肥）；②氨化作用；③硝化作用（喜硝作物力④生物固氮；⑤雷电降雨降低途径：①植物吸收带走；②氨的挥发损失；③硝化作用（喜铵作物弱④ 反硝化作用；⑤硝酸盐淋失；⑥生物和吸附固定（暂时）氮肥的种类、性质和施用氮肥的种类很多，根据氮肥中氮素的形态，常用的氮肥一般可分为三大类。
3 土壤有机质
有机肥施用很重要
第一节 土壤有机质来源及其组成特点
二.土壤有机物质基本组成特点
（一）土壤有机质的物质 组成 依据有机物质的分解阶段 和存在物理形态分为： 1.未分解的动植物残体 （原材料） 2.半分解的有机质：成为 暗褐色小片 3.腐殖质：特殊性有机物 质。
（二）土壤有机质化学组成 1.碳水化合物：单糖、多糖、 淀粉、纤维素、果胶物质等 2.木质素：比较稳定。是形成 腐殖质中心核的原始材料 3.含氮化合物：蛋白质、多肽、 氨基酸 4.脂溶性物质：如树脂、腊质、 单宁等
一.土壤腐殖质组成
土壤腐殖质 Soil humus
非腐殖物质
腐殖物质（humic substances)
（一）非腐殖物质：微生物的代谢产物 1.碳水化合物：多糖、糖醛酸、和氨基糖组成。主要来源于植 物残体和根系分泌物。含量占有机质总量15~27%。其中多糖 是主体。含量约为有机质总量的9~22%。多糖多土壤结果影响 研究被受到关注
3.pH：各类微生物最适条件：细菌—中性；放线菌—偏微碱性； 真菌—酸性 （3~6）；土壤pH高于8.5和低于5.5，都不适宜微生物活动。绝大多数微生最适 pH条件为中性。 4.有机物的物理状态和组成：新鲜程度、细碎程度，织物组织的C/N比
C/N比( carbon nitrogen ratio )
褐色沉淀 褐腐酸 胡敏酸 humic acid，HA
碱溶后加电 解质NaCL
溶解 吉玛多 美朗酸
水浮选、手挑、静 电吸附或采用比重 1.8或2.0重液浮选 （轻组）
沉淀 灰色腐殖酸
溶液 棕色腐殖酸
以上是依据腐殖酸类物质溶解性进行分类与提取 请注意三大类腐殖组分，尤其是褐腐酸（HA）和黄腐酸（FA）
聚合度
土壤氮素与氮肥PPT演示课件
10
田间水稻缺氮
11
生长矮小，根系细长，分枝（蘖）减少。
24
三、氮肥的种类、性质和施用
氮肥
铵态氮肥 硝态氮肥 酰胺态氮肥
25
（一）、铵态氮肥
包括：液氨、氨水、碳酸氢铵、氯化铵、硫酸铵
1. 共同特性（均含有NH4＋ ）
（1）. 易溶于水，易被作物吸收
（2）. 易被土壤胶体吸附和固定
（3）. 可发生硝化作用 NH4＋
NO3－
（4）. 碱性环境中氨易挥发 NH4＋ + OH－
NH3
26
氨气 挥发
铵态氮肥
吸收 铵态氮肥 吸附
土壤 胶粒
NH4+ NH4+
硝化作用 硝态氮
土壤中铵态氮肥变化示意图
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2.在土壤中的转化和施用
表 铵态氮肥在土壤中的转化和施用
品种
转化及结果
施用
液氨 氨水
NH3＋H2O
NH4＋＋OH－ 基肥, 追肥及深施
对土壤和作物影响不大
基生物 水解、氧化、还原、转位
20
NH4＋－N＋有机酸 （有效化）
2.硝化作用
（1）. 定义：在通气的条件下,土壤中的NH4＋ ，在微
生物的作用下氧化成硝酸盐的现象
（2）. 过程：
NH4＋＋ O2
亚硝化细菌
NO2－ ＋ 4H＋
2NO2－＋O2
硝化细菌
土壤氮的生物化学循环
2、土壤氮素转化与土壤微生物
2.2 硝化作用与土壤生物
亚硝化细菌 硝化细菌
NH4+
NO2-
