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土壤氮的矿化作用和固持作用
瑞典农业科学大学
6.1 背景
N的供应是作物生产的主要决定因素之一，在许多农业系统中，通过施肥以增加N的输入乃是惯常的方法。因此，急切需要从两个方面来改善作物生产中的N因子，即一方面提高作物对N的吸收利用率，另一方面则要限制氮损失于外部环境中。
作物生产中改善N的经济利用的各种可能性乃是要全面彻底了解N的转化过程，其中最主要的是由微生物进行的过程，任何既定的N转化作用都会影响农作物的最终产量,即植物有用产品的产量。
在基础科学如生物化学、微生物学和植物生理学领域内，都对各个N的转化作用过程进行了广泛的研究。因此积累了有关N的各种各样的转化过程、N转化的环境条件、N转化的机制、中间产物和最后产物等方面的大量资料。相反，关于N转化的生态统一性，即土壤上作物生产的整个过程却了解甚少。
从生态观点来看，单一的N转化过程的研究通常所提供的信息太孤立和专一。因此，考虑到完整的生态系统由各个N的转化作用及途径、N贮库及其互相作用等因子构成，所以必须通过补充任何既定N转化过程的专门知识并进行综合研究才能完成。
6.1.1 矿化作用和固持作用的过程
在本章中，我们将要讨论土壤中两个独立的N转化过程的生态学功能，即N的矿化作用和固持作用。这两个过程实质上都属于生物化学过程，而且两者都依赖于构成异养生物体的微生物活性（Bartholomew，1965；Jansson，1971）。
N由有机态转化为无机态NH4＋或NH3的过程被定义为N的矿化作用。这种过程是由利用有机物质作为能源的异养土壤微生物进行的。
无机N化合物（NH4＋，NH3，NO3-，NO2-转化为有机态N的过程被定义为N的固持作用。土壤生物能同化无机N化合物，并将其转化为构成土壤生物的细胞和组织，即土壤生物体的有机N成分。
植物吸收和同化无机N化合物是固持作用的一种变性（variant），这正如自养和异养土壤微生物对N 的固定那样。尽管如此，植物对N的同化作用和N的固定作用通常均不列入固持作用的定义范畴。
6.1.2 与大自然N循环的关系
在土壤生态系统中，各个N转化过程的相互作用导致N在转移过程中按生物化学途径进行的一种N贮库的方式。这种功能方式通常称之为N循环（Campbell，1978；Jansson，1971）。矿化作用和固持作用两者在大自然N循环中都具有其基本的功能（Bartholomew，1965；Jagsson，1958）。
在生态系统中进行的大自然N循环，其主要特点之一是在自养生物活性和异养生物活性之间的相互作用。绿色植物通过光合作用捕获太阳能并以其组织的形态贮存起来。当其落入土壤时，这种植物材料使作
土壤水分动态对氮素净矿化的影响 土壤氮素矿化作用作为氮素内循环的重要环节之一,直接决定了氮素的有效性,显著影响了生态系统的结构和功能。水分动态变化通过影响矿质氮的输入、输出和氮矿化速率等显著影响土壤氮素的有效性。 本论文以不同质地、不同土地利用方式下土壤样品为对象,设计“恒温恒水”、“恒温变水”和“变温变水”3种不同水分动态处理,比较分析了土壤水分条件由理想条件恢复到实际条件的过渡过程中氮素矿化特征的变化规律,研究结果可为准确预测不同类型土壤氮矿化潜力和优化土壤氮素矿化模型提供重要参数。研究结论如下:(1)“恒温恒水条件”下,土壤累积净氮矿化量和净氮矿化速率分别与水分含量呈显著正相关关系,在100%田间持水量(FC)条件下累积净氮矿化量 和净氮矿化速率均达到最大值。 水分含量对氮素矿化的影响与土壤质地和土地利用方式有关。质地对氮素矿化特征有极显著影响,土地利用方式对土壤氮素矿化特征的影响不显著。 (2)“恒温恒水条件”下,在水分较充足时(60%FC、80%FC和100%FC),一级动力学模型对氮素矿化的拟合效果较好,R~2在0.64~0.99之间(P<0.001);二元一次回归方程可以拟合氮素矿化对水分含量和培养时间的响应关系,土壤累积氮素净矿化量随水分含量的增加呈线性增加趋势,随培养时间的延长呈对数增加趋势。(3)恒温变水和变温变水条件下均可用一级动力学模型拟合氮素净矿化过程,多数土壤样品氮素净矿化量在两种水分条件下累积均随时间的延长而增加。 (4)土壤累积氮素净矿化量对时间和水分的响应曲面有所差异,可分为“上升型”和“先上升后平稳型”,恒温恒水条件下呈逐渐上升的趋势,在恒温变水条件和变温变水条件下呈先上升后平稳的趋势。(5)恒温变水条件下累积氮素净矿化
