第一節(jié) 土壤氮素營(yíng)養(yǎng)

1、 1. 施入土壤中的化學(xué)氮肥和有機(jī)肥料施入土壤中的化學(xué)氮肥和有機(jī)肥料2. 動(dòng)植物殘?bào)w的歸還動(dòng)植物殘?bào)w的歸還3. 生物固氮生物固氮4. 雷電降雨帶來(lái)的雷電降雨帶來(lái)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質(zhì)、植被、氣候等影土壤中氮素的含量受自然因素如母質(zhì)、植被、氣候等影響，同時(shí)也受人為因素如利用方式、耕作、施肥及灌溉響，同時(shí)也受人為因素如利用方式、耕作、施肥及灌溉等措施的影響。等措施的影響。我國(guó)自然植被下土壤表土中氮素的含量與有機(jī)質(zhì)含量密我國(guó)自然植被下土壤表土中氮素的含量與有機(jī)質(zhì)含量密切相關(guān)。切相關(guān)。我國(guó)土

2、壤含氮量的地域性規(guī)律：我國(guó)土壤含氮量的地域性規(guī)律： 北北 增加增加 西西 長(zhǎng)江長(zhǎng)江 東東 增加增加 南南 增加增加一般農(nóng)業(yè)土壤耕層氮素含量在一般農(nóng)業(yè)土壤耕層氮素含量在0.5-3.00.5-3.0g/kgg/kg之間。之間。較高的氮素含量往往被看成為土壤肥沃程度的重要標(biāo)志較高的氮素含量往往被看成為土壤肥沃程度的重要標(biāo)志。表層含氮量最高，以下各層隨深度增加而銳減。表層含氮量最高，以下各層隨深度增加而銳減。1. 無(wú)機(jī)氮無(wú)機(jī)氮 吸附態(tài)吸附態(tài) 土壤膠體吸附土壤膠體吸附 (12) 固定態(tài)固定態(tài) 2：1型粘土礦物固定型粘土礦物固定 水溶性水溶性 速效氮源速效氮源 98%) 非水解性非水解性 難利用難利用 占

3、占3050% 離子態(tài)離子態(tài) 土壤溶液中土壤溶液中 土壤無(wú)機(jī)態(tài)氮土壤無(wú)機(jī)態(tài)氮: :位于粘土礦物晶層間的固定態(tài)銨是數(shù)位于粘土礦物晶層間的固定態(tài)銨是數(shù)量最大的一部分。量最大的一部分。1 1）土壤無(wú)機(jī)態(tài)氮）土壤無(wú)機(jī)態(tài)氮 交換性交換性NHNH4 4+ +、溶液中溶液中NHNH4 4+ +和和NONO3 3- -最易被植物吸收，一般為最易被植物吸收，一般為幾個(gè)幾個(gè)mg/kgmg/kg，具有重要的農(nóng)學(xué)意義。，具有重要的農(nóng)學(xué)意義。土壤無(wú)機(jī)氮還包括土壤無(wú)機(jī)氮還包括NONO2 2- -, ,一些含氮?dú)怏w，如一些含氮?dú)怏w，如 NHNH3 3、N N2 2O O、NONO、NONO2 2等。等。N N2 2O O是溫

4、室氣體之一。是溫室氣體之一。2 2）土壤有機(jī)態(tài)氮）土壤有機(jī)態(tài)氮 一般情況下土壤有機(jī)態(tài)氮構(gòu)成了土壤全氮的絕大部分一般情況下土壤有機(jī)態(tài)氮構(gòu)成了土壤全氮的絕大部分。土壤有機(jī)態(tài)氮的組成較為復(fù)雜，以前已分離鑒定出的。土壤有機(jī)態(tài)氮的組成較為復(fù)雜，以前已分離鑒定出的含氮化合物單體有氨基酸、氨基糖，嘌呤、嘧啶以及微含氮化合物單體有氨基酸、氨基糖，嘌呤、嘧啶以及微量存在的葉綠素及其衍生物、磷脂、各種胺、維生素等量存在的葉綠素及其衍生物、磷脂、各種胺、維生素等。 絕大多數(shù)有機(jī)態(tài)氮存在于土壤固相中，只有很少量的絕大多數(shù)有機(jī)態(tài)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。 銨態(tài)氮銨態(tài)氮 硝態(tài)氮硝態(tài)