氨单加氧酶、羟氨氧化还原酶
亚硝酸氧化酶
NO3-
(1)：NH3+O2+2H++2e ————→ NH2OH+H2O (2)：NH2OH+H2O+1/2O2 ———→NO2+2H2O+H+ (1)+(2)：NH3+3/2O2 ————→NO2-+ H+ + H2O △G0`= -287KJ NO2- + 1/2O2 ——→NO3△G0`= -76KJ
温室气体的监测及总量估算
1）监测方法
• • • • • 封闭式箱法及开放式箱法(自动与人工) 超大箱法 微气象学方法（即涡动相关测量法） 逆向轨迹反演法(源--浓度--大气扩散/过程) …… 总的来说，增加大气物理、大气化学方面的技 术与方法，是提高监测手段的关键。
Closed Chamber Method
土壤微生物量氮与土壤酶
土壤微生物量氮含量反映土壤肥力状况及土壤的供氮 能力； 土壤矿化潜力？ 土壤微生物量氮：土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶、蛋白酶 活性及速效养分相关。。。
4. 土壤微生物生物量氮的转化与研究方法
土壤微生物量N是土壤N素转化的重要环节，也是土壤有 效氮活性库的主要部分。 土壤微生物对无机氮的生物固定是一种“保肥”机制。 土壤微生物生物量N(简称“土壤微生物量N”)：土壤中体积 <5000μm3活的和死的微生物体内N的总和，其化学组成大部 分是蛋白质和多肽类物质，C/N值一般为5~6。 国外已有资料表明，土壤微生物量N含量一般为20~ 200mg/kg，占土壤全N 的3 ~6% 土壤微生物体氮的矿化速率远高于土壤氮的平均矿化 率，其半衰期为4~6个月 。
土壤肥料学完整课件
计划产量养分需求总量
计划产量指标 100
×
形成100kg经济产 量所需养分数量
土壤供肥量
无肥料区作物产量 100
×
形成100kg经济产 量所需养分量
指植物吸收来自所施肥料的 养分占所施肥料养分总量的百分 率。
有两种测定方法：
示踪法和差值法
计划施 肥用量
=
计划产量所 需养分总量
肥料的养 分含量
第一章 植物营养与施肥的基本原理(3学时) 第二章 土壤与植物氮素营养及化学氮肥(3学时) 第三章 土壤与植物磷素营养及化学磷肥(2学时) 第四章 土壤与植物钾素营养及化学钾肥(1学时) 第五章 土壤与植物的中、微量元素营养与 微量元素肥料(1学时) 第六章 复混肥料(1学时) 第七章 有机肥料(1学时)
最小养分律（木桶理论）：
植物产量受土壤中某一相对 含量最小的有效性因子制约的规 律。
报酬递减律：
在其它生产条件相对稳定的前提下， 随施肥量的增加而单位肥料的作物增 产量却呈递减的趋势。
施肥技术包 括三个环节
施肥量确定 施肥时间 施肥方法
施肥量确 定依据：
植物计划产量的养分需求总量 土壤供肥量 肥料利用率
63.8
穗粒数
0.14 2.3 17.1
籽粒数/g.m2
0.03 1.0 14.0
1.溶液的组成
不同溶液组成叶片吸收速度不同 KCl>KNO3 >KH2PO4 尿素>其它N肥
2.溶液浓度及pH
在不引起伤害的前提下养分进入叶 片的速度和数量随浓度升高而升高
大量元素 0.2~2%
微量元素 0.01~0.2%
微 量 元 素 的 有 效 性
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(最新整理)高师：土壤地理学_第三章
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第二节 土壤有机质的转化过程
