第七章土壤与植物氮素营养及化学氮肥

第七章土壤与植物氮素营养及化学氮肥

第一节土壤氮素营养

一、土壤中氮素的来源及其含量

（一）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NH4＋－N和NO3－－N

(二)、土壤氮素的含量

1 土壤氮素的含量

土壤中氮素的含量受自然因素如母质、植被、气候等影响，同时也受人为因素如利用方式、耕作、施肥及灌溉等措施的影响。

我国自然植被下土壤表土中氮素的含量与有机质含量密切相关。

我国土壤含氮量的地域性规律：

北增加

西长江东增加

南增加

一般农业土壤耕层氮素含量在0.5-3.0g/kg之间。

较高的氮素含量往往被看成为土壤肥沃程度的重要标志。

表层含氮量最高，以下各层随深度增加而锐减。

(三)、土壤中氮的形态

1. 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

水溶性速效氮源<全氮的5%

2. 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

（1）土壤无机态氮:位于粘土矿物晶层间的固定态铵是数量最大的一部分。

（1）土壤无机态氮

交换性NH4+、溶液中NH4+和NO3-最易被植物吸收，一般为几个mg/kg，具有重要的农学意义。

土壤无机氮还包括NO2-,一些含氮气体，如NH3、N2O、NO、NO2等。N2O是温室气体之一。（2）土壤有机态氮

一般情况下土壤有机态氮构成了土壤全氮的绝大部分。

土壤有机态氮的组成较为复杂，以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、磷脂、各种胺、维生素等。

绝大多数有机态氮存在于土壤固相中，只有很少量的存在于土壤液相中。

(四)、土壤中氮的转化

NH3 N2、NO、N2O

矿化作用硝化作用生物固定

有机质铵态氮硝态氮有机氮

生物固定硝酸还原作用

吸附态铵水体中的硝态氮

或固定态铵

（一）有机态氮的矿化作用（氨化作用）与生物固持作用

矿化作用：在微生物作用下，土壤中的含氮有机质分解生成氨的过程。

过程：有机氮

异养微生物水解酶

解蛋白作用

氨基酸

氨化作用

氨化微生物水解、氧化、还原、转位

NH4＋－N＋有机酸

氮的矿化-生物固持作用过程的相对强弱，受能源物质种类和数量以及水、热条件等强烈影响。

土壤氮素的矿化与土壤氮素的供应密切相关。

肥料氮的生物固持有利于减少土壤溶液中矿质态氮的积累和氮素损失，有利于肥料氮的保持。

2 铵的粘土矿物固定与释放

铵的粘土矿物固定与释放是两个相反的过程。

铵被粘土矿物所吸持呈非交换性铵的过程为固定；

土壤粘土矿物所吸收的非交换性铵向交换性铵甚至水溶性铵的转化过程称为释放。

在粘土矿物中，只有2：1型矿物才固定铵，不同的2：1型粘土矿物固定铵的能力也不相同。结果：减缓NH4＋的供应程度新固定的或施肥后新增加的固定态铵的有效性很高；

固有的（土壤中原有的）固定态铵的有效性则较低。

铵的固定可以在一定程度上起到调节土壤溶液中铵态氮浓度、提高土壤对氮的缓冲能力、把速效氮肥变为缓效氮肥的作用，不仅有利于作物良好生长，而且也有助于减少氮素的气态或淋失等损失。

（三）硝化作用

定义：通气良好条件下，土壤中的NH4＋或NH3在微生物的作用下氧化成硝酸盐的现象

过程：

NH4＋＋O2 NO2－＋4H＋

2NO2－＋O2 2NO3

影响硝化作用的因素:

土壤水分

气

热条件

pH

施入肥料的种类

根系分泌物

最适条件：铵充足、通气良好、

pH6.5～7.5、25～30oC

结果：形成NO3－－N

利：为喜硝植物提供氮素

弊：

四）反硝化作用

NO3－N2 、NO、N2O

1. 生物反硝化作用（嫌气条件下）

(1)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

(2)过程：

NO3- NO2-N2、N2O、NO

(3)最适条件：土壤通气不良，新鲜有机质丰富

pH5～8，温度30～35oC

稻田氮素损失的主要途径：占氮肥损失的35％

2. 化学反硝化作用（可在好气条件下进行）

NO2－N2、N2O、NO

发生条件：NO2－存在

3. 结果：造成氮素的气态挥发损失，

并污染大气

5 铵的吸附与解吸

铵的吸附是指土壤液相中的铵被土壤颗粒表面所吸附的过程。

铵的解吸则是指土壤固相表面吸附的铵（土壤交换性铵）自土壤固相表面进入液相的过程。铵的吸附与解吸是铵在土壤液相与固相之间的一种平衡过程，其平衡点受土壤阳离子交换量、伴随阳离子种类和浓度等因素的影响。

铵的吸附量随土壤中粘粒含量、有机质含量、溶液中铵的相对浓度的增加而增多。

土壤变干燥时，吸附态铵可部分转化为固定态铵；渍水时，固定态铵也因矿物膨胀而部分转变为吸附态铵。

土壤对铵离子的吸附与解吸，影响着作物根系对铵离子的吸收，影响着土壤中无机氮素形态的转化、迁移，也影响着土壤对来自肥料的铵离子的保蓄与缓冲能力

（六）氨的挥发损失

1. 定义：在中性或碱性条件下，发生在土壤液相中的一种化学平衡，土壤中的NH4＋转化为NH3而挥发的过程

2. 过程：

NH4＋NH3＋H＋

3. 影响因素：氨浓度，pH，温度，风速等

①pH值NH3挥发

6 0.1%

7 1.0%

8 10.0%

9 50.0%

②土壤CaCO3含量：呈正相关

③温度：呈正相关

④施肥深度：挥发量表施>深施

⑤土壤水分含量

⑥土壤中NH4＋的含量

4. 结果：造成氮素损失