5、氮 水體中的水體中的硝態(tài)氮硝態(tài)氮 礦化作用礦化作用 硝化作用硝化作用 生物固定生物固定 硝酸還原作用硝酸還原作用NH3 N2、NO、N2O 揮發(fā)損失揮發(fā)損失 反硝化作用反硝化作用吸附固定吸附固定 淋洗損失淋洗損失 有有機(jī)機(jī)質(zhì)質(zhì)有機(jī)氮有機(jī)氮生物生物 固定固定吸附態(tài)銨或吸附態(tài)銨或固定態(tài)銨固定態(tài)銨土壤中氮素轉(zhuǎn)化的各個(gè)過(guò)程土壤中氮素轉(zhuǎn)化的各個(gè)過(guò)程之間有著密切關(guān)系，在一定之間有著密切關(guān)系，在一定程度上存在著程度上存在著相互抑制或促相互抑制或促進(jìn)作用。進(jìn)作用。二.土壤氮素轉(zhuǎn)化及其有效性 ( (一一) )有機(jī)態(tài)氮的礦化作用（氨化作用）與生物固持作有機(jī)態(tài)氮的礦化作用（氨化作用）與生物固持作用用（二）（二）銨的

6、粘土礦物固定與釋放銨的粘土礦物固定與釋放（三）硝化作用（三）硝化作用（四）反硝化作用（四）反硝化作用 ( (五五) ) 銨的吸收與吸附銨的吸收與吸附（六）（六）氨的揮發(fā)損失氨的揮發(fā)損失(一一)有機(jī)態(tài)氮的礦化作用（氨化作用）與生物固持有機(jī)態(tài)氮的礦化作用（氨化作用）與生物固持作用作用礦化作用礦化作用：在微生物作用下，土壤中的含在微生物作用下，土壤中的含氮有機(jī)質(zhì)分解生成氨的過(guò)程。氮有機(jī)質(zhì)分解生成氨的過(guò)程。 過(guò)程：過(guò)程： 有機(jī)氮有機(jī)氮 氨基酸氨基酸 NH4N有機(jī)酸有機(jī)酸 氨化微生物氨化微生物 水解、氧化、還原、轉(zhuǎn)位水解、氧化、還原、轉(zhuǎn)位 異養(yǎng)微生物異養(yǎng)微生物 水解酶水解酶解蛋白作用氨化作用發(fā)生條件：發(fā)

7、生條件：各種條件下均可發(fā)生各種條件下均可發(fā)生最適條件：最適條件：溫度為溫度為2030oC， 土壤濕度為田間持水量的土壤濕度為田間持水量的60， 土壤土壤pH7，C/N25:125:14. 4. 結(jié)果：結(jié)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: :土壤微生物同化無(wú)機(jī)態(tài)氮并將其轉(zhuǎn)化成細(xì)胞中有土壤微生物同化無(wú)機(jī)態(tài)氮并將其轉(zhuǎn)化成細(xì)胞中有機(jī)態(tài)氮的作用。機(jī)態(tài)氮的作用。作用：作用：暫時(shí)保存無(wú)機(jī)氮暫時(shí)保存無(wú)機(jī)氮u氮的礦化氮的礦化- -生物固持作用過(guò)程的相對(duì)強(qiáng)弱，受能源物質(zhì)種類和數(shù)量生物固持作用過(guò)程的相對(duì)強(qiáng)弱，受能源物質(zhì)種類和數(shù)量以及水、熱條件等強(qiáng)烈影響。以及水、熱條件等強(qiáng)烈影響

