农田土壤的氮循环
土壤氮素循环
[1]王晓蓉•环境化学•南京大学出版社,2005.氮的基态电子构型为 1s 22s 22p 3，有5个价电子，氧化态从一3到+ 5。
氮在地壳中的百分含量为0.0046%,大部分以氮分子的形式存在于大气中。
已知氮有 7种同位素，质量数 12- 18。
天然存在的稳定同位素有 14N 和15N ，丰度比为273:1。
其它五种均为放射性同位素，寿命最长 的13N 半衰期近10min 。
土壤氮素含量与分布自然土壤中氮素的含量分布有明显的地带性，与自然条件特别是气候条件相关。
耕地土壤 的氮素含量受人为因素的强烈影响。
土壤中氮的含量范围为： 0.02-0.5%,表层土壤和心、底土的含量相差很大。
一般耕地土壤有机质和氮素含量自亚表层以下锐减。
土壤氮含量在剖面中分布状况各异，主要与有机质的分布有关。
影响进入土壤的有机质的 数量和有机质分解的因素，包括水热条件、土壤质地等，都对土壤有机质和氮素含量产生显著 影响。
例在太湖平原，黏壤质中性潴育性水稻土的有机质和氮素含量分别为 25.8g/kg 和1.59g/kg , 而质地较轻粗的石灰性的潴育性水稻土仅分别为 19.2g/kg 和1.16g/kg 。
氮素，作为植物矿物质营养之首：作物中积累的氮素约有 50%系来自土壤，个别土壤上该 值超过70%。
分子氮分子氮不活泼，室温下仅能与型反应如下：N 2+ 3H 2 T 2NH 3N 2+ 02 T 2NON 2 + 3Mg T Mg 3N 2N 2 + CaC 2 T C + CaCN 2土壤中存在的氮的形态：无机态氮土壤中的无机态氮占的比例虽小，去卩是植物氮营养的直接形态，意义特别重要。
分子态埶 （大"于）无机态氮（土壤于）Li 反应，生成Li 3N 。
提高温度，加催化剂后，分子氮的典殆用目前我国氮肥施用也以无机态氮为主。
无机态氮包括固定态铵、交换性铵（包括土壤溶液中铵）硝态氮、亚硝态氮、氮氧化物和氮气，在土壤中占全氮的比例变幅较大，一般在2－ 8％。
生态系统氮循环特征及其环境效应解析
生态系统氮循环特征及其环境效应解析氮是生态系统中最重要的营养元素之一，它在自然界中的循环过程中起着至关重要的作用。
生态系统的氮循环分为生物固氮、尿素氮转化、硝化和反硝化等环节。
氮循环的特征与环境效应对于生态系统的稳定和氮素的利用率具有重要意义。
首先，生物固氮是生态系统中氮循环的重要环节之一。
许多微生物通过固氮过程将大气中的氮气转化为可供植物摄取的形态。
这些微生物可以存在于土壤中，也可以与植物建立共生关系，如豆科植物与根瘤菌的共生。
通过生物固氮，生态系统能够有效地利用空气中的氮气资源，提供植物所需的氮源，从而维持生态系统的生物多样性和生产力。
其次，尿素氮转化是生态系统中氮循环的另一个重要过程。
尿液中含有丰富的尿素氮，通过微生物的作用，尿素可以分解为氨氮和硝酸盐氮。
这些被分解出来的氮化合物能够被植物吸收利用，而不会造成氮的损失。
尿素氮转化过程在自然界中广泛存在，并且对于农田的氮素管理和养分循环具有重要意义。
此外，硝化和反硝化过程也是生态系统中氮循环的重要组成部分。
硝化是将氨氮氧化为硝酸盐氮的过程，可以通过硝化细菌和古菌来完成。
反硝化是将硝酸盐氮还原为氮气的过程，同样需要特定的微生物参与。
硝化和反硝化过程的平衡对于维持土壤和水体中氮的循环非常重要。
过多的硝化会导致土壤酸化和养分的流失，而过多的反硝化则会释放出温室气体，对气候变化产生负面影响。
除了上述的氮循环特征，生态系统中氮的环境效应也是需要考虑的。
过度的氮输入是生态系统中的一个常见问题。
主要来源包括农业活动、化肥使用、工业废水排放等。
过度的氮输入会导致氮浓度过高，进而引发水体富营养化问题。
水体富营养化会导致藻类大量繁殖，消耗水体中的氧气，形成缺氧环境，严重影响水生生物的生存。
此外，氮也可能通过大气沉降的方式进入土壤，造成土壤酸化和土壤质量下降。
