土壤氮素转化

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• 生物固定 • 氮素的淋洗
淋 洗
NH4+
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有 机 态 氮
矿化作用
NH3
挥发损失
N2、NO、N2O
反硝化作用 生 硝化作用 硝 作用 物
有 机 态 氮
固 定
铵态氮
硝态氮
损失
态铵 态铵
硝态氮
4.氮素转化在农田土壤中的应用
现状：氮肥生产效率趋于下降， 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， 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、 目标：降低农田中化肥氮损失、提高氮肥利用率 途径： 途径：
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土壤氮素有效化 ——硝化过程： 硝化过程： 硝化过程
定义： 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： 第一步：亚硝化作用
2HN4+ + 3O2
亚硝化微生物
2NO2- + 2H2O + 4H+ + 158 158千卡
速率：硝化作用＞亚硝化作用＞铵化作用 速率：硝化作用＞亚硝化作用＞铵化作用。 因此， 因此 正常土壤中， 第二步： 第二步：硝化作用 ，正常土壤中，很少有亚硝态氮和铵态 氮及氨的积累。 氮及氨的积累。
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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%。
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 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 非水解性有机氮30~50%，主要可能是杂环态氮、缩胺 类。
N2O
- H20 厌氧 微生物
厌氧微生物 HN03 +4H+ - 2H2O
2HNO2 +4H+ -2H2O
H2N2O2
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土壤氮素损失 ——化学脱氮过程 化学脱氮Leabharlann Baidu程
主要是一些特殊环境条件下的化学反应， 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
速效氮：土壤溶液中的铵 溶液中的铵、 速效氮 溶液中的铵
被植物根系所吸收，常被称 • 其他 其他，氨态氮、氮气及气态氮氧化合物。 为速效态氮。
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全氮： 全氮 土壤中
氮素的总量。 氮素的总量。
几个概念
有效氮：能被当季作物利用的 有效氮：
氮素，包括无机氮(<2％)和易分 氮素，包括无机氮 ％ 和易分 解的有机氮 碱解氮：测得的有效氮。 碱解氮：测得的有效氮。 有 效 氮 全 氮
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土壤氮素有效化 ——有机氮矿化： 有机氮矿化： 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
水解 朊酶
多肽
水解 肽酶
氨基酸
b. 氨化： 氨化：
氨化微生物 RCHNH2COOH + O2 RCH2COOH + NH3 + 能量 酶
固 定
铵态氮
硝态氮
损失
吸
态铵 态铵
硝态氮
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3. 土壤中氮素的转化
土壤氮素的有效化
• • • • • • •
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有机氮的矿化（有机氮水解；氨化） 硝化（亚硝化；硝化） 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
土壤氮素的损失
土壤氮素转化
主要内容： 主要内容：
• 土壤中氮素的含量及其来源 • 土壤中氮素的形态 • 土壤氮素转化过程
– 有效化 – 无效化
• 氮素转化在农田土壤中的应用
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1. 土壤氮素的含量及其来源
含量：
一般土壤含量范围： 一般土壤含量范围：0.02%~0.50% 我国耕地含量： 我国耕地含量：0.04%~0.35% 表层高， 底土低； 表层高，心、底土低；
速 效 氮
速效氮：土壤溶液中的铵、交 速效氮 土壤溶液中的铵、
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。 根系所吸收，常被称为速效态氮。
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3. 土壤中氮素的转化
有 机 态 氮
矿化作用
NH3
挥发损失
N2、NO、N2O
反硝化作用 生 硝化作用 硝 作用 物
有 机 态 氮
b. 亚硝酸分解反应
3HNO2 → HNO3 + 2NO ↑ + H2O 条件：酸性愈强，分解愈快。
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土壤氮素损失 ——其他损失途径 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 北方的土壤中，能固铵的粘粒矿物较多，但其土壤中铵极少， 南方水田的铵态较多，而能固定铵的粘土矿物不多。因此， 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。 粘土矿物固定在我国的意义不大。
来源：
1. 2. 3. 4. 生物固氮： 共生固氮和联合固氮。 生物固氮：包括自生固氮 、共生固氮和联合固氮。 降水： 降水：1.5-10.5 kg/hm2.a 灌水； 灌水； 施肥；① 有机肥； ② 无机化肥； 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。 目前肥料是农田土壤氮肥的主要来源。
2NO2-
+ O2
硝化微生物
2NO3- + 40千卡
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土壤氮素损失 ——反硝化（生物脱氮过程） 反硝化（ 反硝化 生物脱氮过程）
过程： 过程： NO3
-
硝酸盐 还原酶
NO2
-
硝酸盐 还原酶
NO
氧化氮 还原酶
N20
氧化亚氮 还原酶
N2
N2
+ 2H+ -2H2O
2NO
- 4H+ +2H2O
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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 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 游离态、交换态 固定态。 游离态 交换态、固定态 • 硝态氮 硝态氮(NO3- — N) ：移动性大；通气不良时易反硝化损失；在土 壤中主要以游离态存在。 • 亚硝态氮(NO2- — N)：主要在嫌气性条件下才有可能存在，而且 亚硝态氮 交换性铵和硝态氮 硝态氮因能直接 交换性铵 硝态氮 数量也极少。在土壤里主要以游离态存在。
– 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 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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参考文献
《植物营养学》中国农业大学出版社，胡霭堂主编， 《土壤学》中国农业出版社吕贻忠主编， 朱兆良，中国土壤氮素研究. 土壤学报. 2008:45(5)