土壤中氮、硫、磷的循环与环境质量
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NO2-可使小麦、玉米烧种、烂芽、烂根以及幼苗死亡
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
以(Nitrosonas为主)
条件：亚硝化细菌（专性自养型微生物）
通气：良好 O2< 5% pH 5.5 - 10 (7-9), < 4.5
水分：50~60%
温度：35℃ ＜ 2℃
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
NH4+为正吸附，而保持于土壤中；对NO3-为负吸附（排 斥作用），易被淋失。
土壤氮素的调控
1.维持土壤氮素平衡 土壤氮以有机态氮为主，土壤有机质平衡是氮素
平衡的基础。 （1）有机肥与无机氮肥（化肥）配合施用。
（2）应用“激发效应”调节土壤有机质和氮素平衡
有机质丰富的土壤，施用绿肥等新鲜有机肥产生正激 发效应，促进土壤原来有机氮的矿化和更新。
和积累条件： （1）Eh NH4+→NO2-（亚硝化过程） E0＝0.345V NO2-→NO3- （硝化过程） E0＝0.421V （2）pH 硝化细菌比亚硝化细菌对pH反应敏感。 NO2-易在pH＞7.3的碱性环境积累。
（3）游离NH4+的影响 氨对硝化细菌的抑制作用大于对亚硝化细菌，大量施
用铵态氮肥（特别是NH4HCO3），易造成NO2-积累。 旱育秧NO2-可使水稻幼苗出现青枯病 当NO2-＞5mg/kg时，青枯开始出现 ＞15mg/kg时，青枯很快出现。
岩石
江海
沉淀作用
土壤氮素循环与环境质量
氮素
重要生命元素，在农业生产中为“肥料三要素”之 首。
土壤中氮的含量
1．土壤氮的含量
我国耕地土壤含氮一般在0.02%~0.2%之间；高于 0.2%的很少，大部分低于0.1%。而华北、西北大部分 地区土壤耕层发含氮量不足0.1%；南方土壤的含氮量介 于二者之间。
土壤中氮、硫、磷的循环 与环境质量
土壤养分循环
指来自土壤的元素通常可以反复的再循环和利用,典型 的再循环过程。包括
①生物从土壤中吸收养分； ②生物的残体归还土壤； ③在土壤微生物的作用下，分解生物残体，释放养分； ④养分再次被生物吸收。
微生物 分解
有机体
绿色植物 合成
养料元素土壤体
风化 作用
淋溶 作用
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。
3.反硝化作用
NO3-→NO2-→NO→N2O→N2 反硝化的临界Eh约为334mv，最适pH为7.0～8.2，pH小于 5.2～5.8的酸性土壤，或高于8.2～9.0的碱性土壤，反硝化作 用显著下降。
括：蛋白质及肽类、核蛋白类、氨基糖类 （3）非水解性有机氮30~50%，主要可能是杂环态氮、
缩胺类
2．无机态氮
（1）铵态氮(NH4) 在土壤里有三种存在方式：游离态、 交换态、固定态。
（2）硝态氮（NO3-N）在土壤主要以游离态存在。 （3）亚硝态氮（NO2-N）主要在嫌气性条件下才有可能 存在，而且数量也极少。在土壤里主要以游离态存在。
2．土壤氮素的来源 • 根瘤菌或其他微生物的固氮作用 • 大气放电 • 工业合成
对于农田来说，土壤氮素的来源主要包括：
（1）固氮作用；自生固氮 、共生固氮和联合固氮 （2）降水； （3）灌水； （4）施肥；① 有机肥；② 无机化肥；它们是土壤 氮肥的主要来源。
3.影响土壤氮素含量的因素
•植被与气候 草本植物 ＞ 木本植物 水、热条件引起有机质的分解与合成
有机质缺乏的土壤和氮的积累。
2.防止土壤氮的损失
“南铵北硝”。水田土壤不施硝态化肥和避免频繁 的干湿交替。氮肥深施（水田和旱地）。碱性土碳 铵少施，防止氨的挥发损失。应用氮肥增效剂（硝 化作用抑制剂）。
3.避免有害物质—NO2-的积累 亚硝酸盐是人的致癌物质和植物的有害物质。其产生
（2）氨态氮的挥发 在碱性条件下， NH4+ + OH- NH3 + H2O
5.粘粒矿物对铵的固定 黏粒矿物晶格层间的阳离子被NH4+取代
影响因素： ①土壤黏粒矿物类型 ②土壤质地 ③土壤中钾的状态 ④铵的浓度 ⑤水分条件 ⑥土壤pH
6.生物固定 将无机氮转变成机体中的有机氮
7.硝酸盐的淋洗 NH4+、NO3-易溶于水，带负电荷的土壤胶体表面对
反硝化作用的条件是
1）具反硝化能力的细菌； 2）合适的电子供体; 3）厌氧条件，与田间持水量大小密切相关； 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。
