第二节 土壤氮素与环境质量
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第三章-土壤氮素与环境
态氮增高，主要的原因是由于化肥的大 量使用，就地表水的污染而论，化肥的 使用也贡献了其50%以上。
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。
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。
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
高中地理湘教版必修一第三章 第二节自然地理环境的整体性
互动·探究区
[反思归纳] 自然地理环境整体性的表现
第二节
(1)每一要素都作为 整体 的一部分，与其他要素相 互联系、相互作用。
本 课 时 栏 目 开 关
例如， 我国西北内陆地区是典型的温带大陆性气候，
干旱 是其最突出的环境特征；海南岛是典型的热 带季风气候， 湿热 是其环境的突出特点。 其整体
性表现如下表：
(3)图甲和图乙分别反映地理环境整体性的什么特点？
互动·探究区
第二节
答案
(2)C
(1)A—②
B—③
C—①
D—⑤
E—④
(3)图甲反映地理环境各要素并不是孤立存在和发展的，而
本 课 时 栏 目 开 关
是作为整体的一部分发展变化的，自然地理环境具有统一 的演化过程。图乙表示某一要素的变化会导致其他要素甚 至整个地理环境状态的改变，即“牵一发而动全身”。
本 课 时 栏 目 开 关
化学过程 的性质与强度。 ②间接影响： 气候通过影响 岩石风化过程 、 外力地貌形
态以及动植物和微生物的活动等，间接地影响土壤的形 成和发育。
4．生物与土壤
互动·探究区
5．地形与土壤
第二节
地形主要通过对物质、 能量的再分配间接地作用于土壤。
本 课 时 栏 目 开 关
互动·探究区
互动·探究区
答案
第二节
(1)整体
(2)成土母质的粒度影响土壤质地，成土母质的化学成分， 在很大程度上决定着土壤的化学元素和养分；气候直接影
本 课 时 栏 目 开 关
响土壤的水热状况和土壤中物理、化学过程的性质与强 度，通过影响岩石风化过程、外力地貌形态以及动植物和 微生物的活动等，间接地影响土壤的形成和发育。
-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
土壤肥料学课件-第六章 土壤与植物氮素营养与氮肥-土肥
1. 土壤氮素
2. 植物氮素营养
3. 氮肥种类、性质与施用
4. 氮肥施用对环境的影响
5. 氮肥的合理分配和施用
第一节土壤氮素
（一）土壤氮素含量
（二）土壤氮素形态
（三）土壤氮素转化
第一节土壤氮素
※耕地土壤全N：0.4-3.8g/kg，平均1.3g/kg ※自然土壤全N：0.4-7.5g/kg，平均为2.9g/kg
（一）土壤氮素含量
一、植物氮素含量与分布
二、氮素营养功能
三、植物对氮素的吸收利用
四、植物氮素营养失调
NH3 + 酮戊二酸 Glu NH3 + 草酰乙酸 Asp NH3 + 丙酮酸 Ala
ASP + α－酮戊二酸
Glu + 草酰乙酸 Gln + ATP + Pi + H 2O
Glu + NH 3 +ATP Gln合成酶
Mg 2+ Asn + ADP + Pi + H 2O ASP + NH 3 + ATP Asn合成酶
Mg 2+
)
(423硝酸还原作用亚硝酸还原酶硝酸还原酶+
--−−−−→−−−−→−NH NO NO
水培水稻
绿色V字症
苗期缺氮老叶缺氮
不同时期和部位的缺氮症状
水培油菜。
（土壤学讲义）第10章土壤养分循环
第十章土壤养分循环第一节土壤氮素循环第二节土壤磷和硫的循环第三节土壤中的钾钙镁第四节土壤中的微量元素循环第五节土壤养分平衡及有效性循环第一节土壤氮素一、陆地及土壤生态系统中的氮循环（一）陆地生态系统中的氮形态大气中氮以分子态氮（N2）和各种氮氧化物（NO2、NO、N2O）等形式存在。
其中N2占78% ，生物作用下转化为土壤和水体生物有效态（铵态氮和硝态氮）（二）氮素循环由两个重叠循环构成：一是大气层的气态氮循环几乎所有的气态氮对大多数高等植物无效，只有若干种微生物或少数与微生物共生的植物可以固定大气中的氮素，使它转化成为生物圈中的有效氮。
二是土壤氮的内循环1-矿化作用 2-生物固氮作用 3-铵的粘土矿物固定作用4-固定态铵的释放作用 5-硝化作用6-腐殖质形成作用 8-腐殖质稳定化作用7-氨和铵的化学固定作用二、土壤氮的获得和转化（一）土壤氮的获得1、大气中分子氮的生物固定2、雨水和灌溉水带入的氮3、施用有机肥和化学肥料（二）土壤中N的转化1、氮的形态---无机态氮和有机态氮（1）土壤无机态氮铵态氮（NH4+-N）硝态氮（NO3--N）（2）有机态氮 --主要存在形态，占全N的95%以上水溶性有机氮按溶解度大小分水解性有机氮非水解性有机氮2、土壤氮素的转化（1）有机氮的矿化矿化过程分两个阶段：第一阶段：氨基化阶段即复杂的含氮化合物(如氨基糖、蛋白质、核酸等)经微生物酶的系列作用下，逐渐分解而形成简单的氨基化合物。
第二阶段：氨化作用即在微生物作用下，各种简单的氨基化合物分解成氨的过程。
氨化作用于可在不同条件下进行：O2 RCOOH +NH3+CO2+QRCHNH2COOH + 2H---RCH2COOH +NH3+QH2O RCHOHCOOH+NH3+Q（2）铵的硝化硝化作用：是指土壤中大部分NH4+通过微生物作用氧化成亚硝酸盐和硝酸盐的过程。
2NH4++3O2-------2NO2-+2H2O+4H++Q2NO2-+O2-------2NO3-+Q（3）无机态氮的生物固定定义：矿化作用生成的铵态氮、硝态氨和某些简单的氨基态氮，通过微生物和植物的吸收同化，成为生物有机体组成部分，称为无机态N的生物固定（又称为生物固持）（4）铵离子的矿物固定定义：是指离子直径大小与2：1型粘土矿物晶架表面孔穴大小接近的铵离子，陷入晶架表面的孔穴内，暂时失去了它的生物有效性，转变为固定态铵的过程。
《土壤氮素与氮肥》课件
《土壤氮素与氮肥》
本课件将重点介绍土壤氮素的来源和循环过程，不同种类的氮肥及其使用方 法，土壤氮素与氮肥的关系，氮素缺乏对作物的影响，氮肥过度使用的危害 以及合理使用氮肥的方法。
土壤氮素的来源及循环过程
土壤氮素主要来源于有机物分解和氮肥的施用，其循环过程包括氮固定、氮矿化、氮硝化和氮反硝化等。 了解土壤氮素的来源和循环过程能够帮助我们更好地管理土壤肥力。
氮肥的种类和使用方法
氮肥主要包括有机氮肥和无机氮肥。有机氮肥包括农家肥、畜禽粪便等，而 无机氮肥则包括铵态氮肥、硝态氮肥等。选择适当的氮肥种类和使用方法能 够提高作物产量和质量。
土壤氮素与氮肥的关系
土壤氮素和氮肥之间存在着密切的关系。土壤氮素的含量和形态影响着氮肥 的利用率和作物对氮肥的吸收能力。合理施用氮肥可以提高土壤氮素的利用 效率。
合理使用氮肥的方法包括选择适当的氮肥种类和使用时间，控制施肥量，结合有机肥使用，加强土壤管 理等。正确使用氮肥可以提高肥料利用率，减少对环境的影响。
结论和建议
通过学习土壤氮素与氮肥的相关知识，我们可以更好地掌握土壤肥力管理的 方法和技巧，提高农作物的产量和质量，促进可持续农业发展。
氮素缺乏对作物的影响
氮素缺乏会导致作物生长迟缓、叶片发黄、产量下降等问题。及时识别氮素缺乏的症状，并采取补充氮 肥的措施，可以有效改善作物的生长状况。
氮肥过度使用的危害
氮肥过度使用会导致土壤酸化、水体富营养化、生态环境破影响。
合理使用氮肥的方法
本课件将重点介绍土壤氮素的来源和循环过程，不同种类的氮肥及其使用方 法，土壤氮素与氮肥的关系，氮素缺乏对作物的影响，氮肥过度使用的危害 以及合理使用氮肥的方法。
土壤氮素的来源及循环过程
土壤氮素主要来源于有机物分解和氮肥的施用，其循环过程包括氮固定、氮矿化、氮硝化和氮反硝化等。 了解土壤氮素的来源和循环过程能够帮助我们更好地管理土壤肥力。
氮肥的种类和使用方法
氮肥主要包括有机氮肥和无机氮肥。有机氮肥包括农家肥、畜禽粪便等，而 无机氮肥则包括铵态氮肥、硝态氮肥等。选择适当的氮肥种类和使用方法能 够提高作物产量和质量。
土壤氮素与氮肥的关系
土壤氮素和氮肥之间存在着密切的关系。土壤氮素的含量和形态影响着氮肥 的利用率和作物对氮肥的吸收能力。合理施用氮肥可以提高土壤氮素的利用 效率。
