第二节-土壤氮素与环境质量综述
第8章-土壤氮、磷循环与环境效应-环境土壤学
一、土壤磷的含量、形态分级 及其植物有效性
1.1 土壤中磷的含量
➢地壳中磷的平均含量约为0.122% (按P计， 下同）。 ➢一般岩石含磷量变动在1.0-1.2 g/kg。 玄武岩发育的土壤全磷含量通常较高，而 花岗岩发育的土壤全磷含量较低。 ➢我国土壤全磷含量一般为0.022-0.109%, 最低可小于0.004%，高的可达0.175%。 ➢在自然土壤中的全磷含量决定于母质类 型、成土作用和土壤磷的淋失情况，而在 耕作土壤中主要受耕作施肥的影响。
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施用氮肥对土壤健康质量的影响
➢ 对于氮肥来说，最易引起土壤变化的性质就是pH。连续施 用氮肥会导致土壤pH降低，在酸性土壤上问题尤为明显。
➢ 酸 性 土 壤 交 换 性 钙 含 量 低 ， 每 加 入 100kg 硫 酸 铵 就 需 要 110kg的碳酸钙去中和由于氮肥所产生的酸度。如果不施加 石灰校正土壤酸度，锰和铝的过量释放将会产生对植物的 毒害作用
• 有机氮的矿化（有机氮水解；氨化） • 硝化（亚硝化；硝化）
土壤氮素的损失
• 反硝化——生物脱氮 • 化学脱氮（亚硝酸分解；氨挥发） • 粘粒对铵的固定 • 生物固定 • 氮素淋洗
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土壤氮素有效化 ——有机氮矿化：
定义：含氮的有机合化物，在多种微生物的作用下
降解为简单的氨态氮的过程。它包括：
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土壤氮素损失 ——化学脱氮过程
主要是一些特殊环境条件下的化学反应，如：
a. 氨态氮挥发
NH4+ + OH- NH3 + H2O 在碱性条件下进行
氮素循环过程对土壤生态系统的影响
氮素循环过程对土壤生态系统的影响氮素是土壤中非常重要的养分元素，能够影响到土壤的特性和植物生长。
但是，过多的氮素也会对土壤生态系统造成影响。
本文将深入探讨氮素循环过程对土壤生态系统的影响。
氮素的来源和循环氮素来自于三个主要来源: 大气固氮、有机氮和硝化作用。
大气固氮是指空气中氮气通过闪电或者生物固氮菌的作用转化为固态氮，这种氮素能够被细菌和植物利用。
有机氮是指植物和动物的有机物质中含有的氮素，这些有机物质在分解后会把氮素释放出来。
硝化作用是指亚硝酸盐和硝酸盐的菌类通过将氮气转化成硝酸盐在土壤中循环。
氮素循环的过程大致可以分为四个部分: 氮气固定、氨化、硝化和脱氮。
在氮气固定阶段，生物固氮作用会将氮气转化为氨氮。
在氨化阶段，氨氮会转化为氨基酸。
硝化作用会将氨基酸转化为亚硝酸盐和硝酸盐。
在脱氮过程中，微生物通过还原亚硝酸盐和硝酸盐而释放出氮气，形成一个封闭的氮素循环。
氮素循环过程对土壤生态系统的影响氮素循环过程中的每一个阶段都会对土壤生态系统产生一定程度的影响。
在氮气固定阶段，生物固氮作用会在空气中固定氮气，这对土壤生态系统的影响相对较小。
在氨化阶段，氨化作用会将有机氮转化为氨氮，这可以提供植物生长所需的氮元素。
但是，过度的氨化作用会导致土壤酸化、土壤贫瘠甚至土壤面积的减少。
这些负面影响可能会导致当地生态系统的不可逆转的变化。
在硝化阶段，硝化作用可以将氨基酸转化为亚硝酸盐和硝酸盐。
硝酸盐是植物所需的主要氮素来源之一，但过多的硝酸盐会导致土壤酸化，破坏土壤结构，甚至导致水体中的营养物过多而引起富营养化，对当地水生态系统产生负面影响。
在脱氮过程中，微生物通过还原亚硝酸盐和硝酸盐而产生氮气。
这导致了部分氮素的流失，但也可以减少土壤中的氮素积累，从而化解氨氮和硝酸盐过多带来的负面影响。
综上所述，氮素循环过程对土壤生态系统的影响相当复杂。
为了保护土壤生态系统，我们需要注意控制过度的氨化、硝化作用和过多的硝酸盐积累。
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。
氮素化肥对生态环境的影响