三 影响土壤有机质转化的因素
土壤有机质的分解和合成受多种因素的影响，但主要的驱动
力是土壤微生物和酶，因此，凡是影响微生物活动的因素都会影
响土壤有机质的转化。
（一）有机残体的特性
有机物中碳素和氮素总量的摩尔数之比称为碳氮比（C/N）。
微生物的生命活动需要碳素和氮素，一般来说，微生物同化 1 份氮和 5 份碳来构成身体，同 时还需要 20 份碳作为能源，即微生物生命活动过程中，需要有机质的 C/N 比约为 25/1。当 有机残体的 C/N 比为 25/1 左右时，微生物活动最旺盛，有机质分解速度最快；如果 C/N 比 ＜25/1，有利于微生物的活动，有机质分解快，分解释放出的无机氮素除供微生物利用外， 还有多余留存于土壤中，可被植物吸收利用；如果 C/N 比＞25/1，微生物会因缺乏氮素营养 生长发育受到限制，有机物分解速率缓慢，微生物不仅会消耗掉分解释放出的全部氮素，而 且会吸收土壤氮素，用来组成自身。
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土壤有机—无机复合体其意义可概括为如下几点：①复合体具有 较高的团聚能力，所形成的土壤结构比较稳定。肥沃土壤的表层，通 常拥有由团聚度高的复合胶体经逐级结合而形成的团粒结构。②团粒 结构的产生，改善了土壤结构，从而使土壤容重降低，孔隙状况优化， 进而使土壤的一系列理化性质发生重要的变化。③复合体具有集中和 保蓄土壤水分和养分的作用，可增强土壤保水、保肥、供肥能力。④ 复合体还具有多种功能团，表现出两性胶体的特点，有着明显的缓冲 作用，其对土壤微生物活动和土壤养分转化等方面均具有重要的意义。
腐殖酸和其他有机化合物一样，由碳、氢、氧、氮、硫、磷等 元素组成，此外还含有钙、镁、铁、硅等灰分元素。但不同的土壤 类型和腐殖酸的组分不同，其元素组成会表现出某些差异。
植物的氮素营养与氮肥笔记
第三章植物的氮素营养与氮肥第一节植物的氮素营养一、植物体内氮的含量与分布1. 含量：占植物干重的0.3～5％影响因素：植物种类：豆科植物>非豆科植物品种：高产品种>低产品种器官：种子>叶>根>茎秆组织：幼嫩组织>成熟组织>衰老组织，生长点>非生长点生长时期：苗期>旺长期>成熟期>衰老期，营养生长期>生殖生长期2. 分布：幼嫩组织>成熟组织>衰老组织，生长点>非生长点原因：氮在植物体内的移动性强在作物一生中，氮素的分布是在变化的：营养生长期：大部分在营养器官中（叶、茎、根）生殖生长期：转移到贮藏器官（块茎、块根、果实、籽粒），约占植株体内全氮的70％注意：作物体内氮素的含量和分布，明显受施氮水平和施氮时期的影响。
通常是营养器官的含量变化大，生殖器官则变动小，但生长后期施用氮肥，则表现为生殖器官中的含氮量明显上升。
二、植物体内含氮化合物的种类（氮的生理功能）1. 氮是蛋白质的重要成分（蛋白质含氮16～18％）——生命物质2. 氮是核酸和核蛋白的成分（核酸中的氮约占植株全氮的10％）——合成蛋白质和决定生物遗传性的物质基础3. 氮是酶的成分——生物催化剂4.氮是叶绿素的成分（叶绿体含蛋白质45～60％）——光合作用的场所5. 氮是多种维生素的成分（如维生素B1、B2、B6等）－－辅酶的成分6. 氮是一些植物激素的成分（如IAA、CK）－－生理活性物质7. 氮也是生物碱的组分（如烟碱、茶碱、可可碱、咖啡碱、胆碱－－卵磷脂－－生物膜）氮素通常被称为生命元素三、植物对氮的吸收与同化吸收的形态无机态：NO3-－N、NH4+－N （主要）有机态：NH2 －N、氨基酸、核酸等（少量）（一）植物对硝态氮的吸收与同化1. 吸收：旱地作物吸收NO3-－N为主，属主动吸收吸收后：10%～30%在根还原；70%～90%运输到茎叶还原；小部分贮存在液胞内(硝酸根在液泡中积累对离子平衡和渗透调节作用具有重要意义。