水化学 周立平水产1801班2018308210108 题目：分析天然水体中氮磷的循环特征及其在水生态系统中的重要意义。 分析结果： 第一部分：天然水体中氮的循环特征及其在水生态系统中的重要意义。 1、天然水体中氮的来源 2、天然水体中氮的存在形式 3、天然水体中无机氮的分布变化 4、天然水中氮的循环 5、天然水体中氮的消耗 6、天然水体中氮在生态系统中的意义 第二部分：天然水体中磷的循环特征及其在水生态系统中的重要意义。 1、天然水体中磷的来源 2、天然水体中磷的存在形式 3、天然水体中无机磷的分布变化 4、天然水中磷的循环 5、天然水体中磷的消耗 6、天然水体中磷在生态系统中的意义
第一部分：天然水体中氮的循环特征及其在水生态系统中的重要意义。 1、天然水体中氮的来源 天然水体中化合态氮的来源很广，包括大气降水下落过程中从大气中的淋溶、地下径流从岩石土壤的溶解、水体中水生生物的代谢、水中生物的固氮作用、以及沉积物中氮元素的释放等。另外，近年来随着工农业生产的发展、人口的增加、工业和生活污水的排放、农业的退水造成对环境的污染日益严重，污染成了天然水化合态氮的重要来源。根据文献报道,如我国滇池、东湖等城郊湖泊,由于受生活污水的影响，氨氮含量高达0. 09~2.8 mg/L。但是对于水产养殖水体,施肥投饵及养殖生物的代谢是水中氮的主要来源。 天然水和沉积物中的一些藻类(蓝.绿藻)及细菌,它们具有特殊的酶系统,能把一般生物不能利用的单质N2,转变为生物能够利用的化合物形态,这一过程称为固氮作用。湖泊沉积物中存在大量的固氮细菌,如巴氏固氮梭菌,大部分集中于上层2 cm内；海洋中的固氮藻类有束毛藻项圈藻属、念珠蓝藻属等,它们既有营自由生活的,也有与其他初级生产者共生、或与动物(如海胆、船蛆)共生的。在固氮作用进行时,固氮酶系统需要外界供给Fe、Mg、Mo,有时还需B、Ca、Co等,水中这些微生物的含量对固氮作用有着决定性作用。 2、天然水体中氮的存在形式 天然水域中,氮的存在形态可粗略分为5种:溶解游离态氮气、氨(铵)态氮、硝酸态氮、亚硝酸态氮和有机氮化物。有机氮化物包括尿素、氨基酸、蛋白质腐殖酸等及其分解产物,这类物质的含量相对少,性质比较复杂,至今还不十分清楚。 （1）溶解游离态氮气：天然水中氮的最丰富形态是溶解游离态氮气,它主要来自空气的溶解。地表水中的游离氮的含量为近饱和值。由于脱氮作用以及固氮作用可能改变其含量,但其影响不大,在天然水域中,游离态氮的行为基本上是保守的。 （2）硝酸态氮(NO5-N)：在通气良好的天然水域,NO5是含氮化合物的稳定形态,在各种无机化合态氮中占优势。它是含氮物质氧化的最终产物,但在缺氧水体中可受反硝化菌的作用而被还原。 （3）亚硝酸态氮(NO2 -N)：天然水中NO2通常比其他形态的无机氮的含量要低很多,NO2 -N是NHt -N和NO5 - N之间的一种中间氧化状态,它可以作为NHt-N的氧化和NO;-N的还原的一种过渡形态,而且在自然条件下,这两种过程受微生物的作用而活化,因此它是一种不稳定的形态。 （4）氨(铵)态氦(TNH -N)：天然水的氨(铵)态氦是指在水中以NH和NH;形态存在
