第一节土壤氮素营养全解

40cm
水田氮素反硝化损失示意图
母质层C
60cm
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
（五）铵的吸收与吸附
·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。
反硝化作用
硝化作用 生 物 固 定
有 机 质
矿化作用
铵态氮
生物固定 吸附固定 硝酸还原作用
硝态氮
淋洗损失
有 机 氮
进程 之 土 作度 间 壤 用上 有 中 。存 着 氮 在密素 着切转 相关化 互系的 抑，各 制在个 或一过 促定程
•
吸附态铵或 固定态铵
水体中的 硝态氮
二.土壤氮素转化及其有效性
(一)有机态氮的矿化作用（氨化作用）与生物固持作 用 （二）铵的粘土矿物固定与释放 （三）硝化作用 （四）反硝化作用 (五) 铵的吸收与吸附 （六）氨的挥发损失
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
作用下氧化成硝酸盐的现象
过程：
NH4＋＋O2
2NO2－＋
亚硝化细菌 硝化细菌
NO2－ ＋ 4H＋
O2
2NO3－
影响硝化作用的因素: 1.土壤水分 3.热条件 5.施入肥料的种类
2.气 4.pH 6.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
·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。
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（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＋
OH－
H＋
NH3 ＋ H＋
3. 影响因素：氨浓度，pH，温度，风速等
① pH值 6 7 8 9
NH3挥发 0.1% 1.0% 10.0% 50.0%
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
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。
NH3
挥发损失
N2、NO、N2O
（二） 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
④ 施肥深度：挥发量 深施 ⑤ 土壤水分含量 ⑥ 土壤中NH4＋的含量
表施>
② 土壤CaCO3含量：呈正相关 ③ 温度：呈正相关
4. 结果：造成氮素损失
三.土壤的供氮能力
·土壤的供氮能力既是评价土壤肥力的一个重要指标， 又是估算氮肥用量的重要依据。 ·土壤全氮量：反应了土壤氮素的贮量和土壤的基本肥 力状况。然而土壤中的全氮主要以有机态存在，一般植 物难以直接利用。
·速效氮：为植物可以利用的氮素形式，主要包括土壤溶液 中的硝态氮和铵态氮，代换性铵和部分简单的有机态氮，受 植物吸收和环境条件的影响较大，含量通常很低，不能代表 可给态氮的丰缺程度。 ·水解态氮：即用1mol/L NaOH处理土壤，经水解、扩散或 蒸馏进行测定的氮含量。能反应土壤中氮的供应强度和容量 。 ·目前一般以全氮、水解性氮及速效氮3种形态氮含量作为 诊断指标。
wk.baidu.com(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％
水层 氧化亚层A1
N2、NO 、O 2 NH 4+－N
NH 4
+
O2
水耕表层 A
NO 3
-
还原亚层A2 N2 NO 反硝化 NO 2 NO 3犁底层 P 渗育层 W
0cm 1cm 20cm
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＋和NO3－
(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。
(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
水解酶
异养微生物
解蛋白作用
氨化作用
氨基酸
氨化微生物
水解、氧化、还原、转位
NH4＋－N＋有机酸
发生条件：各种条件下均可发生
最适条件：温度为20～30oC，
土壤湿度为田间持水量的60％， 土壤pH＝7，C/N≤25:1
弊：易随水流失和发生反硝化作用
（四）反硝化作用
NO3－ 生物反硝化 化学反硝化 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 N2 、NO、N2O
(2)过程： NO3NO
硝酸盐还原细菌
NO2- 反硝化细菌
N2 、N2O、
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。
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
2. 有机氮 (>98%) 水溶性 速效氮源 <全氮的5% 水解性 缓效氮源 占50～70% 非水解性 难利用 占30～50% 离子态 土壤溶液中
4. 结果：生成NH4＋－N（有效化）
氮素生物固持作用:土壤微生物同化无机态氮并将其转化成细胞中有 机态氮的作用。 作用：暂时保存无机氮
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。
土壤供氮能力指标：
作物在不施氮区的全生长期内吸氮量作为土壤供氮 能力的指标。土壤供氮量包括当季作物种植时土壤中已 经积累的矿质氮量和作物生长期内土壤氮素的矿化量。
问：土壤氮素的收入和支出有哪些途径？
收入：1.生物固氮（固定空气中的氮） 2.大气沉降（土壤含氮量与大气和降水有密切关系） 3.加入土壤中的有机质（木本和草本植物的枯枝落叶等） 4.施肥（施加有机肥、化学氮肥） 支出：1.气态损失（微生物反硝化作用） 2.地表径流（刚施入的氮肥和微生物转化的硝酸盐易随地表水流动 而流失） 3.渗漏 4.作物收获（作物收获易将土壤中的氮带走）