植物生产环境-氮肥的合理施用
氮肥的合理施用氮素是限制作物产量和品质的主要元素之一。
称为生命元素。
一、土壤氮素（一）土壤氮素的含量我国土壤全氮含量变化很大，变幅0.4--3.8g/kg,平均为1.3g/kg,多数和土壤在0.5--1.0g/kg。
土壤中的氮素含量与气候、地形、植物、成土母质、农业利用的方式及年限。
（二）土壤氮素的来源耕作土壤中氮的来源主要有：生物固氮、降水、尘埃、施入的肥料、土壤吸附空气中的NH3、灌溉水和地下水的补给，其中生物固氮和施肥是主要来源方式。
（三）土壤氮素的形态（四）土壤氮素的转化1.矿化作用矿化作用是指在土壤中的有机物经过矿化作用分解成无机氮素的过程。
矿化作用主要分为两步：水解作用和氨化作用。
水解作用是指在蛋白质水解酶、纤维素水解酶、木酵素菌等各种水解酶的作用下将高分子的蛋白质、纤维素、脂肪、糖类分解成为各种氨基酸。
氨化作用是指土壤中的有机氮化物在微生物——氨化细菌的作用下进一步分解成为铵离子（NH4+）或氨气（NH3）。
2.硝化作用土壤中的氨（NH3）或铵离子（NH4+）在硝化细菌的作用下转化为硝酸的过程叫硝化作用。
硝化作用产生的硝态氮是作物最容易吸收的氮素。
3.反硝化作用反硝化作用是硝酸盐或亚硝酸盐还原为气体分子态氮氧化物的过程中。
4.土壤中的生物固氮作用土壤中的生物固氮作用是指通过一些生物所有的固氮菌将土壤空气中气态的氮被植物根系所固定而存在于土壤中的氮，生物固氮作用一般发生在豆科植物的根系。
5.土壤对氮素的固定与释放土壤中的氮素在处于铵离子状态时可以从土壤溶液中被颗粒表面所吸附，另一方面被土壤吸附的铵离子还可以被释放出返回土壤溶液中。
在一定条件下铵离子在固相和液相之间处于一种动态平衡状态。
6.氮素在土壤中的淋溶作用土壤中以硝酸或亚硝酸形态存在的氮素在灌溉条件下，随着灌溉水的下渗作用。
7.氨的挥发作用铵转化成氨气损失掉的过程。
二、氮肥的性质和施用氨态氮肥 NH4HCO3、NH4Cl、(NH4)2SO4根据氮素的形态分硝态氮肥与硝铵态氮肥 NH4NO3酰胺态氮肥 CO(NH2)2速效氮肥根据肥效分缓（长）效氮肥（一）铵态氮肥的特点与施用1.铵态氮肥的特点氮素形态以氨或铵离子形态存在的氮肥称为铵态氮肥。
第三章土壤与植物氮素营养及化学氮肥
•
一般旱地土壤的硝化作用比水田土壤 旺盛。土壤中游离氨能抑制硝化作用的进 行，而硝化细菌对氨毒害作用的反应比亚 硝化细菌更为敏感。因此，在中性或石灰 性土壤上，大量施用尿素或液氮，以及在 一些PH高的土壤上施用铵态氮肥时，易引 起亚硝酸的积累，尤其在低温的情况下更 易发生。
第三章土壤与植物氮素营养及化学 氮肥
0 .5
1 .1
0 .2 5
100
8 -1 2
1 0 0 -2 0 0
1
21
310
Relative contribution to
global warming
15
5
1
% Biotic
30
70
90
（3）硝态氮的淋失
• 硝态氮带负电荷，不能被带负电 荷的土壤胶体吸附，故易随水渗漏 或流失，称为淋失。
第三章土壤与植物氮素营养及化学 氮肥
-N
+N