8、。u土壤氮素的礦化與土壤氮素的供應(yīng)密切相關(guān)。土壤氮素的礦化與土壤氮素的供應(yīng)密切相關(guān)。u肥料氮的生物固持有利于減少土壤溶液中礦質(zhì)態(tài)氮的積累和氮素?fù)p肥料氮的生物固持有利于減少土壤溶液中礦質(zhì)態(tài)氮的積累和氮素?fù)p失，有利于肥料氮的保持失，有利于肥料氮的保持。（二）（二） 銨的粘土礦物固定與釋放銨的粘土礦物固定與釋放u銨的粘土礦物銨的粘土礦物固定與釋放固定與釋放是兩個(gè)相反的過(guò)程。是兩個(gè)相反的過(guò)程。u銨被粘土礦物所吸持呈非交換性銨的過(guò)程為固定；銨被粘土礦物所吸持呈非交換性銨的過(guò)程為固定；u土壤粘土礦物所吸收的非交換性銨向交換性銨甚土壤粘土礦物所吸收的非交換性銨向交換性銨甚至水溶性銨的轉(zhuǎn)化過(guò)程稱為釋放。至水溶

9、性銨的轉(zhuǎn)化過(guò)程稱為釋放。在粘土礦物中，只有在粘土礦物中，只有2：1型礦物才固定銨，不同的型礦物才固定銨，不同的2：1型粘土礦物固定銨的能力也不相同。型粘土礦物固定銨的能力也不相同。 結(jié)果結(jié)果：減緩減緩NHNH4 4的供應(yīng)程度的供應(yīng)程度u新固定的或施肥后新增加的固定態(tài)銨的有效性很高；新固定的或施肥后新增加的固定態(tài)銨的有效性很高；u固有的（土壤中原有的）固定態(tài)銨的有效性則較低。固有的（土壤中原有的）固定態(tài)銨的有效性則較低。u銨的固定可以在一定程度上起到調(diào)節(jié)土壤溶液中銨態(tài)氮銨的固定可以在一定程度上起到調(diào)節(jié)土壤溶液中銨態(tài)氮濃度、提高土壤對(duì)氮的緩沖能力、把速效氮肥變?yōu)榫徯舛取⑻岣咄寥缹?duì)氮的緩沖能力、把

10、速效氮肥變?yōu)榫徯У实淖饔?，不僅有利于作物良好生長(zhǎng)，而且也有助于氮肥的作用，不僅有利于作物良好生長(zhǎng)，而且也有助于減少氮素的氣態(tài)或淋失等損失。減少氮素的氣態(tài)或淋失等損失。（三）硝化作用（三）硝化作用定義：定義：通氣良好條件下，土壤中的通氣良好條件下，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鹽的現(xiàn)象作用下氧化成硝酸鹽的現(xiàn)象過(guò)程：過(guò)程：NH4O2 NO2 4H 2NO2O2 2NO3 亞硝化細(xì)菌亞硝化細(xì)菌硝化細(xì)菌硝化細(xì)菌影響硝化作用的因素影響硝化作用的因素: :1.1.土壤水分土壤水分 2.2.氣氣3.3.熱條件熱條件 4.pH4.pH5.5.施入肥料的種類施入肥料的種類 6.

11、6.根系分泌物根系分泌物最適條件：最適條件： 銨充足、通氣良好、銨充足、通氣良好、pH6.57.5、2530oC結(jié)果：結(jié)果：形成形成NO3 N利：利：為喜硝植物提供氮素為喜硝植物提供氮素弊：弊：易隨水流失和發(fā)生反硝化作用易隨水流失和發(fā)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 化學(xué)反硝化化學(xué)反硝化 1. 生物反硝化作用生物反硝化作用（嫌氣條件下）（嫌氣條件下） (1)定義定義：嫌氣條件下，土壤中的硝態(tài)氮在反硝化細(xì)嫌氣條件下，土壤中的硝態(tài)氮在反硝化細(xì)菌作用下還原為氣態(tài)氮從土壤中逸失的現(xiàn)象菌作用下還原為氣態(tài)氮從土壤中逸失的現(xiàn)象(2)過(guò)程：過(guò)程：NO3- 硝酸鹽