土壤净氮矿化率的测定—厌氧培养法(Anaerobic method) 一,实验目的 1.掌握厌氧培养法测定土壤净氮矿化率的基本原理与操作方法 2.掌握凯氏定氮的原理和蒸馏定氮器或氨气敏电极的使用方法 返回 二,实验内容 1.土样的野外采集与处理 2.土样水淹状态下厌氧矿化培养 3.凯氏定氮法测定土样矿化率 返回 三,实验原理 1.背景知识 ①土壤中的氮素 氮素是蛋白质和核酸的重要组成部分,同时又是叶绿素,酶,维生素,生物碱等的必要成分,在植物细胞的生长,分化和各种代谢过程中,氮素都起着重要的作用.土壤中的氮绝大部分(约90%以上)以复合态存在于有机质或腐殖质中,而大多数的植物所吸收利用的氮素主要是无机态的铵态氮和硝态氮.土壤中的有机质和腐殖质等有机态氮通过氮素矿化作用(主要是土壤微生物作用)释放出无机态氮(主要是铵态氮与硝态氮),为植物吸收利用. 返回 ②氮素矿化作用与土壤净氮矿化率 氮素矿化作用是土壤中有机态氮经土壤微生物的分解,转化为无机态氮的过程,它在生态系统中是土壤对植物生长供给氮素的关键过程. 土壤净氮矿化率则是描述土壤氮素矿化作用速率的指标,指单位时间内土壤有机态氮经矿化作用转化为易被植物利用的无机态氮的量.它在一定程度上反映了土壤对植物氮素的供应能力,对农业生产中作物的选择和肥料的施用都起着指导性的作用. ③测试方法简介 目前国内外土壤矿化氮的测定方法主要是生物培养法,此法测定的是土壤中氮的潜在供应能力,其结果与植物生长的相关性较高.生物培养法分为好氧培养法(aerobic method)和厌氧培养法(anaerobic method). 好氧培养法:使土样在适宜的温度,水分,通气条件下进行培养,测定培养过程中释放出的无机态氮,即在培养之前和培养之后测定土壤中无机态氮(铵态氮和硝态氮等)的总量,二者之差即为矿化氮.好氧培养法沿用至今已有很多改进,主要反映在:用的土样质量(10～15g),加或不加填充物(如砂,蛭石)以及土样和填充物的比例,温度控制(25～35℃),水分和通气调节(如土10g,加水6mL或加水至土壤持水量的60%),培养时间(14～20天)等.很明显,培养的条件不同,测出的结果也会不同. 厌氧培养法:通常以水淹创造条件进行培养(water logging method),测定土壤中有机态氮经矿化作用转化的无机态氮的量.其培养过程中条件的控制比较容易掌握,不需要考虑同期条件和严格的水分控制,可用较少土样和较短培养时间,方法简单且快速,结果的再现性较好,更适合于例行分析.故本试验采用厌氧培养法. 2,基本原理
土壤氮素的形态及其转化 过程 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020
土壤氮素的形态及其转化过程 摘要：氮是植物生长发育所必需的大量元素，对植物的产量和品质影响很大。土壤中氮素的形态及其转化过程和结果则直接决定了氮对植物生长的有效性的大小，了解土壤中氮素存在的形态和其转化过程，对于科学合理经济的肥料施用具有现实的启示作用。 关键词：氮素；形态；转化过程 土壤中氮素的含量受自然因素和人为因素的双重影响，较高的氮素含量表明土壤肥力也较高。自然条件下，土壤没有受到人为因素的影响，有机质日积月累，土壤中氮的含量也较高。耕地土壤氮素含量及转化过程则更强烈的受到人为耕作、施肥、不同作物等因素的影响，因而相对表现的复杂一些。 一、土壤中氮素的形态 1.无机态氮 无机态氮包括固定态NH4+、交换性NH4+、土壤溶液中的NH4+、硝态氮（NO3-）、亚硝态氮等，这其中以NH4+离子和NO3-离子最容易被植物吸收利用，农业生产中常常用到的碱解氮，也叫水解氮或速效氮，就属于无机态氮中的一部分。无机态氮并不是全部都能被植物所直接吸收利用，它们中的大部分是被粘土矿物晶层所固定了的固定态铵，不能作为速效氮存在。固定态铵只有在土壤中经过相