合理使用氮肥的方法包括选择适当的氮肥种类和使用时间，控制施肥量，结合有机肥使用，加强土壤管 理等。正确使用氮肥可以提高肥料利用率，减少对环境的影响。
结论和建议
通过学习土壤氮素与氮肥的相关知识，我们可以更好地掌握土壤肥力管理的 方法和技巧，提高农作物的产量和质量，促进可持续农业发展。
氮素缺乏对作物的影响
氮素缺乏会导致作物生长迟缓、叶片发黄、产量下降等问题。及时识别氮素缺乏的症状，并采取补充氮 肥的措施，可以有效改善作物的生长状况。
氮肥过度使用的危害
氮肥过度使用会导致土壤酸化、水体富营养化、生态环境破影响。
合理使用氮肥的方法
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 。
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22
施用氮肥的大气污染
……
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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%。
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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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
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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：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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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
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——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。
• 生物固定
• 氮素的淋洗
硅铝片 NH4+ 硅铝片
2015-5-4
淋 洗
18
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：
2015-5-4
9
3. 土壤中氮素的转化
NH3 N2、NO、N2O
反硝化作用 挥发损失
有 机 态 氮
矿化作用
生物固定
铵态氮
吸附固定
硝化作用
硝酸还原作用
硝态氮
生 物 固 定
淋洗损失
有 机 态 氮
吸附态铵或 固定态铵
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水体中的 硝态氮
10
土壤氮素的有效化
•
•
有机氮的矿化（有机氮水解；氨化）
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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
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23
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
2015-5-4
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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
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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
氨基酸
b. 氨化：
氨化微生物 RCHNH2COOH + O2 RCH2COOH + NH3 + 能量 酶
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12
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
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
无机态氮
• 铵态氮(NH4+)； • 硝态氮(NO3-)； • 亚硝态氮(NO2-)。
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5
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%， 主要可能是杂环态氮、缩胺类 。
2015-5-4的总量。
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 效 氮
有 效 氮
全 氮
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8
中国不同地区耕层土壤的全氮含量
– 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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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%。 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
速率：硝化作用＞亚硝化作用＞铵化作用。 因此，正常土壤中，很少有亚硝态氮和铵态 第二步：硝化作用 氮及氨的积累。
2NO2-
+ O2
硝化微生物
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
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 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。
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）
•
• •
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粘粒对铵的固定
生物固定 氮素淋洗
11
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：
蛋白质
水解 朊酶
多肽
水解 肽酶
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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(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； 速效氮：土壤溶液中的铵、 在土壤中主要以游离态存在。 交换性铵和硝态氮因能直接 • 亚硝态氮(NO2 — N)：主要在嫌气性条件下才有可能存在， 被植物根系所吸收，常被称 而且数量也极少。在土壤里主要以游离态存在。 为速效态氮。 • 其他，氨态氮、氮气及气态氮氧化合物。
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
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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。
-
硝酸盐 还原酶
NO2
-
硝酸盐 还原酶
NO
氧化氮 还原酶
N 20
氧化亚氮 还原酶
N2
N2
+ 2H+ -2H2O
2NO
- 4H+
+2H2O
N2O
- H20 厌氧 微生物