河北科技师范学院本科毕业论文文献综述氮素化肥对生态环境的影响院（系、部）名称：生命科技学院专业名称：农业资源与环境****：***学生学号：**************：***2011年6月1日河北科技师范学院教务处制摘要：我国是化肥使用大国，近年来每年使用量稳定在4000万吨以上，氮素化肥的大量施用，在大幅度提高作物产量的同时，也造成了严重的环境污染，制约着农产品质量的提高。
本文主要阐述了我国氮素化肥的使用现状及其对生态环境的影响。
关键词：氮素；化肥；现状；环境影响随着农村经济建设的飞速发展，农村的环境问题也日益突出，点源与面源污染并存，生活污染与工业污染叠加，各种污染物相互交织，制约了农村经济的发展，危害了群众的健康。
我国是人口大国，资源相对匮乏，施用化肥是提高农作物产量的重要措施，在我国，化肥对作物增产的作用占30％-40％，所以化肥也是近年来最基础最重要的肥料。
据最近调查显示[1]，我国化肥平均施用量达450kg/hm2，超过发达国家公认的安全上限(225kg/hm2)的1倍，位居世界第一。
许秀成预测[2]，到2030年化肥施用量将达6800万t，其中N肥将达3890万t，与2000年化肥销售情况相比，需增加年供应量N肥1280万t。
我国现阶段氮肥品种主要是碳酸氢铵（简称碳铵）、尿素和氨水，另有少量硫胺、氯化铵等。
其中碳铵占氮肥生产总量的54%，尿素占15%，其他品种只占0.2%[3]。
但是目前，由于氮素肥料的不合理施用，各种营养元素配比不科学，重氮轻磷钾，氮肥需求量占化肥总量接近70%[4]，化肥施用技术比较落后，经验施肥比较比较普遍[5~6]，造成化肥大量流失，其中氮肥的流失量最大，有70％左右进入环境[7,8]。
据统计，目前我国氮肥当季利用率仅为30％-35％，磷肥利用率仅为15％-20％，钾肥利用率也不超过65％[9]。
这不仅造成了巨大的经济损失，还导致农田土壤和大气的污染。
更为严重的是过量的化肥随着降雨、灌溉和农田径流进入水体，严重污染地表水和地下水，对人体健康及生态造成了危害。
[高等教育]第六章 土壤养分
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土壤氮素 土壤磷素 土壤钾素
高等植物所必需的营养元素，除C，H， O主要来自大气之外，其余元素主要靠土 壤供应，包括： 大量元素：N，P，K，Ca，Mg，S 微量元素：Fe，Mn，Cu，Zn，Mo，B 所谓土壤养分，就是指这些主要靠土壤 提供的植物必需营养元素。
土壤养分的存在形态
1、化学沉淀机制
游离磷酸根与Fe2+、Al3+、Ca2+等离子及 其氧化物和氢氧化物形成磷酸铁、铝、 钙等沉淀的过程。 如： Fe3+ + H2PO4- + 2H2O=2H+ +Fe(OH)2H2PO4
2、表面反应机制
在酸性条件下，H2PO4-与土壤固相表面 的OH发生配位体交换反应而被吸附。但 与这种方式而被吸附的磷酸根在碱性条 件下仍然是有效的。
5、酸度
在中性或微酸性的土壤中，有机N的矿化 最强。 酸性土壤施用石灰，能明显增加有机N的 矿化。
6、施肥
施用化肥会促进有机质的分解，有利于 有机N的释放，还能提高土壤N的利用率。 施用新鲜有机肥料，会促进难分解有机N 的矿化。
第二节、土壤磷素
一、形态与含量 （一）形态 1、有机磷 2、无机磷
2、硝酸盐淋失
NO3-易溶于水，又难以被土壤胶体吸附， 所以容易随渗漏水淋失 这是土壤氮素引起地下水硝酸盐污染的 主要途径。
3、氨的挥发
土壤中的NH3，NH4+与土壤中的碱性物 质作用形成的NH3的挥发； 挥发性铵肥（氨水、碳酸氢铵等）自身 分解产生NH3挥发；
质地粘重、腐植质含量高、含水量高、 石灰和碱性物质含量少的土壤，氨的挥 发少。
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）
-土壤中氮素的测定
• 氧化剂：HCIO4-H2SO4， H2O2-H2SO4 消煮样品，
可同时测定N、P、K等多种元素，倍受关注。 • H2SO4：具有较强的氧化力，其沸点338℃
此温度不能彻底分解有机质，所
以需要增温
关于开氏法
用硫酸消煮样品测定氮素含量的方法均叫开 氏法.