应的转化，转化为铵离子或硝酸离子、硝酸盐类的含氮物，才能为作物利用。 2.有机态氮 有机态氮构成了土壤全氮的绝大部分。它们与有机质或粘土矿物相结合，或与多价阳离子形成复合体。有机态氮大都难以分解，并不能为作物所直接吸收利用。但有机态氮的含量高低依然是衡量土壤肥力高低的重要指标，有机态氮的含量高，可被转化的氮素水平也相应的高，其作为植物氮素营养‘库’的存在是有很大的作用的。 二、土壤中氮素的转化过程 1.氮素的矿化与生物固持作用 氮素的矿化作用，简单的说就是有机态的、不易分解的氮素及含氮化合物在土壤中微生物的参与下分解转化为无机态氮的过程，是一个氮的速效化的过程，也是一个可利用氮素增加的过程。氮的固持作用，就是土壤中的无机态氮在土壤微生物的作用下转化为细胞体中有机态氮的过程，其对于农业生产上的实质就是可利用的速效氮的减少过程。 2.铵离子的固定与释放 铵离子的固定，其实质就是土壤溶液中的能自由移动的、可交换的铵离子被土壤胶体所吸附，变成不可交换的铵离子的过程，固定了的铵离子不能再被交换到土壤溶液
土壤中的氮素及其转化 1.土壤中氮素的来源和含量 1.1 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NO3—N。 1.2 含量 我国耕地土壤全氮含量为0.04%~0.35%之间，与土壤有机质含量呈正相关。 2. 土壤中氮素的形态 3. 土壤中氮素的转化 3.1 有机氮的矿化作用 定义：在微生物作用下，土壤中的含氮有机质分解形成氨的过程。 过程：有机氮氨基酸NH4＋-N＋有机酸 结果：生成NH4＋-N（使土壤中有机态的氮有效化）
3.2 土壤粘土矿物对NH4＋的固定 定义：①吸附固定（土壤胶体吸附）：由于土壤粘土矿物表面所带负电荷而引起的对NH4＋的吸附作用 ②晶格固定（粘土矿物固定）：NH4＋进入2:1型膨胀性粘土矿物的晶层间而被固定的作用 过程： 结果：减缓NH4＋的供应程度（优点？缺点？） 3.3氨的挥发 定义：在中性或碱性条件下，土壤中的NH4＋转化为NH3而挥发的过程 过程： 结果：造成氮素损失 3.4硝化作用 定义：通气良好条件下，土壤中的NH4＋在微生物的作用下氧化成硝酸盐的现象 过程： 结果：形成NO3--N 利：为喜硝植物提供氮素 弊：易随水流失和发生反硝化作用 3.5无机氮的生物固定 定义：土壤中的铵态氮和硝态氮被植物体或者微生物同化为其躯体的组成成分而被暂时固定的现象。 过程： 结果：减缓氮的供应，可减少氮素的损失 3.6反硝化作用
定义：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 过程： 结果：造成氮素的气态挥发损失，并污染大气 3.7硝酸盐的淋洗损失 NO3-不能被土壤胶体吸附，过多的硝态氮容易随降水或灌溉水流失。 结果：氮素损失，并污染水体 4. 小结：土壤有效氮增加和减少的途径 增加途径：①施肥(有机肥、化肥)；②氨化作用；③硝化作用(喜硝作物)；④生物固氮；⑤雷电降雨 降低途径：①植物吸收带走；②氨的挥发损失；③硝化作用(喜铵作物)；④反硝化作用；⑤硝酸盐淋失；⑥生物和吸附固定(暂时) 氮肥的种类、性质和施用 氮肥的种类很多，根据氮肥中氮素的形态，常用的氮肥一般可分为三大类。 ①铵态氮肥，如氨水、硫酸铵、碳酸氢铵、氯化铵等；②硝态氮肥，如硝酸钠、硝酸钙、硝酸钾等；③酰胺态氮肥，如尿素。另外还有一类不同于以上的是长效氮肥（缓释/控释氮肥），如合成有机肥料（脲甲醛，脲乙醛等）和包膜肥料等。 1.铵态氮肥 共同性质：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；④碱性环境中氨易挥发。
土壤有机质的作用及调节 一、土壤有机质的作用 土壤有机质在土壤肥力和植物营养中具有多方面的重要作用。主要包括以下几个方面： （一）提供作物需要的各种养分 土壤有机质不仅是一种稳定而长效的氮源物质，而且它几乎含有作物和微生物所需要的各种营养元素。大量资料表明，我国主要土壤表土中大约80%以上的氮、20%~76%的磷以有机态存在，在大多数非石灰性土壤中，有机态硫占全硫的75%~95%。随着有机质的矿质化，这些养分都成为矿质盐类（如铵盐、硫酸盐、磷酸盐等），以一定的速率不断地释放出来，供作物和微生物利用。 ，另外，据估计土壤有机质的分解以及微生物和根系呼吸作用所产生的CO 2 每年可达1.35*1011t,大致相当于陆地植物的需要量,可见土壤有机质的矿化分的重要来源,也是植物碳素营养的重要来源. 解是大气中CO 2 此外，土壤有机质在分解过程中，还可产生多种有机酸（包括腐殖酸本身），这对土壤矿质部分的一定溶解能力，促进风化，有利于某些养分的有效化，还能络合一些多价金属离子，使之在土壤溶液中不致沉淀而增加了有效性。 （二）增强土壤的保水保肥能力和缓冲性 腐殖质疏松多孔，又是亲水胶体，能吸持大量水分，故能大大提高土壤的保水能力。此外腐殖质改善了土壤渗透性，可减少水分的蒸发等，为作物提供更多的有效水。 腐殖质因带有正负两种电荷，故可吸咐阴、阳离子；又因其所带电性以负电 +、Ca2+、荷为主，所以它具有较强的吸咐阳离子的能力，其中作为养料的K+、NH 4 Mg2+等阳离子一旦被吸咐后，就可避免随水流失，而且能随时被根系附近的其他阳离子交换出来，供作物吸收，仍不失其有效性。 腐殖质保存阳离子养分的能力，要比矿质胶体大许多倍至几十倍。一般腐殖质的吸收量为150~400cmol（+）/kg。因此，保肥力很弱的砂土中增施有机肥料后，不仅增加了土壤中养分分数，改良砂土的物理性质，还可提高其保肥能力。
矿化作用 在土壤微生物作用下，土壤中有机态化合物转化为无机态化合物过程的总称。因无机态亦称矿质态，故名。矿化作用在自然界的碳、氮、磷和硫等元素的生物循环中十分重要。有机氮、磷和硫的矿化作用对植物营养尤有重要意义。作用的强度与土壤的理化性质有关，还受被矿化的有机化合物中有关元素含量比例的影响，如有机氮化合物的矿化作用的强弱，即与碳氮比值的大小有关，通常碳氮比值低于25的有机氮化合物易于发生矿化作用，反之则作用较弱。 有机氮的矿化作用主要分2个阶段： 氨基化作用阶段指由复杂的含氮有机物质逐步分解为简单有机态氨基化合物的过程。其反应式可简略地表述为：蛋白质→多肽→氨基酸、酰胺、胺等。参与该作用的微生物有多种类群的细菌和真菌；每一类群参与反应的一个或多个步骤；每一步骤的产物为下一步骤提供作用底物。 氨化作用阶段即经氨基化作用产生的氨基酸等简单的氨基化合物，在另一些类群的异养型微生物参与下，进一步转化成氨和其他较简单的中间产物如有机酸、醇、醛等。其一般的水解过程为： RCHNH2COOH+H2O→RCH2OH+CO2+NH3 或 RCHNH2COOH+H2O→ RCHOHCOOH+NH3 在充分通气条件下的过程为： RCHNH2COOH+O2→RCOOH+CO2+NH3 在嫌气条件下的过程为： RCHNH2COOH+2H→RCH2COOH+NH3 或 RCHNH2COOH+2H→RCH3+CO2+NH3 氨化作用中释出的氨，除一小部分挥发和淋溶或被微生物用以合成其躯体的蛋白质以外，在土壤中大部分与有机或无机酸结合成铵盐，或被植物吸收，或在微生物作用下氧化成硝酸盐。
由于土壤中绝大部分的氮以有机物质的形式存在，不能为植物直接利用，氨化作用对于植物的氮营养十分重要。但在某些情况下氨化作用会导致氨以气态挥发或以铵盐淋溶损失，农业上宜采取措施调节其作用强度。 15N示踪研究表明,烟株全生育期氮素吸收总量的60%以上来源于土壤氮的矿化,特别是上部叶中,土壤供氮比例甚至高达80%以上[1-2]。对土壤氮素矿化特性与供氮能力了解不足是造成我国烤烟过量施用氮肥的主要原因之一。矿化势(No)是指在既定条件下经过无限长时间后,土壤氮素矿化可释放的最大氮量,是土壤氮素矿化的重要参数[3]。它反映了土壤的潜在供氮能力,与植物吸氮量呈显著正相关[4-5],可作为土壤供氮能力的指标[6]。 [1] 刘卫群,郭群召,张福锁,晁逢春.氮素在土壤中的转化及其对烤烟上部叶烟碱含量的影响[J].烟草科技. 2004, (5): 36-391Liu WQ, Guo QZ, Zhang FS, Chao FC. Nitrogen transformation in soil and its effects on nicotine content of u per flue-cured tolmceo leaves[J]. Tobacco Sci. &Tech., 2004, (5) : 36-391 [2] 陈萍,李天福,张晓海,等,利用15N示踪技术探讨烟株对氮素肥料的吸收与分配[J].