氮素转化优秀课件
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土壤中未与碳结合的含N物质总称。一般占土壤全N 量的1%－2%。是土壤中N素的速效性部分。
• 四种形态：
A 水溶性离子：主要是NH4+、NO3-为主，少量NO2-。 B 交换性阳离子：以NH4+为主，吸附于土壤颗粒表面可以进行 阳离子交换的铵离子。
C 固定态铵：存在于土壤粘土矿物晶格中，植物较难利用，当晶 格膨胀或破裂时，NH4+可释放出来为植物利用。 D 气态N：主要是土壤空气中的N2，NH3和气态N氧化物如 NO2、NO、N2O等。
Nitrogen Transformation in Soil
Organic N ( e.g., N in microbe proteins)
NH3
mineralization immobilization NH4+
N fixation
Volatilization
nitrification
N2
immobilization NO3-
a. 作物难以利用的有机N 这类有机N化合物主要有胡敏酸、富里酸、杂环
化合物。它们很稳定，难以被微生物分解。占有机 N总量的80%左右。
b. 对作物有效的有机N 主要由蛋白质、核酸、氨基酸、酰胺和氨基糖等
组成。由于它们极易矿化，是土壤有效态N的主要 来源。
2.2 无机态N（soil inorganic nitrogen）
氮素转化优秀课件
矿质元素的土壤化学
Chapter 5 土壤氮素的转化
知识点：
• 掌握土壤氮素存在形态和含量
• 掌握土壤各种形态的转化过程、影响
因素以及对环境的影响
• 重点理解土壤氮素循环过程
3
1 土壤氮素平衡
氮素地球化学分布 土壤与环境间氮素交换 土壤氮素转化过程与氮素交换的关系
1.1 氮素地球化学分布（圈层？）
通常采用酸水解的方法（6 mol/L HCl回流水解 土壤），把土壤有机N进行形态分级：
土壤
6 mol/L HCl回流水解
酸解液（酸解性N）
残渣（非酸解性N）
铵态N
氨基酸态N
氨基糖态N 酸解性未知态N
土壤有机N的形态分级
➢各类含氮有机化合物的组成、来源及在土壤中的分布
2.1.2 土壤有机态N的有效性
• 岩石圈：
量：2%总N；形式：NH3；位置：地球深处；作用：对土壤 生态环境中的氮素平衡影响不大，但地壳中的NH3是土壤氮 素的最初来源。
• 大气圈：
量：98%总N；形式：N2为主，极少数以结合态NO、NO2、 NH3和N2O存在；作用：绝大多数生物不能利用。
• 土壤圈和水圈：
量NO：2－极、少N，O03－.0和1%少总量N可；溶形性式有：机水态圈氮以；N2土为壤主圈，中也N有以N有H机4＋态、 为主，其次以NH4＋形式固定在粘土矿物晶格中；作用：是 最活跃部分，尤其是土壤圈中的氮。
土壤中各种形态氮可以相互转化。
土壤中含氮物质通过生物化学、 物理化学、物理和化学的作用发 生形态和状态的变化，称为土壤 中氮素的转化。
Nitrogen Transformations
• Fixation（固定） • Mineralization（矿化） • Immobilization （生物固持） • Nitrification（硝化） • Denitrification（反硝化） • Volatilization（气态损失） • Leaching（淋失） • Runoff（径流）
（2）肥料氮 是土壤氮素的第二大来源，是农业土壤的首
要来源，我国氮肥投入量是农田生物固氮量的6－7倍。
（3）大气沉降 约占土壤氮素收入的10%，包括干沉降和
湿沉降。
（4）有机废弃物 在我国相当于化肥氮投入量的20%左右
1.2.3 土壤氮素的流出
• 途径：气态损失、NO3－的淋失、径流损失、风
蚀、植物收获物移走。氮素损失是影响肥料利 用率的主要原因。
一般耕作土壤含N量为0.02－0.2%，大部分 在0.1%以下。
土壤中氮的含量主要决定于气候条件、土壤 质地和耕作管理，它与土壤有机质含量的变化是 一致的。
通常土壤有机质含N约为5%，有机质含量越 高，土壤含N量越高。
2.1 有机态氮（soil organic nitrogen）
土壤中与碳结合的含氮物质的总称。
含量占全N量的90%以上，与土壤有机质含量成 正相关。