标准的开氏法 常量法: 称 1.0～10.0 g 土壤样品,加混合加速 剂 K2SO410g, CuSO4 1.0 g, Se 0.1 g 加浓硫酸 30 ml, 消煮 5 h 半微量法: 称 0.1～1.0 g 土壤样品
C=CB*VB/VH
保留四位小数
五、土壤碱解氮的测定
一、测定方法
土壤速效氮亦称土壤有效氮，指当季作 物能吸收利用的土壤氮素量。它包括土壤溶
液中的NO3-、NH4+、胶体上吸附的NH4+和易
为土壤微生物分解的有机氮。
土壤速效氮的测定方法可分为两大类：
生物方法和化学方法。生物测定法采用生
物培养的方法测定，手续繁琐，需要较长
2、测定步骤 ① 样品的消煮 ： 0.5000 g → 消化管 → 加 水湿润 → 加 5 ml 浓硫酸 → 加 2 g 催化剂 → 400 ℃消化炉上消化 → 颜色成灰白色到 淡蓝色 → 后煮 1 h → 取下冷却 → 无损转 移到 100 ml 容量瓶 → H2O 定容 → 摇匀 → 待测（N、P、K等）
4、结果计算及应用
碱解氮(mg/kg) = C×V×14×1000/m = 7000CV
C：标准H2SO4溶液浓度(mol/L)； V：H2SO4体积(ml)； 14：氮原子的摩尔质量； m：土壤风干重 1000：g换算为kg 土壤供氮量(kg/hm2) = 2.25×碱解氮含量 土壤供氮量(kg/667m2) = 0.15×碱解氮含量
高教版土壤肥料第三章第二节氮肥的性质及施用
3、施用 （1）可做基肥和追肥，但不宜做种肥和秧田追 肥。 （2）适宜施在酸性和石灰性土壤上，不宜施在 排水不良的低洼地、盐碱地和干旱土壤。 （3）忌氯植物不能施用氯化铵，以免降低产品 品质；缺氯土壤和喜氯植物，适当增加氯化铵 可以提高产量和品质。
（四）硝酸铵
硝酸铵简称硝铵，含氮量33%-34%，是目前我国 大量生产的一种高效氮肥。 1、性质 硝酸铵为白色晶体，含杂质时为淡黄色，其中铵 态氮和硝态氮各半，兼有两种形态氮素的特性。 硝酸铵具有易吸湿结块的性质，当空气湿度大时， 吸湿后会变成糊状直至溶解成液体，给运输、贮藏和 施用带来不便。 硝酸铵具有易燃性，在高温下分解，体积骤增， 可发生爆炸。存放时应在冷凉干燥处存放。
（三）酰胺态氮肥
凡是含有酰胺基（-CONH2）或在分解过 程中产生酰胺基的氮肥，均属酰胺态氮肥。包 括尿素和石灰氮等，农业生产中常用的是尿素。 其特点是植物不能直接吸收利用，必须转 化为铵态氮或硝态氮后才能吸收利用，肥效较 铵态氮肥慢。
常用氮肥的性质和施用
（一）碳酸氢铵 俗称碳铵，含氮量16.8﹪-17.5﹪。 1、性质 白色粉末状结晶，易溶于水，水溶液呈碱 性，pH8.2-8.4。化学性质不稳定，常温下能 进行自行分解，但分解较慢。温度升高，湿度 较大时，分解挥发明显加快，并有刺鼻的氨臭 味。
（五）硝酸钙
硝酸钙含氮量13%-15%，含氮量较低，为 钙质肥料，有改良土壤结构的作用。 硝酸钙吸湿性很强，易结块；施入土壤后 移动性强，为生理碱性肥料。 硝酸钙适宜施用于各类土壤和各种作物。 不宜做种肥，适宜做追肥。由于硝酸钙易随水 淋失，不适宜在水田施用。
（六）尿素
• 尿素CO（NH2）2含氮量46%，是目前我国常用的固 体氮肥种含氮量最高的化学肥料。 • 性质： • 尿素为白色晶体，一般吸湿性不大。目前生产上应用 的颗粒状尿素都是为降低吸湿性，外包一层石蜡等疏 水物质。 • 尿素中含有缩二脲，对作物有毒害作用，尿素产品中， 缩二脲不能超过1%，根外追肥中，不能超过0.5% • 尿素易溶于水，水溶液呈中性反应
氮素在植物中的利用综述
氮素在植物中的利用综述
氮素是植物生长发育过程中必不可少的营养元素之一，它参与了蛋白质、核酸、酶等重要物质的合成，是植物生长发育的关键因素。
在自然界中，氮素以硝酸盐和铵盐的形式存在于土壤中，植物通过根吸收的方式获取土壤中的氮素。
氮素对植物的影响主要体现在以下几个方面：
1. 促进植物生长：氮素是植物体内最大的元素之一，参与了蛋白质、核酸等生物大分子的合成，是维持植物正常生长发育的重要组成部分。
缺乏氮素会导致植物生长缓慢、体型矮小、叶片黄化等表现。
2. 提高植物的抗逆能力：氮素可以增强植物的抗病虫害、抗胁迫能力，提高植物的适应性。
适量的氮素供应可以增加植物体内抗氧化酶、保护酶的活性，提高植物对逆境的抵抗力。
3. 促进植物的开花结果：氮素是植物体内调节花芽分化和开花的重要因子。
适量的氮素供应可以促进花芽分化，提高植物的开花率和果实的质量。
在农业生产中，氮素的供应对提高作物产量和品质至关重要。
过量施氮易导致农田环境污染和氮素的浪费，而缺乏氮素则会限制作物的生长和产量。
为了合理利用氮素，减少氮素的浪费和环境污染，农业生产中广泛采用了一系列氮素管理措施，包括合理施肥、控制氮素损失等。
调整施氮量的时间和方式，采用分蓄封闭灌溉、覆膜等措施，可以减少氮素的挥发和淋失，提高氮素利用率，降低对环境的污染。