4．化学脱氮过程
（1）亚硝酸分解反应 3HNO2 HNO3 + 2NO + H2O
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
以(Nitrosonas为主)
条件：亚硝化细菌（专性自养型微生物）
通气：良好 O2< 5% pH 5.5 - 10 (7-9), < 4.5
水分：50~60%
温度：35℃ ＜ 2℃
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
NH4+为正吸附，而保持于土壤中；对NO3-为负吸附（排 斥作用），易被淋失。
土壤氮素的调控
1.维持土壤氮素平衡 土壤氮以有机态氮为主，土壤有机质平衡是氮素
平衡的基础。 （1）有机肥与无机氮肥（化肥）配合施用。
（2）应用“激发效应”调节土壤有机质和氮素平衡
有机质丰富的土壤，施用绿肥等新鲜有机肥产生正激 发效应，促进土壤原来有机氮的矿化和更新。
和积累条件： （1）Eh NH4+→NO2-（亚硝化过程） E0＝0.345V NO2-→NO3- （硝化过程） E0＝0.421V （2）pH 硝化细菌比亚硝化细菌对pH反应敏感。 NO2-易在pH＞7.3的碱性环境积累。
（3）游离NH4+的影响 氨对硝化细菌的抑制作用大于对亚硝化细菌，大量施
用铵态氮肥（特别是NH4HCO3），易造成NO2-积累。 旱育秧NO2-可使水稻幼苗出现青枯病 当NO2-＞5mg/kg时，青枯开始出现 ＞15mg/kg时，青枯很快出现。
岩石
江海
沉淀作用
土壤氮素循环与环境质量
氮素
重要生命元素，在农业生产中为“肥料三要素”之 首。
土壤中氮的含量
1．土壤氮的含量
我国耕地土壤含氮一般在0.02%~0.2%之间；高于 0.2%的很少，大部分低于0.1%。而华北、西北大部分 地区土壤耕层发含氮量不足0.1%；南方土壤的含氮量介 于二者之间。
土壤中氮、硫、磷的循环 与环境质量
土壤养分循环
指来自土壤的元素通常可以反复的再循环和利用,典型 的再循环过程。包括
①生物从土壤中吸收养分； ②生物的残体归还土壤； ③在土壤微生物的作用下，分解生物残体，释放养分； ④养分再次被生物吸收。
微生物 分解
有机体
绿色植物 合成
养料元素土壤体
风化 作用
淋溶 作用
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。
3.反硝化作用
NO3-→NO2-→NO→N2O→N2 反硝化的临界Eh约为334mv，最适pH为7.0～8.2，pH小于 5.2～5.8的酸性土壤，或高于8.2～9.0的碱性土壤，反硝化作 用显著下降。
括：蛋白质及肽类、核蛋白类、氨基糖类 （3）非水解性有机氮30~50%，主要可能是杂环态氮、
缩胺类
2．无机态氮
（1）铵态氮(NH4) 在土壤里有三种存在方式：游离态、 交换态、固定态。
（2）硝态氮（NO3-N）在土壤主要以游离态存在。 （3）亚硝态氮（NO2-N）主要在嫌气性条件下才有可能 存在，而且数量也极少。在土壤里主要以游离态存在。
2．土壤氮素的来源 • 根瘤菌或其他微生物的固氮作用 • 大气放电 • 工业合成
对于农田来说，土壤氮素的来源主要包括：
（1）固氮作用；自生固氮 、共生固氮和联合固氮 （2）降水； （3）灌水； （4）施肥；① 有机肥；② 无机化肥；它们是土壤 氮肥的主要来源。
3.影响土壤氮素含量的因素
•植被与气候 草本植物 ＞ 木本植物 水、热条件引起有机质的分解与合成
有机质缺乏的土壤和氮的积累。
2.防止土壤氮的损失
“南铵北硝”。水田土壤不施硝态化肥和避免频繁 的干湿交替。氮肥深施（水田和旱地）。碱性土碳 铵少施，防止氨的挥发损失。应用氮肥增效剂（硝 化作用抑制剂）。
3.避免有害物质—NO2-的积累 亚硝酸盐是人的致癌物质和植物的有害物质。其产生
（2）氨态氮的挥发 在碱性条件下， NH4+ + OH- NH3 + H2O
5.粘粒矿物对铵的固定 黏粒矿物晶格层间的阳离子被NH4+取代
影响因素： ①土壤黏粒矿物类型 ②土壤质地 ③土壤中钾的状态 ④铵的浓度 ⑤水分条件 ⑥土壤pH
6.生物固定 将无机氮转变成机体中的有机氮
7.硝酸盐的淋洗 NH4+、NO3-易溶于水，带负电荷的土壤胶体表面对
反硝化作用的条件是
1）具反硝化能力的细菌； 2）合适的电子供体; 3）厌氧条件，与田间持水量大小密切相关； 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。
4．化学脱氮过程
（1）亚硝酸分解反应 3HNO2 HNO3 + 2NO + H2O