土壤中绝大部分有机态N存在于土壤固相，只有 少量存在于土壤液相中。
存在状态有4种：
①与其他土壤有机质组分（如木质素、单宁、醌类和 还原糖类等）结合；②与粘土矿物相结合；③与多价 阳离子（如铁）形成复合体；④存在于生物体中。
2.1.1 土壤有机态N的形态及含量
• 土壤氮素转化是土壤与环境间氮素交换的基础。
• 各转化过程的方向和强度直接影响氮素气态和溶质交换
的强度。
• 氮素转化过程中，生物转化过程（以氮素的同化、异化、
氧化-还原为中心）最为重要，一些化学过程必不可少 （包括铵的固定与释放、吸附与解吸、氨的挥发、硝酸 盐的淋失）。
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2 土壤中氮的含量和形态
✓ 及时补充移走的氮素，防止土壤氮素亏缺； ✓ 氮肥施用量要合理，减少能源消耗、防止环境
污染。Fra Baidu bibliotek
1.2.2 土壤氮素的投入
• 来源：共生和非共生生物固氮、工业合成肥料氮、
大气沉降、动植物残体及其他废弃物施用、土壤和 植物对气态氮化合物的吸收。
（1）生物固氮 占进入土壤氮素的65%。在自然生态中所
占比例高，在农田生态系统中所占比例较低。
（1）气态损失 包括土壤中N2、N2O、NOx、NH3等
气态化合物的释放，是土壤氮素损失的主要途径。
（2）径流和风蚀损失 径流包括地表径流和水田排水
带走的N（水稻土地区和黄土高原）；风蚀发生在干旱 地区。
（3）硝酸盐淋失 包括下渗和侧渗两种途径。 （4）收获物移走
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1.3 土壤氮素转化与氮素交换的关系
• 生物圈：生态系统
1.2 土壤与环境间氮素交换
• 氮在地球各领域间不断进行交换是氮素地
球化学的基本特征。
• 土壤圈和水圈中的氮素转化过程是氮素交
换总过程的基础。
• 领域：涉及到土壤圈、水圈、生物圈和大
气圈
1.2.1 了解氮素交换过程的农学意义
当稳定的农田生态系统建立后，土壤氮库的 库容趋于稳定，因此投入和流出土壤－植物系 统的氮量基本平衡。在氮肥施用时应以这个平 衡为出发点。
• 四种形态：
A 水溶性离子：主要是NH4+、NO3-为主，少量NO2-。 B 交换性阳离子：以NH4+为主，吸附于土壤颗粒表面可以进行 阳离子交换的铵离子。
C 固定态铵：存在于土壤粘土矿物晶格中，植物较难利用，当晶 格膨胀或破裂时，NH4+可释放出来为植物利用。 D 气态N：主要是土壤空气中的N2，NH3和气态N氧化物如 NO2、NO、N2O等。
Nitrogen Transformation in Soil
Organic N ( e.g., N in microbe proteins)
NH3
mineralization immobilization NH4+
N fixation
Volatilization
nitrification
N2
immobilization NO3-
a. 作物难以利用的有机N 这类有机N化合物主要有胡敏酸、富里酸、杂环
化合物。它们很稳定，难以被微生物分解。占有机 N总量的80%左右。
b. 对作物有效的有机N 主要由蛋白质、核酸、氨基酸、酰胺和氨基糖等
组成。由于它们极易矿化，是土壤有效态N的主要 来源。
2.2 无机态N（soil inorganic nitrogen）
氮素转化优秀课件
矿质元素的土壤化学
Chapter 5 土壤氮素的转化
知识点：
• 掌握土壤氮素存在形态和含量
• 掌握土壤各种形态的转化过程、影响
因素以及对环境的影响
• 重点理解土壤氮素循环过程
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1 土壤氮素平衡
氮素地球化学分布 土壤与环境间氮素交换 土壤氮素转化过程与氮素交换的关系
1.1 氮素地球化学分布（圈层？）
通常采用酸水解的方法（6 mol/L HCl回流水解 土壤），把土壤有机N进行形态分级：
土壤
6 mol/L HCl回流水解
酸解液（酸解性N）
残渣（非酸解性N）
铵态N
氨基酸态N
氨基糖态N 酸解性未知态N
土壤有机N的形态分级
➢各类含氮有机化合物的组成、来源及在土壤中的分布