生态系统中氮循环的研究对于环境保护和可持续发展具有重要意义。
了解不同环节的氮转化过程，有助于优化农业管理措施，降低氮的损失和污染风险。
农业生态系统中的氮素营养循环及调节
农业生态系统中的氮素营养循环及调节营养循环和物质循环是任何一个生态系统的两个基本过程，对它们的研究具有重要的作用。
对农业生态系统中的营养循环的研究，不仅可以使我们了解各种矿质营养的流动过程，对指导我们在农业实践生产过程中的化肥合理施用具有非常重要作用；同时又可以在保持原有产量下，减少资源成本投入、保护环境等等重要意义。
动植物及人类生长发育所必需的营养元素称为营养元素[1]，营养循环即为营养元素的循环，包括了大量元素的循环、微量元素的循环和痕量元素的循环。
农业生态系统中的循环则是这些元素在人工农业系统如：农田、牧场、草地等和自然系统中的土壤、水、植物等等之间的循环。
可见农业系统中的养分循环是联系土壤、作物、人、畜禽的纽带，是维持农业系统时空上的联系的重要手段，使农业系统具有稳定性和自调力的基础[2]。
氮、磷、钾是肥料的三要素，是农业生产过程中作物极易缺乏的三种营养元素，也是化肥施用量最多的元素；故一直以来，对它们在农业系统中的循环研究也是最多。
本文就农业生态系统中的氮营养元素的循环及其调控方法为主作了综述。
1.氮素的循环氮素是植物的必须营养元素，也是作物产量最重要的养分限制因子。
农业生态系统中的氮素循环是指，氮素通过不同途径进入农业生态系统，再经过许多相互联系的转化和移动过程后，又不同程度地离开这一系统，这一循环是开放性的，它与大气和水体等外界环境进行着复杂的交换[3]。
2.氮素在农业生态系统的输入2.1化肥（有机肥和无机肥）氮素的输入施肥方式输入氮素营养是农业生态系统中氮素输入的最主要的方式之一；它对增加农田中氮素营养的总量的效果也是最为明显。
故农业生产遇到氮素不足时，常以施肥方式来解决。
可见，施肥还是调节农业生态系统中氮素平衡的一个重要方式，也是人为进行调控方式之一。
1998 年我国化肥平均施用量氮肥中的N已超过225 kg/hm2；而北欧等国家施用要相对低一些，挪威东南农田氮肥施用量为N 110 kg/hm2[4]。
土壤养分循环
第十章土壤养分循环土壤养分循环：是指在生物参与下，营养元素从土壤到生物，再从生物回到土壤的循环过程，是一个复杂的生物地球化学过程。
土壤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一、土壤氮素循环（一）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有效氮。
另一个是土壤氮的循环，即在土壤植物系统中，氮在动植物体、微生物体、土壤有机质、土壤矿物质各分室中的转化和迁移，包括有机氮的矿化和无机氮的生物固持作用、粘土对氨的固定和释放作用、硝化和反硝化作用、腐殖质形成和腐殖质稳定化作用。
（二）土壤的氮的获得（来源）1土壤氮的获得（来源）（1）土壤母质中的矿质元素（2）大气中分子氮的生物固定大气和土壤空气中的分子态氮不能被植物直接吸收、同化，必须经生物固定为有机氮化合物，直接或间接地进入土壤。
（3）雨水和灌溉水带入的氮灌溉水带入土壤的氮主要是硝态氮形态，其数量因地区、季节和降雨量而异。
大气层发生自然雷电现象，可使氮氧化成NO2及NO等氮氧化物。
（4）施用有机肥和化学肥料2土壤N存在形态土壤无机态氮主要是铵态氮和硝态氮，是植物能直接吸收利用的有效态氮。
有机态氮是土壤氮的主要存在形态，一般占土壤全量氮的95%以上，按其溶解度的大小及水解的难易分为水溶性有机氮、水解性有机氮和非水解性有机氮三类。
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，常总被称为速效态氮。
