第二节土壤氮素与环境质量综述
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植物氮素营养及化学氮肥
氮过量
Slight symptoms of N toxicity in cucumber
水稻田氮肥过多，群体太大，遇风倒伏
ห้องสมุดไป่ตู้
N over-fertilization causes “Blotchy ripening”
氮素过多对苹果的影响
NO ov re mr alf Ne Nr ut ti rl
▪
1）、 碳酸氢铵简称碳铵，它 是用氨水吸收CO2制成的。 NH3＋H2O＋CO2－NH4HCO3
碳铵含N量为17％左右。它为白 色的细粒结晶，易溶于水，肥效快 ，易吸湿，易挥发，具有强烈的氨 臭味。当温度升高而空气湿度增大 时，则易吸湿分解，造成氨的挥发 损失。其反应式如下：
NH4HCO3 一一 H2O + CO2 + NH3
三、 氮肥的种类、性质和施用
氮肥种类
氨态氮肥 NH4HCO3、NH4Cl、(NH4)2SO4 硝态氮肥与硝铵态氮肥 NH4NO3 酰胺态氮肥 C尿素2)2
一）、铵态氮（NH4一 N）肥
▪ 铵态氮肥包括液氨、碳酸氢铵、硫酸 铵、氯化铵等，它们所含的氮素是呈离 子态NH4+，因此具有以下共同特点：溶 于水，易被植物吸收，是速效性肥料； 属生理酸性肥料；所含的NH4+能被土壤 胶体吸附，不易流失；与碱性物质作用 易引起氨的挥发损失；在通气条件下， 经硝化细菌作用能转化成硝态氮。
十H2O＋CO2 （NH4）2SO4＋K2CO 3一一 K2SO4＋2NH＋H2O＋CO2
因此，硫铵不能与石灰、草木 灰、碱性农药等混合贮存和施用。
▪
▪ 2）、在土壤中的转化
▪ 硫铵施人土壤后，很快溶解于土壤溶液中，并解高
成吸N收H后4+和同时SO释42放-，出二H者+均,加能上被植作物物对吸养收分。的当又N有H4选+被择
土壤氮素与环境质量综述共26页文档
1
0
、
倚
南
窗
以
寄
傲，审容膝之易
安
。
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
土壤氮素与环境质量综述
6
、
露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
、
吁
嗟
身
后
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
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
B732-土壤肥料学-第四章 土壤的肥力要素-土壤养分
（3）这种养料元素在植物的代谢过程中具有直接的作用。
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
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
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。
第二节-土壤氮素与环境质量综述
移 – 使用改性氮肥，延长肥效 – 利用作物与微生物共生固氮
……
2021/2/16
19
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%。
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
2021/2/16
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
2021/2/16
2
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
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。
2021/2/16
7
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 。
2021/2/16
22
施用氮肥的大气污染
……
2021/2/16
19
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%。
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
2021/2/16
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
2021/2/16
2
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
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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7
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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22
施用氮肥的大气污染
土壤氮素营养
〔2〕有效养分含量NH4Cl＞<NH4>2SO4
〔3〕两种肥料都是化学中性,生理酸性肥料. 〔4〕NH4Cl和<NH4>2SO4都能通过硝化作用使NH4+N转化为NO3—N. 〔5〕 <NH4>2SO4可做基肥、种肥、追肥,但NH4Cl不 宜做种肥和在秧田上施用
〔6〕忌氯作物不宜施NH4Cl
第六章 土壤与植物氮素营养与氮肥
040475gkg75gkg平均为平均为29gkg29gkg一土壤氮素的含量一土壤氮素的含量我国自然植被下土壤表层的全我国自然植被下土壤表层的全含量含量从东向从东向全氮含量沿黑土黑钙土棕钙灰钙土漠境土全氮含量沿黑土黑钙土棕钙灰钙土漠境土的顺序的顺序逐渐减少逐渐减少第六章土壤与植物氮素营养与氮肥第六章土壤与植物氮素营养与氮肥二土壤二土壤素的形态素的形态无机态氮无机态氮含量含量110110左右左右有机态氮有机态氮含量含量9090土壤土壤氮素氮素铵态氮铵态氮溶解态铵溶解态铵交换性铵交换性铵固定态铵固定态铵有机氮一般不能被植物直接吸收利用必须经有机氮一般不能被植物直接吸收利用必须经过矿化作用分解成无机态过矿化作用分解成无机态才能被植物吸收利用才能被植物吸收利用第六章土壤与植物氮素营养与氮肥第六章土壤与植物氮素营养与氮肥712712土壤氮素的转化土壤氮素的转化素的矿化与生物固持作用素的矿化与生物固持作用有机态有机态是指土壤中有机态是指土壤中有机态在微生物的作用在微生物的作用下分解释放出铵或氨的过程
7.1.2土壤氮素的转化
一、N素的矿化与生物固持作用
N素的矿化是指土壤中有机态N在微生物的作用下分 解释放出铵或氨的过程.