2.1.2 土壤有机态N的有效性
• 岩石圈：
量：2%总N；形式：NH3；位置：地球深处；作用：对土壤 生态环境中的氮素平衡影响不大，但地壳中的NH3是土壤氮 素的最初来源。
• 大气圈：
量：98%总N；形式：N2为主，极少数以结合态NO、NO2、 NH3和N2O存在；作用：绝大多数生物不能利用。
• 土壤圈和水圈：
量NO：2－极、少N，O03－.0和1%少总量N可；溶形性式有：机水态圈氮以；N2土为壤主圈，中也N有以N有H机4＋态、 为主，其次以NH4＋形式固定在粘土矿物晶格中；作用：是 最活跃部分，尤其是土壤圈中的氮。
土壤中各种形态氮可以相互转化。
土壤中含氮物质通过生物化学、 物理化学、物理和化学的作用发 生形态和状态的变化，称为土壤 中氮素的转化。
Nitrogen Transformations
• Fixation（固定） • Mineralization（矿化） • Immobilization （生物固持） • Nitrification（硝化） • Denitrification（反硝化） • Volatilization（气态损失） • Leaching（淋失） • Runoff（径流）
（2）肥料氮 是土壤氮素的第二大来源，是农业土壤的首
要来源，我国氮肥投入量是农田生物固氮量的6－7倍。
（3）大气沉降 约占土壤氮素收入的10%，包括干沉降和
湿沉降。
（4）有机废弃物 在我国相当于化肥氮投入量的20%左右
1.2.3 土壤氮素的流出
• 途径：气态损失、NO3－的淋失、径流损失、风
蚀、植物收获物移走。氮素损失是影响肥料利 用率的主要原因。
一般耕作土壤含N量为0.02－0.2%，大部分 在0.1%以下。
土壤中氮的含量主要决定于气候条件、土壤 质地和耕作管理，它与土壤有机质含量的变化是 一致的。
通常土壤有机质含N约为5%，有机质含量越 高，土壤含N量越高。
2.1 有机态氮（soil organic nitrogen）
土壤中与碳结合的含氮物质的总称。
含量占全N量的90%以上，与土壤有机质含量成 正相关。
土壤中绝大部分有机态N存在于土壤固相，只有 少量存在于土壤液相中。
存在状态有4种：
①与其他土壤有机质组分（如木质素、单宁、醌类和 还原糖类等）结合；②与粘土矿物相结合；③与多价 阳离子（如铁）形成复合体；④存在于生物体中。
2.1.1 土壤有机态N的形态及含量
• 土壤氮素转化是土壤与环境间氮素交换的基础。
• 各转化过程的方向和强度直接影响氮素气态和溶质交换
的强度。
• 氮素转化过程中，生物转化过程（以氮素的同化、异化、
氧化-还原为中心）最为重要，一些化学过程必不可少 （包括铵的固定与释放、吸附与解吸、氨的挥发、硝酸 盐的淋失）。
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2 土壤中氮的含量和形态
✓ 及时补充移走的氮素，防止土壤氮素亏缺； ✓ 氮肥施用量要合理，减少能源消耗、防止环境
污染。Fra Baidu bibliotek
1.2.2 土壤氮素的投入
• 来源：共生和非共生生物固氮、工业合成肥料氮、
大气沉降、动植物残体及其他废弃物施用、土壤和 植物对气态氮化合物的吸收。
（1）生物固氮 占进入土壤氮素的65%。在自然生态中所
占比例高，在农田生态系统中所占比例较低。
（1）气态损失 包括土壤中N2、N2O、NOx、NH3等
气态化合物的释放，是土壤氮素损失的主要途径。
（2）径流和风蚀损失 径流包括地表径流和水田排水
带走的N（水稻土地区和黄土高原）；风蚀发生在干旱 地区。
（3）硝酸盐淋失 包括下渗和侧渗两种途径。 （4）收获物移走
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1.3 土壤氮素转化与氮素交换的关系
• 生物圈：生态系统
1.2 土壤与环境间氮素交换
• 氮在地球各领域间不断进行交换是氮素地
球化学的基本特征。
• 土壤圈和水圈中的氮素转化过程是氮素交
换总过程的基础。
• 领域：涉及到土壤圈、水圈、生物圈和大
气圈
1.2.1 了解氮素交换过程的农学意义
当稳定的农田生态系统建立后，土壤氮库的 库容趋于稳定，因此投入和流出土壤－植物系 统的氮量基本平衡。在氮肥施用时应以这个平 衡为出发点。