12、還原細(xì)菌硝酸鹽還原細(xì)菌 NO2- 反硝化細(xì)菌反硝化細(xì)菌 N2 、N2O、NO(3)最適條件：最適條件：土壤通氣不良，新鮮有機(jī)質(zhì)豐富土壤通氣不良，新鮮有機(jī)質(zhì)豐富 pH58，溫度溫度3035oC 稻田氮素?fù)p失的主要途徑：稻田氮素?fù)p失的主要途徑：占氮肥損失的占氮肥損失的35水田氮素反硝化損失示意圖水田氮素反硝化損失示意圖 2. 化學(xué)反硝化作用化學(xué)反硝化作用（可在好氣條件下進(jìn)行）（可在好氣條件下進(jìn)行） NO2 N2 、N2O、NO 發(fā)生條件發(fā)生條件： NO2存在存在3. 結(jié)果結(jié)果：造成氮素的氣態(tài)揮發(fā)損失，造成氮素的氣態(tài)揮發(fā)損失， 并污染大氣并污染大氣（五）（五）銨的吸收與吸附銨的吸收與吸附銨的吸附是指

13、銨的吸附是指土壤液相中的銨土壤液相中的銨被土壤顆粒表面所吸附被土壤顆粒表面所吸附的過(guò)程。的過(guò)程。銨的解吸則是指銨的解吸則是指土壤固相表面土壤固相表面吸附的銨（土壤交換性吸附的銨（土壤交換性銨）自土壤固相表面進(jìn)入液相的過(guò)程。銨）自土壤固相表面進(jìn)入液相的過(guò)程。銨的吸附與解吸是銨在土壤液相與固相之間的一種平銨的吸附與解吸是銨在土壤液相與固相之間的一種平衡過(guò)程，其平衡點(diǎn)受土壤陽(yáng)離子交換量、伴隨陽(yáng)離子種衡過(guò)程，其平衡點(diǎn)受土壤陽(yáng)離子交換量、伴隨陽(yáng)離子種類和濃度等因素的影響。類和濃度等因素的影響。銨的吸附量隨土壤中粘粒含量、有機(jī)質(zhì)含量、溶液銨的吸附量隨土壤中粘粒含量、有機(jī)質(zhì)含量、溶液中銨的相對(duì)濃度的中銨的相

14、對(duì)濃度的增加而增多。增加而增多。土壤變土壤變干燥干燥時(shí)，時(shí)，吸附態(tài)銨吸附態(tài)銨可部分轉(zhuǎn)化為可部分轉(zhuǎn)化為固定態(tài)銨固定態(tài)銨；漬水漬水時(shí)，時(shí)，固定態(tài)銨固定態(tài)銨也因礦物膨脹而部分轉(zhuǎn)變?yōu)橐惨虻V物膨脹而部分轉(zhuǎn)變?yōu)槲綉B(tài)吸附態(tài)銨。銨。土壤對(duì)銨離子的吸附與解吸，影響著作物根系對(duì)銨土壤對(duì)銨離子的吸附與解吸，影響著作物根系對(duì)銨離子的吸收，影響著土壤中無(wú)機(jī)氮素形態(tài)的轉(zhuǎn)化、遷離子的吸收，影響著土壤中無(wú)機(jī)氮素形態(tài)的轉(zhuǎn)化、遷移，也影響著土壤對(duì)來(lái)自肥料的銨離子的保蓄與緩沖移，也影響著土壤對(duì)來(lái)自肥料的銨離子的保蓄與緩沖能力。能力。 （六）氨的揮發(fā)損失（六）氨的揮發(fā)損失1. 定義：在中性或堿性條件下，發(fā)生在土壤液相中的一定義：在