3土壤中氮的转化（1）有机态氮的矿化过程含氮的有机化合物，在多种微生物的作用下降解为简单的铵态氮的过程矿化过程：第一阶段：把复杂的含氮化合物的含氮化合物，如蛋白质、核酸、氨基糖及其多聚体等，经过微生物酶的系列作用下，逐级分解而形成简单的氨基化合物，称之为氨基化阶段。
农田土壤氮矿化研究进展
农田土壤氮矿化探究进展摘要：农田土壤氮矿化是指土壤中有机氮向无机氮的转化过程，是农作物氮素供应的重要来源之一。
本文对农田土壤氮矿化的探究进展进行了综述，包括氮矿化的机制、影响因素、评判方法以及对土壤氮矿化的调控措施等方面的探究进展。
文章旨在为农田土壤氮矿化的科学探究和实践应用提供参考。
一、引言农业生产中，氮素是增进作物生长和提高农产品产量的重要养分之一。
土壤中的氮素主要以有机氮的形式存在，需要经过氮矿化将其转化为可供作物吸纳利用的无机氮。
农田土壤氮矿化的探究不仅有助于揭示农业生产中氮素循环与利用的机制，还可为合理施肥和农田管理提供科学依据。
二、氮矿化的机制农田土壤中氮矿化的机制主要包括微生物活动、土壤酶活性以及土壤的生化过程等。
微生物在土壤中起着重要的作用，它们通过分解有机物质并释放出氨基酸等有机氮物质，从而被微生物转化为无机氮。
此外，土壤酶活性也参与了氮矿化的过程，如脲酶等酶能分解尿素和其他氮源，将其转化为氨。
土壤的生化过程涉及多个环节，包括氮素矿化、铵盐形成、硝化和硝化物的形成等。
三、氮矿化的影响因素氮矿化的过程易受到气候条件、土壤性质、农业经营措施等因素的影响。
气温柔湿度是氮矿化的主要影响因素之一，气温提高和湿度增加有利于土壤中有机氮的分解和转化。
土壤的性质也会影响氮矿化的速率，如土壤含水量、有机质含量、土壤pH值等。
此外，农业经营措施的选择也会影响氮矿化，如不同施肥管理措施对氮矿化的影响。
四、氮矿化的评判方法评判土壤氮矿化的方法主要包括土壤样品的采集与处理、试验室分析以及数据处理与分析等步骤。
土壤样品的采集与处理应结合详尽的探究目标和设计，如接受不同深度和时间点采样。
试验室分析包括测定土壤中的有机质含量、全氮含量以及铵态氮和硝态氮含量等。
数据处理与分析应用适当的统计方法，如方差分析等。
五、土壤氮矿化的调控措施合理的农田管理措施可以增进土壤中有机氮向无机氮的转化，提高氮肥的利用效率。
农田翻耕和遮盖物管理可增加土壤的微生物群落和土壤酶活性，从而增进氮矿化的过程。
提供一些关于氮循环的具体例子。
氮循环是生物地球化学中至关重要的一环，它涉及大气、土壤和生物体内氮元素的转化和循环。
下面我们将介绍一些关于氮循环的具体例子，以便更好地理解这一过程的复杂性和重要性。
1. 大气中的氮气固定: 大气中的氮气通过闪电、火山喷发等自然现象或工业活动释放的氮氧化物的作用，转化为可溶解在水中的硝酸盐或氨。
这些化合物被降雨带入土壤中，在土壤中进行生物固氮的重要过程。
2. 生物固氮: 微生物在土壤中能够将大气中的氮气转化为氨或其他化合物，这一过程称为生物固氮。
这主要由一些细菌和蓝藻来完成，它们的共生菌会与一些植物结合形成根瘤，这些植物就能利用这些微生物固氮的产物。
3. 植物吸收和利用氮: 植物通过根部吸收土壤中的氮化合物，并将其转化为氨基酸、蛋白质等有机化合物，从而用于生长和代谢。
4. 动物的氮循环: 动物通过食物链摄取植物中的氮化合物，将其转化为自身的组织和有机化合物。
当动物排泄时，它们的粪便中含有未被利用的氮化合物，这些又会被微生物分解还原为土壤中的无机氮。
5. 氮化合物的硝化和反硝化: 在土壤中，氨和氨基酸被硝化菌氧化成硝酸盐，这是一种氧化还原反应。
另反硝化细菌则将硝酸盐还原为氮气，或者其他氮氧化物。
6. 氮素流失: 在氮循环过程中，氮化合物也会流失到水体中，这可能导致水体富营养化，对水生生态系统造成危害。
以上是关于氮循环的一些具体例子，它们展示了氮元素在大气、土壤和生物体中的转化和循环过程。
深入理解氮循环对于生态学、农业和环境保护等领域具有重要意义。