N素的生物固持作用是指土壤中的微生物同化无机态 氮并将其转化为细胞体有机态氮的过程
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
〔3〕两种肥料都是化学中性,生理酸性肥料. 〔4〕NH4Cl和<NH4>2SO4都能通过硝化作用使NH4+N转化为NO3—N. 〔5〕 <NH4>2SO4可做基肥、种肥、追肥,但NH4Cl不 宜做种肥和在秧田上施用
〔6〕忌氯作物不宜施NH4Cl
第六章 土壤与植物氮素营养与氮肥
040475gkg75gkg平均为平均为29gkg29gkg一土壤氮素的含量一土壤氮素的含量我国自然植被下土壤表层的全我国自然植被下土壤表层的全含量含量从东向从东向全氮含量沿黑土黑钙土棕钙灰钙土漠境土全氮含量沿黑土黑钙土棕钙灰钙土漠境土的顺序的顺序逐渐减少逐渐减少第六章土壤与植物氮素营养与氮肥第六章土壤与植物氮素营养与氮肥二土壤二土壤素的形态素的形态无机态氮无机态氮含量含量110110左右左右有机态氮有机态氮含量含量9090土壤土壤氮素氮素铵态氮铵态氮溶解态铵溶解态铵交换性铵交换性铵固定态铵固定态铵有机氮一般不能被植物直接吸收利用必须经有机氮一般不能被植物直接吸收利用必须经过矿化作用分解成无机态过矿化作用分解成无机态才能被植物吸收利用才能被植物吸收利用第六章土壤与植物氮素营养与氮肥第六章土壤与植物氮素营养与氮肥712712土壤氮素的转化土壤氮素的转化素的矿化与生物固持作用素的矿化与生物固持作用有机态有机态是指土壤中有机态是指土壤中有机态在微生物的作用在微生物的作用下分解释放出铵或氨的过程
7.1.2土壤氮素的转化
一、N素的矿化与生物固持作用
N素的矿化是指土壤中有机态N在微生物的作用下分 解释放出铵或氨的过程.
N素的生物固持作用是指土壤中的微生物同化无机态 氮并将其转化为细胞体有机态氮的过程
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
土壤氮素与氮肥PPT演示课件
整株：植株矮小，瘦弱 叶片：细小直立，叶色转为淡绿色、浅黄色、乃至黄色， 从下部老叶开始出现症状 叶脉、叶柄：有些作物呈紫红色 茎：细小，分蘖或分枝少，基部呈黄色或红黄色 花：稀少，提前开放 种子、果实：少且小，早熟，不充实 根：色白而细长，量少，后期呈褐色
10
田间水稻缺氮
11
生长矮小，根系细长，分枝（蘖）减少。
24
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
25
（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
26
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
27
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
20
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
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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
26
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
27
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
20
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
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– 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
……
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%；
主要可能是杂环态氮、缩胺类 。
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
中国不同地区耕层土壤的全氮含量
3. 土壤中氮素的转化
有 机 矿化作用 态 生物固定 氮
NH3
N2、NO、N2O
挥发损失
反硝化作用
无机态氮
• 铵态氮(NH4+)； • 硝态氮(NO3-)； • 亚硝态氮(NO2-)。
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%，
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。
• 生物固定
• 氮素的淋洗
硅铝片
NH4+
淋
硅铝片
洗
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：
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。
几个概念
全氮：土壤中氮素的总量。
有效氮：能被当季作物利用的
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
土壤氮素有效化 ——硝化过程：
定义：将土壤中的氨、胺、酰胺等微生物的作用下氧化
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
a. NH4+ + OH- NH3 + H2O b. 在碱性条件下进行
b. 亚硝酸分解反应
3HNO2 HNO3 + 2NO + H2O 条件：酸性愈强，分解愈快。
土壤氮素损失 ——其他损失途径
• 粘粒矿物对铵的固定
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。
➢ 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。
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%。
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
土壤氮素的有效化
• 有机氮的矿化（有机氮
• 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
➢ 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%。
➢ 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
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
2NO3- + 40千卡
硝化作用：NH4+或NH3经NO2-氧化为NO3-
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
+ 2H+ -2H2O
2NO
- 4H+
+2H2O
N2O
- H20
厌氧 微生物
HN03
厌氧微生物 +4H+ - 2H2O
2HNO2
+4H+ -2H2O
H2N2O2
反硝化作用：硝酸盐等较复杂含氮化合物 转化为N2、NO、N2O
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
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
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
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。
➢ 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。
移 – 使用改性氮肥，延长肥效 – 利用作物与微生物共生固氮
……
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%；
主要可能是杂环态氮、缩胺类 。
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
中国不同地区耕层土壤的全氮含量
3. 土壤中氮素的转化
有 机 矿化作用 态 生物固定 氮
NH3
N2、NO、N2O
挥发损失
反硝化作用
无机态氮
• 铵态氮(NH4+)； • 硝态氮(NO3-)； • 亚硝态氮(NO2-)。
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%，
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。
• 生物固定
• 氮素的淋洗
硅铝片
NH4+
淋
硅铝片
洗
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：
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。
几个概念
全氮：土壤中氮素的总量。
有效氮：能被当季作物利用的
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
土壤氮素有效化 ——硝化过程：
定义：将土壤中的氨、胺、酰胺等微生物的作用下氧化
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
a. NH4+ + OH- NH3 + H2O b. 在碱性条件下进行
b. 亚硝酸分解反应
3HNO2 HNO3 + 2NO + H2O 条件：酸性愈强，分解愈快。
土壤氮素损失 ——其他损失途径
• 粘粒矿物对铵的固定
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。
➢ 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。
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%。
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
土壤氮素的有效化
• 有机氮的矿化（有机氮
• 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
➢ 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%。
➢ 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
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
2NO3- + 40千卡
硝化作用：NH4+或NH3经NO2-氧化为NO3-
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
+ 2H+ -2H2O
2NO
- 4H+
+2H2O
N2O
- H20
厌氧 微生物
HN03
厌氧微生物 +4H+ - 2H2O
2HNO2
+4H+ -2H2O
H2N2O2
反硝化作用：硝酸盐等较复杂含氮化合物 转化为N2、NO、N2O
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
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
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
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。
➢ 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。