还可以通过通过调整土壤中的微生物群落结构，促进土壤中硝化还原过程的平衡，提高氮素的有效利用率。
对氮素的合理利用和高效供应，对于促进植物生长发育，提高农作物产量和品质，减少环境污染，具有重要的意义。
研究氮素在植物中的利用机制，对于优化氮素管理策略，提高农业生产效益具有重要的指导意义。
氮素在植物中的利用综述
氮素在植物中的利用综述氮素是植物生长发育的重要营养元素之一，它在植物体内起着至关重要的作用。
氮素的供应与利用对植物的生长发育、产量和品质都具有重要影响。
本文将对氮素在植物中的利用进行综述，探讨氮素在植物生长发育中的作用和利用机制。
氮素在植物中的作用氮素是植物体内含量最丰富的元素之一，它参与了植物体内多种生物化学反应，在植物生长过程中起着重要的作用。
氮素是植物体内蛋白质、核酸、叶绿素、激素等物质的构成元素，它是植物生长发育的重要能源和建筑材料，对提高作物产量和改善作物品质具有重要作用。
在植物中，氮素主要以硝态氮（NO3-）和铵态氮（NH4+）的形式存在，植物通过根系吸收土壤中的氮素，并在体内转运、分配和利用。
植物通过根系吸收土壤中的氮素，氮素的吸收对于植物的生长发育至关重要。
氮素的吸收主要通过植物的根系完成，根系对土壤中的氮素进行选择性吸收并转运至植物体内。
在土壤中，氮素以无机形态存在，氮素的吸收取决于土壤中氮素的浓度和根际环境的条件。
一般来说，对硝态氮的吸收速度要高于铵态氮。
植物根系对硝态氮和铵态氮有不同的吸收机制，硝态氮主要通过硝酸盐同化途径被吸收，而铵态氮主要通过铵态离子通道被吸收。
植物在吸收土壤中的氮素的过程中，还需要与根际微生物相互作用，通过与固氮菌共生或者利用根际微生物的代谢产物来增进氮素的吸收。
氮素缺乏对植物生长的影响氮素是植物生长发育的重要营养元素，氮素的供应和利用对植物的生长发育具有重要影响。
在氮素缺乏的条件下，植物生长发育受到限制，影响了植物的产量和品质。
氮素缺乏对植物的生长发育产生了一系列的不利影响，主要表现在植物的叶片变黄、生长缓慢、产量降低等方面。
这些影响大大地限制了植物的生长发育和产量的提高，因此保证植物对氮素的充分利用对于提高产量和改善品质具有重要意义。
氮素利用的优化措施为了提高植物对氮素的利用效率，需要采取一系列的优化措施。
首先要合理施肥，避免氮素的过量施用或不足施用，合理施肥有助于提高植物对氮素的利用效率。
氮肥施用对土壤环境与作物品质影响分析
氮肥施用对土壤环境与作物品质影响分析氮肥是农业生产中常用的一种化肥，通过提供植物所需的氮元素，促进植物生长和增加农作物产量。
然而，过量使用氮肥不仅会对土壤环境产生一系列负面影响，还可能对农作物的品质造成一定的影响。
本文将从土壤环境和作物品质两个方面分析氮肥施用对其的影响。
首先，氮肥施用对土壤环境产生的影响是不可忽视的。
过量的氮肥施用会导致氮素积累在土壤中，引发土壤酸化、养分失衡等问题。
一方面，高浓度的氮元素会破坏土壤的生态平衡，抑制土壤中有益微生物的生长，降低土壤有机质的含量，造成土壤贫瘠化。
另一方面，氮肥的过量施用会导致土壤中重金属的积累，从而引起土壤污染的问题，对生态环境造成潜在的风险。
因此，合理使用氮肥、科学施肥对土壤环境的保护和可持续农业发展至关重要。
除了对土壤环境的影响外，氮肥的使用也会对作物的品质产生一定的影响。
适量的氮肥施用可以促进植物生长，提高作物产量。
然而，过量的氮肥会导致作物吸收过多的氮元素，使其生长过于繁茂，影响果实的品质。
例如，蔬菜种植中，过量的氮肥施用会导致蔬菜中硝酸盐含量升高，对人体健康构成一定的威胁。
此外，在水稻、小麦等谷物作物中，过量的氮肥施用会导致蛋白质积累过度，使谷物的口感变差，影响营养价值。
因此，在氮肥的施用上，需要根据不同作物的需要进行合理的施肥，以保证作物品质的提高。
为了减少氮肥施用对土壤环境和作物品质的负面影响，可以采取以下措施。
首先，合理调整氮肥的施用量。
科学测定土壤中的氮素含量，根据实际情况确定合适的氮肥施用量，避免过量施肥造成的问题。
其次，采用优质有机肥料替代部分化学氮肥。
有机肥料不仅可以提供氮元素，还能改善土壤结构，增加土壤保水性，减少土壤侵蚀，对土壤环境有较好的保护作用。
此外，可以采用生物技术手段，通过微生物菌群的优化和调控，提高土壤中有益微生物的数量和活性，促进氮肥的有效利用率，减少氮肥的流失和排放。
另外，农民在施用氮肥时也需注意正确的施肥技术。
B732-土壤肥料学-第四章 土壤的肥力要素-土壤养分
其中第一条最重要。但要通过实验来证明这几点往往很困 难。除了C、H、O三元素外，还有九种元素对所有的植物 都是必需的：N、P、K、Mg、S、Fe、Mo、Zn、Cu
Mo对全部高等植物及大部分微生物是必需的；
Na和Co对藻类、细菌与高等植物是必需的；
水分：50~60%
温度：35℃ ＜ 2℃ STOP!