厌氧微生物 HN03 +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
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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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
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
来源：
A B C D 生物固氮：包括自生固氮 、共生固氮和联合固氮； 降水：1.5-10.5 kg/hm2.a； 灌水； 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。
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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。
• 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。
• 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：
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3. 土壤中氮素的转化
NH3 N2、NO、N2O
反硝化作用 挥发损失
有 机 态 氮
矿化作用
生物固定
铵态氮
吸附固定
硝化作用
硝酸还原作用
硝态氮
生 物 固 定
淋洗损失
有 机 态 氮
吸附态铵或 固定态铵
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水体中的 硝态氮
10
土壤氮素的有效化
•
•
有机氮的矿化（有机氮水解；氨化）
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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
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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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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
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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：0.02%~0.50% 我国耕地含量：0.04%~0.35% 表层高，心、底土低
氨基酸
b. 氨化：
氨化微生物 RCHNH2COOH + O2 RCH2COOH + NH3 + 能量 酶
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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
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
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%， 主要可能是杂环态氮、缩胺类 。
2015-5-4的总量。
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 效 氮
有 效 氮
全 氮
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中国不同地区耕层土壤的全氮含量
– 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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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%。 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
速率：硝化作用＞亚硝化作用＞铵化作用。 因此，正常土壤中，很少有亚硝态氮和铵态 第二步：硝化作用 氮及氨的积累。
2NO2-
+ O2
硝化微生物
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
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
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 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。
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）
•
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粘粒对铵的固定
生物固定 氮素淋洗
11
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：
蛋白质
水解 朊酶
多肽
水解 肽酶
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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(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； 速效氮：土壤溶液中的铵、 在土壤中主要以游离态存在。 交换性铵和硝态氮因能直接 • 亚硝态氮(NO2 — N)：主要在嫌气性条件下才有可能存在， 被植物根系所吸收，常被称 而且数量也极少。在土壤里主要以游离态存在。 为速效态氮。 • 其他，氨态氮、氮气及气态氮氧化合物。
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
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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。
-
硝酸盐 还原酶
NO2
-
硝酸盐 还原酶
NO
氧化氮 还原酶
N 20
氧化亚氮 还原酶
N2
N2
+ 2H+ -2H2O
2NO
- 4H+
+2H2O
N2O
- H20 厌氧 微生物
厌氧微生物 HN03 +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
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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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
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
来源：
A B C D 生物固氮：包括自生固氮 、共生固氮和联合固氮； 降水：1.5-10.5 kg/hm2.a； 灌水； 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。
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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。