Strawberry(草梅) with N deficiency on right
+N
-N
Celery leaves with N deficiency
缺氮
供氮
（二）植物氮素过多的症状
• 氮肥施用过多，由于氨基酸增多，促进细胞分 裂素的形成，易造成茎叶疯长，植株互相荫蔽， 光照减弱，不利于光合作用，使植株的碳水化 合物减少，贪青晚熟，籽粒不饱满，导致产量 降低。
缺少氮肥
Caused by incorrect N
油菜
fertilizer application
－N
＋N
大麦 燕麦
－N ＋N
小麦
玉米
禾本科作物 缺氮的症状
苗期缺氮
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氮的矿化
氮矿化指有机态氮转化为矿质氮（NH4+、NO2-、 NO3- ）的过程，是和氮的固定截然相反的过程， 是氮素形态转化的最基本环节。 土壤有机态氮的矿化对土壤圈氮循环具有重要 意义。有机氮的矿化条件包括内因和外因两方 面，内因是有机氮化合物的分子结构及其与矿 物质结合的状态，外因是影响微生物活动的环 境条件。
有目的的调整这些条件有利于氮的矿化。
氮肥在农业生产中的重要性
广义上讲，氮肥可分为天然有机氮肥和化学氮肥，天然
有机氮肥主要来自植物和动物，化肥则主要由人工合成。 我国农业土壤氮素化学肥料是主要来源，为生物固氮的5
倍左右。1948-1998年的50年内农业化肥氮用量总额为
3.8亿吨（N），1998年用量达2470万吨，占同期世界农 业氮用量（8330万吨）的29.7%。 目前，我国许多地区每季作物氮素用量在150-225kg/hm2， 在某些地区的菜田，化学氮肥年施用量在500-1300 kg/hm2（N），远高于平均水平。
对植物的毒害作用
施用氮肥的水体污染
施用化肥对水体环境的影响是多方面的，如水体富营养化、NO3和NO2-污染等。一般来说，在封闭性湖泊和水库水中，氮（N）浓 度超过0.2 mg/L，磷（P）浓度达到0.015mg/L时就可能引起“藻
化”现象发生。从土壤学角度看，这两个浓度是很容易达到的。
目前氮和磷是我国湖泊富营养化的主要诱因，五大淡水湖泊（太 湖、洪泽湖、鄱阳湖、洞庭湖和巢湖）水体中的营养盐均大大超
我国自然植被下士壤表层的全氮含量： 自东向西．随着降水量的逐渐诚少和蒸发量的逐渐增 大．植被渐变稀疏，生物积累量逐减减少，生物分解 作用相对较强土壤全氮含量依黑土－黑钙土－棕钙土 －灰钙土－漠土的顺序而逐渐减少。 由北向南，随温度的增蒿．分解速率的增大远胜于植 物生物量的增多，土壤全氮含量依暗棕壤（和白浆土） －棕壤，褐土－黄棕壤的顺序而降低而由黄棕壤再向 南至红壤，砖红壤，可能由于植物生物量的增大更甚 于分解速率的增高，含量又逐渐升高。 黄壤地区海拔较高，由于较低的温度和较高的降水量 而使有机质的分解速率较低，因而全氮含量较红壤、 砖红壤为高．高山地带．由千全年大部分时间处于冰 冻条件下．虽然植物生物量很低，但分解速率更 低．因此，在长期的成土过程中土壤也积累了较多的 氮素。
有机态氮
有机态氮的组成复杂，目前已分离鉴定出的含氮化合
物单体有：氨基酸、氨基糖、嘌呤、嘧啶、以及微量 存在的叶绿素及其衍生物、磷酯、各种胺、维生素等 很多种。 在土壤中它们与其它土壤有机质或与粘土矿物相结合， 或与多价阳离子形成复合体，还有一小部分存在于生 物体中、绝大部分有机态氨存在于土壤固相中，只有 很少量存在于土壤液相中。 土壤有机态氮的形态分布与氮素的生物分解性之间并 无直接的联系，大部分有机态氮难于分解．只有少量 存在于土壤中活的或死的生物体中的有机态氮比较易 于分解，从而被植物吸收利用。在作物生长过程中通 过有机态氮矿化作用释放出来的氮是作物重要的氮索 来源。土壤有机态氮在作物氮索营养中起着重要的作 用。