养分：Cu，Mo等促进硝化作用的进行。缺钙，不利。
（2）硝化作用
硝化微生物
2NO2- + O2
2NO3- + 40千卡
以(Nitrobacter为主)
条件：硝化细菌（以Nitrobacter为主）其它同亚硝化 作用
在通气良好的条件下，硝化作用的速率＞亚硝化 作用＞铵化作用，因此，在正常土壤中，很少有亚硝 态氮和铵态氮及氨的积累。
4）有硝态氮存在
5）pH 7 - 8.2 pH < 5.2 - 5.8 或 pH > 8.2 - 9时，反硝化 作用减弱。
(2)化学脱氮过程
主要是指在一些特殊的情况下，如强酸反应，温度较 高和水分含量很低等，亚硝酸协与一些其他化合物（包 括有机化合物）进行化学反应而生成分子态氮或氧化亚 氮的过程
A . 亚硝酸分解反应
所谓土壤养分，就是指这些主要靠土壤 提供的植物必需营养元素。
三、土壤养分的形态及有效性
• 水溶态：溶解于土壤溶液中的养分，有效性很高， 很容易被作物吸收。
• 交换态：被吸附于土壤胶体上的养分离子，有效 性高。
• 缓效态：存在于某些矿物中，如固定于矿物中的 K，有效性较低。
• 难溶态：存在于土壤矿物中的养分，难溶解，难 被利用，基本无效。
三、土壤钾的转化
土壤氮素与氮肥PPT演示课件
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田间水稻缺氮
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生长矮小，根系细长，分枝（蘖）减少。
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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
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（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
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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
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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
土壤养分介绍
三、影响土壤有效N的因素
有机质含量和全氮含量 质地 温度 湿度 酸度 施肥
1、有机质含量和全氮含量 2、质地 3、温度 4、湿度 5、酸度 6、施肥
1、有机质含量与全氮量
有机N是土壤全N的主要来源，有效N随土壤全N和有 机质含量的升高而升高；
2、质地
粘质土壤有机质含量高，但有机质的分解较慢，所 产生的有效N也较少。 砂质土壤有机含量较低，但有机质的分解较快，所 产生的有效N较多。
1、化学沉淀机制
游离磷酸根与Fe2+、Al3+、Ca2+等离子及其氧化物和氢氧 化物形成磷酸铁、铝、钙等沉淀的过程。 如： Fe3+ + H2PO4- + 2H2O=2H+ +Fe(OH)2H2PO4
2、表面反应机制
在酸性条件下，H2PO4-与土壤固相表面的OH发生配 位体交换反应而被吸附。但与这种方式而被吸附的 磷酸根在碱性条件下仍然是有效的。
无机态N
一般只占土壤全N的1-2%，最多不超过5-8%。 主要是NH4+，NO3-，可以直接被作物吸收利用
（二）含量
土壤全N量与土壤有机质有显著的相关性，全N一般 占有机质含量的5%左右。 除少数土壤外，我国大部分土壤全N含量大都在0.2% 以下。
二、土壤氮素的转化
三种主要转化过程： --有机N的矿化作用； --脱N作用； --氮素的固定作用。
（一）土壤有机N的矿化作用
包括氨基化、氨化和硝化等三个步骤。以蛋白质为 例： （1）氨基化作用：蛋白质水解成为肽，最后变为氨基 酸的过程。 （2）氨化作用：氨基酸进一步分解成为NH3的过程。 （3）硝化作用：氨在亚硝酸细菌和硝酸细菌的作用下， 氧化成为硝酸的过程。
71土壤的氮素营养
1、有机态N的矿化 有机态N的矿化大体上可分为两个阶段
（1）氨基化阶段（氨基化作用） 复杂的含N有机化合物（蛋白质、核酸、氨基糖及其
多聚体等）在微生物酶的作用下，逐化分解成简单的氨基 化合物
蛋 白 质R C H N H 2 C O O H + C O 2+ 中 间 产 物 + 能 量
尿素：CO(NH2)2 1、理化性质
（1）白色结晶，易溶于水
（2）干燥时具有良好的物理性状，但在高温、高湿 条件下易潮解
（3）尿素本身不含缩二脲，但在生产过程中会产生缩 二脲
2、尿素施入土壤中的转化
CO(NH2)2在土壤中脲酶的作用下水解转化为 (NH4)2CO3
在一般用量条件下尿素对土壤酸碱反应影响不大
三、硝化作用 土壤中的铵或氨，在有氧的条件下，经亚硝化细菌和
硝化细菌的作用氧化为硝酸盐的过程称硝化作用。
影响硝化作用的条件 ： 1、土壤通气 一般在田间持水量的50-60%时，硝化作用最旺盛。
2、土壤反应 土壤pH与硝化作用具有很好的相关性
3、土壤温度 一般来讲硝化作用最适宜的土温20-25℃ 4、施肥 5、根系 四、反硝化作用 指硝酸盐、亚硝酸盐被还原为气态氮的过程。