只有掌握了氮循环的规律，我们才能更好地利用和管理氮资源，保护生态环境，保障人类和地球的可持续发展。
在继续深入探讨氮循环的过程时，我们不得不考虑到人类活动对氮循环的影响。
人类的工业和农业活动极大地改变了自然氮循环的平衡，导致了一系列严重的环境问题。
农业化肥的过度使用导致了土壤中氮化合物的过量积累，进而造成了水体富营养化问题；工业排放的氮氧化物则加剧了大气污染，对生态系统造成了严重危害。
氮循环(Nitrogen cycle)和农业物质循环讲解
3. 城市化和集约化农牧业使人畜废弃物的自然再循环受阻。其中， 人类的农业活动对氮循环的影响主要是由于不合理的作物耕作方 式以及氮肥施用而引起氮素的流失与亏损。其主要途径包括：
①反硝化(Denitrify)； ②氨挥发(Volatilization)； ③淋失(Leaching)； ④地表径流(Runoff)和土壤侵蚀(Corrosion)。
岩石
磷酸盐的沉淀（固化）
残体 土壤中的P （非有机态）
降解作用 Decomposition
土壤中的残体
全球磷循环存在的问题
1. 磷矿资源的开采与消耗 据统计，从1935年至1990年间，磷矿总开采量达
3.79×109t，相当于5×108t磷。1990年全球磷矿开 采量为1.5×108t，这相当于2×107t磷。按这一速度， 地球上的磷矿可开采750年。
氮循环(Nitrogen cycle)
植物生物量 动物生物量 枯枝落叶层
土壤：
有机质 不溶性无机氮 可溶性无机氮 微生物体
岩石
沉积物
煤
全球氮素储量（Tg N）
陆地 1.1×10-4～1.4×104 2×102 1.9×103～3.3×103
植物生物量 动物生物量 死亡有机质
可溶性
海洋
3×102 1.7×102
另外，由于各养分配合施用比例失衡也导致了磷素的流失。根据 有关试验调查统计资料表明，我国农业生产中各种化肥配合施用 时氮、磷（P2O5）、钾（K2O）的合理吸收比例大约为1: 0.45: 1， 而我国大部分地区的实际氮磷钾施用比例为：1: 0.45: 0.169。
钾肥所占比例严重超标，与氮磷肥的使用比例失调，影响了作物 对氮素和磷素的正常吸收，进而造成农田所施氮磷肥流失，污染 农田周边地域的水体环境，产生富营养化。有些地区甚至还出现 了地下水遭到氮磷污染的后果，使当地人畜饮水困难，对人们的 身心健康都构成了威胁。
农田土壤氮循环与农业可持续发展
农田土壤氮循环与农业可持续发展氮是作为生命中必需的元素之一，在土地生态系统中具有重要的地位。
农田土壤氮循环的合理管理对于农业可持续发展至关重要。
本文将探讨农田土壤氮循环的相关概念、机制和影响因素，并进一步探讨如何优化管理农业氮素以实现可持续的农业发展。
一、氮循环的概念和机制氮循环是指在自然生态系统中，氮元素在空气、土壤和生物体之间的循环过程。
这一过程主要包括氮的固定、转化、吸收和释放。
其中，氮的固定主要是指将空气中的氮气转化为植物可利用的氨或硝酸盐形式，这一过程主要通过植物共生菌和化学反应来实现。
而氮的转化则是指将氨或硝酸盐转化为其他化学形态的氮，如亚硝酸盐和硝酸盐。
氮的吸收则是指植物通过根系吸收土壤中的氮形式。
最后，氮的释放包括植物的死亡和有机质的分解，从而释放出土壤中的氮元素。
二、农田土壤氮循环的影响因素农田土壤氮循环的过程受到多种因素的影响，其中包括土壤性质、气候条件、作物类型和农业管理措施等。
首先，土壤性质对农田土壤氮循环有着重要的影响。
不同类型的土壤具有不同的氮贮存和释放能力，例如贫瘠土壤的氮循环速度较慢。
其次，气候条件也会直接影响农田土壤氮循环。
气温和降水量的变化将直接影响氮的转化和吸收速率。
此外，作物类型和农业管理措施也是农田土壤氮循环的关键因素，例如不同的作物对氮的吸收和利用能力不同，而化肥的使用和施肥技术也会影响氮的固定和转化过程。
三、优化农业氮素的管理为了实现农业的可持续发展，合理管理农业氮素是至关重要的。