土壤的湿度和通气条件对矿化有一定影响，水分过多影响通气或由于 水分不足而ห้องสมุดไป่ตู้于干燥均影响氨化细菌的活动。一般在土壤含水量为最 大持水量的60%左右时最适于有机氮的矿化，湿度过高或过低均有抑制 作用。Stanfor et al（1974）认为水分对氮矿化影响极大，土壤氮矿 化率随水分含量的变化而变化。
土壤全氮含量
土壤全氮含量是土壤中各种形态氦素含量之和、 包括有机态氮和无机态氮．在一定程度上可以 代表土壤的供氮水平。土壤全氮含量相对比较 稳定，但亦处于动态的变化之中。 中国土壤全氮含量变化很大，据对全国2千多 个耕地土壤的统计．其变幅为0.4~3.8g/kg N, 平 均值为1.3g/kg ，自然植被下未受侵蚀的土壤全 氮含量通常高于农田。
氮的吸附
土壤中各种形态的氮化合物，如氨态氮、硝态氮、有机态氮等均 能和土壤无机固相部分相互作用，被吸附或固定，在这三种形态 中，研究得比较多的是氨态氮和有机氮与土壤固相的作用。至于 硝态氮和亚硝态氮则一般被认为是带负电荷，吸附量甚微，或甚 至有负吸附现象。土壤固体部分对氨态氮的吸附可分为物理吸附、 化学吸附和物理化学吸附等几种类型。 土壤固体部分对氨态氮的吸附包括氨分子（NH3）和铵离子（NH4+） 吸附，可通过分子引力或氢键进行。物理吸附量的大小和固体部 分的比表面积、黏土矿物组成、胶体的组成和表面性质等有关。 氨态氮或铵态氮与土壤固相部分的化学或物理化学吸附可通过多 种途径，如氨分子和粘粒矿物或有机物上的氢离子结合形成铵离 子、代换吸附、铵的固定、蛋白质的吸附固定等。
矿化作用主要由微生物进行，也称氨化微生物，所以，能影响氨化微 生物活动的环境条件均可影响氮素的矿化作用，主要有温度、湿度和 酸度。氨化作用的最适温度是20-35度，高于或低于这一温度，矿化作 用就会减弱。
矿化作用对pH的要求不是很严格，一般的土壤中均可以进行，但以中 性条件下最旺盛，过酸过碱均可对氨化作用有所抑制，尤以酸性条件 影响较大。
第三章：土壤中C、N、S、P、F、Se、 I 与土壤环境质量
土壤氮素与环境
主要内容
• • • • • • • 生态系统的氮素循环 土壤氮素组成 进入土壤氮素的来源 氮素在土壤中的行为 氮肥对环境的影响 蔬菜累积硝酸盐的生理基础 农业非点源N污染评价指标体系及N流失危险 性指数
生 态 系 统 中 氮 循 环
环境科学等多个研究领域密切关注的问题。
土壤氮素由有机态氮和无机态氮组
成。前者为与碳结合的含氮物质．后者
为未与碳结合的含氮物质 在表层土中，有机态氮占土壤全氮的 90％左右，随看土层深度的加深．这一 比率迅速降低。
土壤无机态氮
土壤无机态氮包括铵态氮、硝态氮、亚硝态氮、氮氧化物、氮气 等。铵态氮可分为土壤溶液中的铵，交换性铵和粘土矿物固定态 铵．固定态铵存在于2：l粘土矿物晶层间．其含量主要决定于土 壤的粘土矿物类型和土壤质地。对具有固定铵能力的土壤来说， 它是土壤中无机态氮的主体。硝态氮和亚硝态氮一般存在于土壤 溶液中，在一般土壤中亚硝态氮含量极低。 水稻土中由于淹水造成的还原条件，速效态氮的主体是铵态氮， 硝态氮含量极低。旱地土壤则以硝态氮为主，铵态氮含量较 低．在施肥的条件下．施肥后的一段时问内，速效态氮的含量升 高，以后急剧降低，旱地施尿素或铵态氮后．短时间内铵态氮的 含量可能较高．随着硝化作用的进行，一段时间后以硝态氮为主。