1、除C H O外，N是作物体内含量较多的元素，在作 物体内的总含量为0.3％－5％。
2、不同的植物含N量不同。含N量最多的是豆科作物 和豆科绿肥作物。
3、不同器官含N量不同：对同一作物来讲，幼嫩器官 及种子含量高；叶子高于茎、杆、根。
4、生长时期不同，N在植物体内的分布不同。
7.2.2 氮的生理功能
二、土壤N素的形态
土壤中氮、硫、磷的循环与环境质量
土壤氮素循环对环境的影响
1.土壤中氮的损失 无机氮肥的损失：氨挥发、硝化-反硝化、淋洗、
径流、侧渗以及通过作物地上部直接损失。 有机氮损失：主要取决与本身的化学性质和C/N比
3．游离态氮（N2）
氮循环主要过程
土壤中氮的转化过程
1．有机态氮的矿化过程
（1）水解过程
水解 水解
蛋白质 多肽 氨基酸、酰胺等
朊酶
肽酶
条件：① 真菌、细菌、放线菌等；
②在通气良好； ③ 温度较高；
④ 水分60~70%； ⑤ pH值适中；
⑥ C/N比适当
（2）氨化过程
氨化微生物
RCHNH2COOH + O2
RCH2COOH + NH3 + E
酶
条件：
① 真菌、细菌、放线菌等；
② 在通气良好； ③对低温特别敏感；
④ 水分60~70%； ⑤ pH值要求在4.8~5.2
⑥C/N比适当。
2．氨的硝化过程
氨、胺、酰胺 （1）亚硝化作用
硝态氮化合物
亚硝化微生物
2HN4 + 3O2
2NO2- + 2H2O + 4H+ + 158千卡
•土壤有机质含量
土壤氮素和土壤有机质二者呈正相关关系。土壤氮素的 含量大致占土壤有 机质含量的5%左右。
•质地
质地 砂性土 壤性土 粘性土
N% 低
高
•地形及地势
土壤氮素的存在形态
1．有机态氮 （1）可溶性有机氮 < 5%，主要为： 游离氨基酸、胺盐
（速 效 氮）及酰胺类化合物 （2）水解性有机氮50~70%，用酸碱或酶处理而得。包
《土壤氮素与环境》课件
土壤氮素的作用
土壤氮素是植物生长和发育的重要营养元素之一，对提高作物产量和品质具有重要作用。
土壤中的氮素可以促进植物的光合作用、蛋白质合成和其他生理生化过程，从而影响植物的生长和发 育。同时，土壤中的氮素也可以影响土壤微生物的活性、种群结构和功能，进而影响整个生态系统的 健康和稳定性。
02
土壤氮素循环
铵的转化
铵在土壤中的吸附、解吸、移动等过程。
土壤氮素的流失
径流流失
雨水或灌溉水携带土壤中的氮素通过地表径 流流失。
淋溶流失
土壤中的氮素通过渗滤作用进入地下水或河 流。
气态流失
土壤中的氮素以氨气、氮氧化物等形式挥发 到大气中。
03
土壤氮素与植物生长
土壤氮素对植物生长的影响
土壤氮素是植物生长的重要营养元素之一，对植物的生长、发育和产量具 有显著影响。
05
土壤氮素的管理与保护
提高土壤氮素利用效率的措施
合理施肥
根据作物需求和土壤养分状况，制定科学的施肥 计划，平衡氮、磷、钾等营养元素的施用。
推广缓控释肥料
缓控释肥料能够根据作物需求释放养分，提高养 分利用率，减少养分流失。
优化灌溉方式
合理安排灌溉时间和水量，避免过度灌溉导致养 分淋失。
控制土壤氮素流失的措施
土壤氮素的固定
固氮作用
大气中的游离态氮被微生物或植物吸收，转化为有机 氮的过程。
生物固氮
通过豆科植物、蓝绿藻等生物活动将氮气转化为氨的 过程。
非生物固氮
通过闪电、火山活动等自然现象将氮气转化为氨的过 程。
土壤氮素的转化
硝化作用
在土壤微生物的作用下，氨转化为硝酸盐的过 程。
反硝化作用
在缺氧条件下，硝酸盐被还原为氮气，释放到 大气中的过程。
氮素在植物中的利用综述
氮素在植物中的利用综述氮素（N）是植物生长发育的必需元素之一，是构成生物体内核酸、蛋白质和其他重要分子的重要组成部分。
植物获得氮素的途径主要有两种，土壤中可利用氮和难利用氮的转化成可利用氮。
土壤中可利用氮包括氨态氮和硝态氮，氮的亚麻酸还原和硝化是两个基本反应。
细菌通过对土壤中有机氮的氨化和硝化过程，转化成可利用氮的形式，利用菌与根际微生物群体的共生关系可帮助植物吸收可利用的氮。
同时，土壤中还存在其他形式的氮化合物，如硝酸胺、硝酸等，但其利用率相对较低。
氮素在植物体内的利用主要包括以下几个方面：1. 氮素的吸收：植物根系通过根毛吸收土壤中的氮元素。
土壤中可利用的氮元素和植物根毛表面的活性物质相互作用，形成复合物进入植物体内。
2. 氮素的转运：植物根系吸收后的氮元素需要通过植物体内的转运系统转移到整个植物体内的不同部位，在植物体内不断分配。
3. 氮素的利用：氮素进入植物体内后，首先用于构建各种生物大分子，如蛋白质、核酸、糖类等，从而参与正常的生长发育过程。
4. 氮素的代谢：植物利用氮素通过代谢活动产生能量，并合成维生素、激素等生物活性物质，帮助植物维持正常生长发育。
5. 氮素的调节：植物体内的氮素和其他元素之间存在一定的互补关系和竞争关系，氮素含量的多少会影响到植物其他元素的吸收和利用。
植物合理利用氮素对提高作物产量和品质并减少肥料浪费具有明显好处。
合理施用氮肥可以显著提高作物产量和品质，但过量施用氮肥则容易产生农业环境问题，如水体、土壤和大气的氮污染。
一些英文文章认为，施肥效果与施肥时间、氮素肥料类型、土壤、气候等因素有关，需要根据实际情况进行调节。
总之，氮素是植物生长发育的必要元素之一，但其利用率事关农业和生态环境的可持续发展。
因此，我们需要严格控制氮肥的使用量和施肥时间，在增加作物产量的同时减少氮肥造成的环境污染。
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。