首先，农民可以选择适合的作物种植，不同作物对氮的需求和利用能力不同，选择合适的作物有助于减少氮素的浪费和排放。
其次，农民可以采取合理的施肥措施，根据土壤测试结果和作物需求来精确施肥，避免过度施肥导致的氮素的积聚和流失。
此外，采用有机肥料代替化学肥料也是优化农业氮素管理的一种方法，有机肥料可以提高土壤质量，促进土壤中氮元素的循环和利用。
最后，农民可以引入农业循环系统，通过合理轮作和种植绿肥来实现氮的固定和转化，从而减少对外源氮素的依赖。
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农田土壤的氮循环
农田土壤的氮循环
农田土壤中的氮元素是植物生长的重要营养源之一，而氮的循环过程对农作物的生长发育具有重要的影响。
本文将探讨农田土壤中氮的来源、转化和损失的过程，以及如何合理管理土壤氮，提高农作物产量和质量。
一、土壤中氮的来源
氮的主要来源可以分为气氛氮和土壤有机氮两部分。
1. 气氛氮
空气中的氮气（N2）是气氛氮的主要组成部分，但大多数农作物无法直接利用氮气。
氮气通过闪电放电、工业氮固定和土壤微生物的作用转化为植物可以利用的形态。
2. 土壤有机氮
土壤有机氮主要来自植物残留物、动物排泄物和微生物尸体等有机质的分解过程。
这些有机物在土壤中腐解后，会释放出氨气（NH3）和无机氮（如尿素和硝酸盐）等形式。
二、土壤中氮的转化过程
土壤中的氮经历了一系列的转化过程，包括氨化、硝化和固氮等。
1. 氨化作用
氨化是指氨气（NH3）或尿素（CO(NH2)2）在土壤中转化为铵离
子（NH4+）的过程。
这一过程主要由土壤中的氨化细菌完成。
2. 硝化作用
硝化是指铵离子（NH4+）转化为硝酸盐（NO3-）的过程。
硝化分
为两个步骤：一氨氧化和硝化。
- 一氨氧化是由一氨氧化细菌完成的，将铵离子氧化为亚硝酸盐（NO2-）。
- 硝化是由硝化细菌完成的，将亚硝酸盐进一步氧化为硝酸盐。
硝化过程是氮循环中最关键的环节之一，硝酸盐是农作物主要吸收
的形态，也是氮损失的主要路径之一。
3. 固氮作用
固氮是指将空气中的氮气转化为化合态氮的过程，主要由固氮菌完成。
这些菌类能够将氮气固定为氨气或有机氮，进而进入土壤中。
三、土壤中氮的损失
在农田土壤中，氮的损失主要包括氨氧化后的亚硝酸盐流失、硝酸
盐淋失、挥发损失和微生物作用等。
1. 亚硝酸盐流失
亚硝酸盐在土壤中比硝酸盐不稳定，容易通过土壤渗漏到地下水中，导致氮的流失。
2. 硝酸盐淋失
硝酸盐在土壤中溶解度较高，容易随着水分的流动迁移到下层土壤或地下水中，造成氮的淋失。
3. 氨气挥发损失
土壤中的氨气在碱性条件下容易挥发为氨气，导致氮的损失。
4. 微生物作用
部分土壤微生物会将有机氮分解为无机氮，增加了土壤中无机氮的含量，但也可能导致无机氮的损失。
四、合理管理土壤氮的措施
为了提高农田土壤的氮利用效率，减少氮的损失和环境污染，需要采取一些管理措施。
1. 施肥技术
合理施肥是提高氮利用效率的关键。
可以根据土壤氮状况和农作物需求，科学配制氮磷钾肥料的比例，减少氮肥的用量。
此外，应注意施肥时间和方法，使氮肥能够与作物的生长需求相匹配。
2. 有机质管理
有机质的施用可以提高土壤的氮供应能力，并促进土壤中氮的转化和循环。
通过合理利用农作物秸秆、畜禽粪便等农业废弃物，可以增加土壤有机质含量，提高氮的供应能力。
3. 水肥一体化
通过科学管理灌溉水量和施肥量，保持土壤水分和养分的平衡，减少氮的淋失和损失。
4. 生物技术应用
应用生物技术手段，如菌肥、微生物肥料等，可以促进土壤中氮的固定和转化，提高氮的利用效率。
总结
农田土壤中氮的循环过程十分复杂，涉及到氮的来源、转化和损失等多个环节。
合理管理土壤氮，减少氮的损失，对于提高农作物产量和质量，保护环境意义重大。
因此，农民和农业专家应该根据具体情况，采取适当的管理措施，提高土壤氮的利用效率。