第一节 土壤氮素营养

1、 1. 施入土壤中的化学氮肥和有机肥料施入土壤中的化学氮肥和有机肥料2. 动植物残体的归还动植物残体的归还3. 生物固氮生物固氮4. 雷电降雨带来的雷电降雨带来的NH4和和NO3( (二二) )、土壤氮素的含量、土壤氮素的含量1 1 土壤氮素的含量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。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。切相关。我国土

2、壤含氮量的地域性规律：我国土壤含氮量的地域性规律： 北北 增加增加 西西 长江长江 东东 增加增加 南南 增加增加一般农业土壤耕层氮素含量在一般农业土壤耕层氮素含量在0.5-3.00.5-3.0g/kgg/kg之间。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。表层含氮量最高，以下各层随深度增加而锐减。1. 无机氮无机氮 吸附态吸附态 土壤胶体吸附土壤胶体吸附 (12) 固定态固定态 2：1型粘土矿物固定型粘土矿物固定 水溶性水溶性 速效氮源速效氮源 98%) 非水解性非水解性 难利用难利用 占

3、占3050% 离子态离子态 土壤溶液中土壤溶液中 土壤无机态氮土壤无机态氮: :位于粘土矿物晶层间的固定态铵是数位于粘土矿物晶层间的固定态铵是数量最大的一部分。量最大的一部分。1 1）土壤无机态氮）土壤无机态氮 交换性交换性NHNH4 4+ +、溶液中溶液中NHNH4 4+ +和和NONO3 3- -最易被植物吸收，一般为最易被植物吸收，一般为几个几个mg/kgmg/kg，具有重要的农学意义。，具有重要的农学意义。土壤无机氮还包括土壤无机氮还包括NONO2 2- -, ,一些含氮气体，如一些含氮气体，如 NHNH3 3、N N2 2O O、NONO、NONO2 2等。等。N N2 2O O是温

4、室气体之一。是温室气体之一。2 2）土壤有机态氮）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。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存在于土壤液相中。 铵态氮铵态氮 硝态氮硝态

5、氮 水体中的水体中的硝态氮硝态氮 矿化作用矿化作用 硝化作用硝化作用 生物固定生物固定 硝酸还原作用硝酸还原作用NH3 N2、NO、N2O 挥发损失挥发损失 反硝化作用反硝化作用吸附固定吸附固定 淋洗损失淋洗损失 有有机机质质有机氮有机氮生物生物 固定固定吸附态铵或吸附态铵或固定态铵固定态铵土壤中氮素转化的各个过程土壤中氮素转化的各个过程之间有着密切关系，在一定之间有着密切关系，在一定程度上存在着程度上存在着相互抑制或促相互抑制或促进作用。进作用。二.土壤氮素转化及其有效性 ( (一一) )有机态氮的矿化作用（氨化作用）与生物固持作有机态氮的矿化作用（氨化作用）与生物固持作用用（二）（二）铵的

6、粘土矿物固定与释放铵的粘土矿物固定与释放（三）硝化作用（三）硝化作用（四）反硝化作用（四）反硝化作用 ( (五五) ) 铵的吸收与吸附铵的吸收与吸附（六）（六）氨的挥发损失氨的挥发损失(一一)有机态氮的矿化作用（氨化作用）与生物固持有机态氮的矿化作用（氨化作用）与生物固持作用作用矿化作用矿化作用：在微生物作用下，土壤中的含在微生物作用下，土壤中的含氮有机质分解生成氨的过程。氮有机质分解生成氨的过程。 过程：过程： 有机氮有机氮 氨基酸氨基酸 NH4N有机酸有机酸 氨化微生物氨化微生物 水解、氧化、还原、转位水解、氧化、还原、转位 异养微生物异养微生物 水解酶水解酶解蛋白作用氨化作用发生条件：发

7、生条件：各种条件下均可发生各种条件下均可发生最适条件：最适条件：温度为温度为2030oC， 土壤湿度为田间持水量的土壤湿度为田间持水量的60， 土壤土壤pH7，C/N25:125:14. 4. 结果：结果：生成生成NH4N（有效化）有效化）氮素生物固持作用氮素生物固持作用: :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。机态氮的作用。作用：作用：暂时保存无机氮暂时保存无机氮u氮的矿化氮的矿化- -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。以及水、热条件等强烈影响

8、。u土壤氮素的矿化与土壤氮素的供应密切相关。土壤氮素的矿化与土壤氮素的供应密切相关。u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失，有利于肥料氮的保持。（二）（二） 铵的粘土矿物固定与释放铵的粘土矿物固定与释放u铵的粘土矿物铵的粘土矿物固定与释放固定与释放是两个相反的过程。是两个相反的过程。u铵被粘土矿物所吸持呈非交换性铵的过程为固定；铵被粘土矿物所吸持呈非交换性铵的过程为固定；u土壤粘土矿物所吸收的非交换性铵向交换性铵甚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。至水溶

9、性铵的转化过程称为释放。在粘土矿物中，只有在粘土矿物中，只有2：1型矿物才固定铵，不同的型矿物才固定铵，不同的2：1型粘土矿物固定铵的能力也不相同。型粘土矿物固定铵的能力也不相同。 结果结果：减缓减缓NHNH4 4的供应程度的供应程度u新固定的或施肥后新增加的固定态铵的有效性很高；新固定的或施肥后新增加的固定态铵的有效性很高；u固有的（土壤中原有的）固定态铵的有效性则较低。固有的（土壤中原有的）固定态铵的有效性则较低。u铵的固定可以在一定程度上起到调节土壤溶液中铵态氮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浓度、提高土壤对氮的缓冲能力、把