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b. 亚硝酸分解反应
3HNO2 HNO3 + 2NO + H2O 条件：酸性愈强，分解愈快。
2021/2/16
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土壤氮素损失 ——其他损失途径
• 粘粒矿物对铵的固定
北方的土壤中，能固铵的粘粒矿物较多，但其土壤中铵极少，而 南方水田的铵态较多，而能固定铵的粘土矿物不多。因此，铵的 粘土矿物固定在我国的意义不大。
的呼吸器官；在农田则对农作物产生危害
➢ 大气中N2O正以0.25%的年增长率上升，其中，热带和 农业土壤被认为是全球重要的N2O释放源，贡献率达 70%~90%。在美国，来自农田的N2O大约有405kt1011kt。
➢ 近20年来，农业生产的N2O的释放及其影响因素的研 究成为氮素生物化学循环研究的新热点。
N2O
- H20
厌氧 微生物
HN03
厌氧微生物 +4H+ - 2H2O
2HNO2
+4H+ -2H2O
H2N2O2
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反硝化作用：硝酸盐等较复杂含氮化合物 转化为N2、NO、N2O
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土壤氮素损失 ——化学脱氮过程
主要是一些特殊环境条件下的化学反应，如：
a. 氨态氮挥发
在土壤中主要以游离态存速在效。氮：土壤溶液中的铵、
•
亚硝态氮(NO2-
—
N)：主交要换在性嫌铵气和性硝条态件氮下因才能有直可接能存在， 被植物根系所吸收，常被称
而且数量也极少。在土壤为里速主效要态以氮游。离态存在。
• 其他，氨态氮、氮气及气态氮氧化合物。
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几个概念
全氮：土壤中氮素的总量。
➢ 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）水体中营养盐均 远超过氮磷富营养化发生浓度，尤其总氮浓度高达10倍以上。 我国几乎所有的江湖河海和局部的地下水都不同程度遭到了 氮和其化合物的污染 。
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施用氮肥的大气污染
➢ 氮肥施入土壤后，部分会以气态形式损失掉，如NH3、 NO、N2和N2O等。在近地面的环境中，NOx在阳光下 与氧气反应，形成臭氧，组成化学烟雾，刺激人、畜
主要可能是杂环态氮、缩胺类 。
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6
无机态氮
数量少、变化大，表土中占全氮 1~2% ，最多不超过5~8%。
• 铵态氮(NH4+ — N)：可被土壤胶体吸附，一般不易流失， 但在旱田中，铵态氮很少，在水田中较多。
在土壤里有三种存在方式：游离态、交换态、固定态。
• 硝态氮(NO3- — N) ：移动性大；通气不良时易反硝化损失；
➢ 氮损失量增加与氮肥利用率有很大关系，氮肥利用率 低可能是氮肥损失原因，也可能是氮肥损失的结果。 20世纪60年代氮肥利用率为0.6，70至80年代为0.5~0.4， 90年代则进一步下降为0.35~0.32
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施用氮肥对土壤健康质量的影响
➢ 对于氮肥来说，最易引起土壤变化的性质就是pH。连续施 用氮肥会导致土壤pH降低，在酸性土壤上问题尤为明显。
第三章 土壤中碳、氮、硫、磷 与环境质量
第二节 土壤氮素与环境质量
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1
主要内容
1. 土壤中氮素的含量及其来源 2. 土壤中氮素的形态 3. 土壤中氮素转化过程 4. 土壤氮素管理与环境质量
2021/2/162Βιβλιοθήκη 1. 土壤氮素的含量及其来源
含量：
一般土壤含量范围：0.02%~0.50% 我国耕地含量：0.04%~0.35% 表层高，心、底土低
➢ 土壤中氮可以通过一系列化学反应和物理过程以各种 形态进入大气和水体，对局部乃至全球环境产生种种 负面影响。围绕施用氮肥产生的效益与弊端的讨论一 直是土壤、肥料、地球物质循环、农产品品质、环境 科学等多个研究领域密切关注的问题。
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4
2. 土壤中氮素的形态
有机态氮
• 可溶性有机氮 < 5%； • 水解性有机氮50~70%； • 非水解性有机氮30~50%。
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土壤氮素有效化 ——有机氮矿化：
定义：含氮的有机合化物，在多种微生物的作用下
降解为简单的氨态氮的过程。它包括：
a. 水解：
水解
蛋白质 朊酶
水解
多肽 肽酶
氨基酸
b. 氨化：
氨化微生物
RCHNH2COOH + O2 酶
RCH2COOH + NH3 + 能量
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土壤氮素有效化 ——硝化过程：