中国不同地区耕层土壤的全氮含量
进入土壤的氮源
1、来自农田生态氮循环系统 研究表明：对于广大农牧区地下水的硝 态氮增高，主要的原因是由于化肥的大 量使用，就地表水的污染而论，化肥的 使用也贡献了其50%以上。
2、来自大气的干湿沉降 干湿沉降作用到达地表的NO2有0.4亿1.16亿吨，铵态氮为1.1亿~2.4亿吨，但各地 区的干湿沉降的差异很大。干湿沉降的氮一部 分直接进入河、湖等集水区，一部分参与土壤 氮循环，还有一部分汇入城市径流。 3、来自城市氮循环系统
反硝化作用
反硝化作用是指把硝酸盐等较复杂的含氮 化合物转化为N2、NO、N2O的过程
反硝化作用的影响因素
（1）反硝化作用是在嫌气条件下进行的微生物过程，因而受到土壤水分 和通气状况的影响。降雨、灌溉后一定时间后反硝化作用会达到最高峰， 这取决于土壤的类型； （2）虽然反硝化作用可以在较宽的温度范围内进行，但温度过高或过低 都不利于反硝化的进行；
（3）反硝化微生物需要有机物质作为电子供体和细胞能源，因此土壤中 的生物有效性直接影响反硝化速率；
（4）研究发现，免耕能促进反硝化作用，主要是与免耕时作物残茬的覆 盖有利于土壤保持较多的水分和提供能源物质有关；
（5）由于植物根系分泌物和脱落物进入土壤增加了碳源，以及植物根系 的活动使根系周围土壤的通气状况和水分条件以及pH与根外土壤不同， 因此植物根系能提高反硝化作用； （6）氮肥施用量高时反硝化量明显高。
土壤对NH4+的吸附受pH的影响，一般随pH的增高，吸附 NH4+强度也增加，这是由于pH不但影响胶体所带的负电 荷数量，还影响胶体上所吸附的阳离子种类。 土壤对铵离子的吸附作用在氮素运移与转化过程中具 有重要意义。一方面，由于土壤对铵离子的吸附，使 得大部分的可交换性铵得以保存在土壤中，另一方面， 从氮素对地下水的污染看，由于土壤对铵离子具有保 持作用，阻滞了铵离子向深层土壤的淋失，减轻了氮 素对地下水的污染。但是，当土壤对铵离子的吸附量 达到最大值时，在入渗水流作用下铵离子还是可以进 入地下水，加重地下水氮污染。
NH3氧化至NO2-，后者把NO2-氧化为NO3-，
这两种微生物共称硝化细菌
硝化作用的影响因子
（1）硝化微生物是好气性微生物，其活性又受土壤中氧分压的强 烈影响，后者又受到土壤水分含量的控制。一般在田间最大持水 量的50%~60%时，土壤中硝化作用最为旺盛 （2）土壤酸度是影响硝化作用的重要因素之一。一般来说，在酸 性环境中自养硝化细菌很少或不存在，通常在pH6.6~8.0或更高范 围内生长，具体到各个属最适pH范围不同 （3）施肥量对硝化作用有显著的影响，如硫酸铵用量在300mg N/g以下时，硝化速率随施用量的增加而增大，超过该施用量时硝 化速率迅速降低。至于肥料种类也影响，加入C/N低的有机物能 促进硝化作用； （4）耕作对硝化作用有何影响，结论还不一致，有的发现免耕抑 制硝化作用，有的发现免耕反而使硝化作用比常规耕作更强，这 方面还需做进一步的探索； （5）通常植物根系对硝化作用有抑制作用，这是由于根系分泌的 酚类物质和有机酸所致。 此外，土壤质地、温度、氧化还原电位、等也都会影响硝化作用。
城市居民的生活污水与垃圾粪便、工业排 放的三废是城市地下水硝态氮的主要污染源。
中国农业生产中的氮素平衡
氮在土壤中的行为
硝化作用 反硝化作用 氮的吸附
氮的矿化