10、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。减少氮素的气态或淋失等损失。（三）硝化作用（三）硝化作用定义：定义：通气良好条件下，土壤中的通气良好条件下，土壤中的NH4 或或NH3在微生物的在微生物的作用下氧化成硝酸盐的现象作用下氧化成硝酸盐的现象过程：过程：NH4O2 NO2 4H 2NO2O2 2NO3 亚硝化细菌亚硝化细菌硝化细菌硝化细菌影响硝化作用的因素影响硝化作用的因素: :1.1.土壤水分土壤水分 2.2.气气3.3.热条件热条件 4.pH4.pH5.5.施入肥料的种类施入肥料的种类 6.

11、6.根系分泌物根系分泌物最适条件：最适条件： 铵充足、通气良好、铵充足、通气良好、pH6.57.5、2530oC结果：结果：形成形成NO3 N利：利：为喜硝植物提供氮素为喜硝植物提供氮素弊：弊：易随水流失和发生反硝化作用易随水流失和发生反硝化作用（四）反硝化作用 NO3 生物反硝化生物反硝化 N2 、NO、N2O 化学反硝化化学反硝化 1. 生物反硝化作用生物反硝化作用（嫌气条件下）（嫌气条件下） (1)定义定义：嫌气条件下，土壤中的硝态氮在反硝化细嫌气条件下，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菌作用下还原为气态氮从土壤中逸失的现象(2)过程：过程：NO3- 硝酸盐

12、还原细菌硝酸盐还原细菌 NO2- 反硝化细菌反硝化细菌 N2 、N2O、NO(3)最适条件：最适条件：土壤通气不良，新鲜有机质丰富土壤通气不良，新鲜有机质丰富 pH58，温度温度3035oC 稻田氮素损失的主要途径：稻田氮素损失的主要途径：占氮肥损失的占氮肥损失的35水田氮素反硝化损失示意图水田氮素反硝化损失示意图 2. 化学反硝化作用化学反硝化作用（可在好气条件下进行）（可在好气条件下进行） NO2 N2 、N2O、NO 发生条件发生条件： NO2存在存在3. 结果结果：造成氮素的气态挥发损失，造成氮素的气态挥发损失， 并污染大气并污染大气（五）（五）铵的吸收与吸附铵的吸收与吸附铵的吸附是指

13、铵的吸附是指土壤液相中的铵土壤液相中的铵被土壤颗粒表面所吸附被土壤颗粒表面所吸附的过程。的过程。铵的解吸则是指铵的解吸则是指土壤固相表面土壤固相表面吸附的铵（土壤交换性吸附的铵（土壤交换性铵）自土壤固相表面进入液相的过程。铵）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。类和浓度等因素的影响。铵的吸附量随土壤中粘粒含量、有机质含量、溶液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中铵的相

14、对浓度的增加而增多。增加而增多。土壤变土壤变干燥干燥时，时，吸附态铵吸附态铵可部分转化为可部分转化为固定态铵固定态铵；渍水渍水时，时，固定态铵固定态铵也因矿物膨胀而部分转变为也因矿物膨胀而部分转变为吸附态吸附态铵。铵。土壤对铵离子的吸附与解吸，影响着作物根系对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移，也影响着土壤对来自肥料的铵离子的保蓄与缓冲能力。能力。 （六）氨的挥发损失（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定义：在

15、中性或碱性条件下，发生在土壤液相中的一种化学平衡，土壤中的种化学平衡，土壤中的NH4转化为转化为NH3而挥发的过程而挥发的过程2. 过程：过程： NH4 OH NH3 H H 3. 影响因素：氨浓度，影响因素：氨浓度，pH，温度，风速等，温度，风速等 pH值值 NH3挥发挥发 6 0.1% 7 1.0% 8 10.0% 9 50.0% 土壤土壤CaCOCaCO3 3含量：呈正相关含量：呈正相关 温度：呈正相关温度：呈正相关 施肥深度：挥发量施肥深度：挥发量 表施表施 深施深施 土壤水分含量土壤水分含量 土壤中土壤中NH4的含量的含量4. 4. 结果：结果：造成氮素损失造成氮素损失三.土壤的供氮

16、能力土壤的供氮能力既是评价土壤肥力的一个重要指标，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。又是估算氮肥用量的重要依据。土壤全氮量土壤全氮量：反应了土壤氮素的贮量和土壤的基本肥：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。物难以直接利用。速效氮速效氮：为植物可以利用的氮素形式，主要包括土壤溶液：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

17、较大，含量通常很低，不能代表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。可给态氮的丰缺程度。水解态氮水解态氮：即用：即用1mol/L NaOH1mol/L NaOH处理土壤，经水解、扩散或处理土壤，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、水解性氮及速效氮目前一般以全氮、水解性氮及速效氮3 3种形态氮含量作为种形态氮含量作为诊断指标。诊断指标。土壤供氮能力指标土壤供氮能力指标： 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。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？收入收入：1.生物固氮（固定空气中的氮）生物固氮（固定空气中的氮） 2.大气沉降（土