有效氮：能被当季作物利用的
氮素，包括无机氮(<2％)和易分 解的有机氮
碱解氮：测得的有效氮。
速效氮：土壤溶液中的铵、交
换性铵和硝态氮因能直接被植物 根系所吸收，常被称为速效态氮。
速
有
全
效 氮
效
氮
氮
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中国不同地区耕层土壤的全氮含量
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9
3. 土壤中氮素的转化
有 机 矿化作用 态 生物固定 氮
• 生物固定
• 氮素的淋洗
硅铝片
NH4+ 硅铝片
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淋 洗
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4. 土壤氮素管理与环境质量
现状：氮肥生产效率趋于下降，农业环境污染则趋于加重 任务：保障粮食安全和农产品供应，减少农业环境污染环境 目标：降低农田中化肥氮损失、提高氮肥利用率 途径：
– 适宜施氮量，避免盲目过量施氮 – 氮肥深施、早作上表施氮肥(特别是尿素）立即适量灌水、前氮后
定义：将土壤中的氨、胺、酰胺等微生物的作用下氧化
为硝酸的生物化学过程。
第一步：亚硝化作用
2HN4+ + 3O2 亚硝化微生物 2NO2- + 2H2O + 4H+ + 158千卡
速率：硝化作用＞亚硝化作用＞铵化作用。
第二步：硝化作用因此，正常土壤中，很少有亚硝态氮和铵态
氮及氨的积累。
硝化微生物
2NO2- + O2
来源：
A 生物固氮：包括自生固氮 、共生固氮和联合固氮； B 降水：1.5-10.5 kg/hm2.a； C 灌水； D 施肥；有机肥、无机化肥
目前肥料是农田土壤氮肥的主要来源。
2021/2/16
3
➢ 氮素是土壤中活跃营养元素，作物需求量大。和植物 需求相比，全世界大部分土壤缺氮，氮肥的应用有力 地促进农业生产的发展，开创了农业历史的新纪元。
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施用氮肥对作物品质和人体健康影响
➢ 高剂量施用化肥势必造成土壤特性的迅速变化。
➢ 土壤特性的变化势必引起作物品质的变化。高剂 量施用单一化肥，将引起土壤中各种元素的比例 失调，最后导致作物产生新的生化过程
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移 – 使用改性氮肥，延长肥效 – 利用作物与微生物共生固氮
……
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施用氮肥对环境质量的影响
➢ 据估计，我国农业中氮损失正以惊人速度增加，如 1969-1973年农业中氮（化肥和有机肥）年损失500万 吨，其中化肥为200万吨，是同期化肥氮用量69%；
➢ 1994-1998年，氮年损失2300万吨，其中化肥氮为1900 万吨，为同期化肥氮的84%。
➢ 酸 性 土 壤 交 换 性 钙 含 量 低 ， 每 加 入 100kg 硫 酸 铵 就 需 要 110kg的碳酸钙去中和由于氮肥所产生的酸度。如果不施加 石灰校正土壤酸度，锰和铝的过量释放将会产生对植物的 毒害作用
2021/2/16
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施用氮肥的水体污染
➢ 施用化肥对水体环境影响多方面，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。从土壤学角度看，这两个浓度很易达到。
NH3
N2、NO、N2O
挥发损失
反硝化作用
硝化作用
铵态氮
硝态氮
硝酸还原作用
吸附固定
淋洗损失
有
生 物
机
固态 定氮
吸附态铵或 固定态铵
水体中的 硝态氮
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土壤氮素的有效化
• 有机氮的矿化（有机氮水解；氨化） • 硝化（亚硝化；硝化）
土壤氮素的损失
• 反硝化——生物脱氮 • 化学脱氮（亚硝酸分解；氨挥发） • 粘粒对铵的固定 • 生物固定 • 氮素淋洗
无机态氮
• 铵态氮(NH4+)； • 硝态氮(NO3-)； • 亚硝态氮(NO2-)。
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有机态氮
占全氮的绝大部分，95%以上。 • 可溶性有机氮 < 5%，
主要为： 游离氨基酸、胺盐及酰胺类化合物； • 水解性有机氮50~70%，用酸碱或酶处理而得。
包括：蛋白质及肽类、核蛋白类、氨基糖类； • 非水解性有机氮30~50%，
2NO3- + 40千卡
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硝化作用：NH4+或NH3经NO2-氧化为NO3-
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土壤氮素损失 ——反硝化（生物脱氮过程）
过程： NO3-
硝酸盐 还原酶
NO2-
硝酸盐 还原酶
氧化氮
氧化亚氮
NO
还原酶
N20
还原酶
N2
N2