15、中性或堿性條件下，發(fā)生在土壤液相中的一種化學(xué)平衡，土壤中的種化學(xué)平衡，土壤中的NH4轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為NH3而揮發(fā)的過(guò)程而揮發(fā)的過(guò)程2. 過(guò)程：過(guò)程： NH4 OH NH3 H H 3. 影響因素：氨濃度，影響因素：氨濃度，pH，溫度，風(fēng)速等，溫度，風(fēng)速等 pH值值 NH3揮發(fā)揮發(fā) 6 0.1% 7 1.0% 8 10.0% 9 50.0% 土壤土壤CaCOCaCO3 3含量：呈正相關(guān)含量：呈正相關(guān) 溫度：呈正相關(guān)溫度：呈正相關(guān) 施肥深度：揮發(fā)量施肥深度：揮發(fā)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. 結(jié)果：結(jié)果：造成氮素?fù)p失造成氮素?fù)p失三.土壤的供氮

16、能力土壤的供氮能力既是評(píng)價(jià)土壤肥力的一個(gè)重要指標(biāo)，土壤的供氮能力既是評(píng)價(jià)土壤肥力的一個(gè)重要指標(biāo)，又是估算氮肥用量的重要依據(jù)。又是估算氮肥用量的重要依據(jù)。土壤全氮量土壤全氮量：反應(yīng)了土壤氮素的貯量和土壤的基本肥：反應(yīng)了土壤氮素的貯量和土壤的基本肥力狀況。然而土壤中的全氮主要以有機(jī)態(tài)存在，一般植力狀況。然而土壤中的全氮主要以有機(jī)態(tài)存在，一般植物難以直接利用。物難以直接利用。速效氮速效氮：為植物可以利用的氮素形式，主要包括土壤溶液：為植物可以利用的氮素形式，主要包括土壤溶液中的硝態(tài)氮和銨態(tài)氮，代換性銨和部分簡(jiǎn)單的有機(jī)態(tài)氮，受中的硝態(tài)氮和銨態(tài)氮，代換性銨和部分簡(jiǎn)單的有機(jī)態(tài)氮，受植物吸收和環(huán)境條件的影響

17、較大，含量通常很低，不能代表植物吸收和環(huán)境條件的影響較大，含量通常很低，不能代表可給態(tài)氮的豐缺程度。可給態(tài)氮的豐缺程度。水解態(tài)氮水解態(tài)氮：即用：即用1mol/L NaOH1mol/L NaOH處理土壤，經(jīng)水解、擴(kuò)散或處理土壤，經(jīng)水解、擴(kuò)散或蒸餾進(jìn)行測(cè)定的氮含量。能反應(yīng)土壤中氮的供應(yīng)強(qiáng)度和容量蒸餾進(jìn)行測(cè)定的氮含量。能反應(yīng)土壤中氮的供應(yīng)強(qiáng)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種形態(tài)氮含量作為種形態(tài)氮含量作為診斷指標(biāo)。診斷指標(biāo)。土壤供氮能力指標(biāo)土壤供氮能力指標(biāo)： 作物在不施氮區(qū)的全生長(zhǎng)期內(nèi)吸氮量作為土壤供氮作物在不施氮區(qū)的全生長(zhǎng)期內(nèi)吸氮量作為土壤供氮能力的指標(biāo)。土壤供氮量包括當(dāng)季作物種植時(shí)土壤中已能力的指標(biāo)。土壤供氮量包括當(dāng)季作物種植時(shí)土壤中已經(jīng)積累的礦質(zhì)氮量和作物生長(zhǎng)期內(nèi)土壤氮素的礦化量。經(jīng)積累的礦質(zhì)氮量和作物生長(zhǎng)期內(nèi)土壤氮素的礦化量。問(wèn)：土壤氮素的收入和支出有哪些途徑？收入收入：1.生物固氮（固定空氣中的氮）生物固氮（固定空氣中的氮） 2.大氣沉降（土