云南农业大学学报,2003, 18 (1) 1-41Chen P, Li TF, Zhang X H et al. Exploring tobacco plantcs absorption and distribution of nitrogen fertilizers by using15N tracing technique[J]. J. Yunnan Agric. Univ., 2003, 18 (1): 1-41 [3] Stanford G, Smith S J. Nitrogen mineralization potentials of soils[J].Soil Sci. Soc. Am. Proc., 1972, 36: 465-4721 [4] 杜建军,王新爱,王夏晖,等.旱地土壤氮素、有机质状况及与作物吸氮量的关系[J].华南农业大学学报(自然科学版).2005,26(1): 11-151Du J J, Wang X A, Wang X Het al. The relationship between soil N, organic matter and N up taken by crops on dry land[J]. J. South China Agric. Univ.(Nat. Sci. Ed.), 2005, 26(1): 11-151 [5] 唐玉琢,袁正平,肖永兰,等.不同稻作制下红壤性水稻土氮矿化特性的研究[J].湖南农业大学学报(自然科学版),1991,(S1): 233-2411Tang Y Z, Yuan Z P, Xiao Y Let al. Effects of there cropping systems on nitrogen mineralization of paddy soil derived from quaternary red clay[J]. J. Hunan Agric. Univ. (Nat. Sci. Ed.), 1991(S1): 233-2411 [6] 叶优良,张福锁,李生秀.土壤供氮能力指标的研究[J].土壤通报, 2001,32(6): 273-2771Ye Y L, Zhang FS, Li S X. Study on soil nitrogen supplying indexes[J]. Chin. J. Soil Sci., 2001, 32(6): 273-2771
土壤中氮的形态和转化 徐斌 一、土壤中氮的形态 土壤中的氮素形态分无机态及有机态两大类，但以有机态为主，按其溶解度大小和水解难易分为3类：第一，水溶性有机氮；第二，水解性有机氮；第三，非水解性有机态氮；它们在一般酸碱处理下不能水解，但可在各种微生物的作用下逐渐分解矿化。 土壤无机态氮很少，一般表土不超过全氮的1％－2％。土壤无机态氮主要是铵态氮和硝态氮。它们都是水溶性的，都能直接为植物吸收利用。铵态氮为阳离子，能为土壤胶体所吸收成为交换性阳离子，但也有一部分在进入粘粒矿物晶架结构中后，被闭蓄于晶层间的孔穴内成为固定态铵。 1.有机态氮 按其溶解度大小和水解难易分为3类： 第一、水溶性有机氮一般不超过全氮的5％。它们主要是一些游离的氨基酸、胺盐及酰胺类化合物，分散在土壤溶液中，很 容易水解，释放出离子，是植物速效性氮源。 第二、水解性有机氮占全氮总量的50％－70％。主要是蛋白质多肽和氨基糖等化合物。用酸碱等处理时能水解成为较简单 的易溶性化合物。 第三、非水解性有机态氮占全氮的30％－50％。它们在一般酸碱处理下不能水解，但可在各种微生物的作用下逐渐分解矿化。 2．无机态氮
土壤无机态氮很少，一般表土不超过全氮的1％－2％。土壤无机态氮主要是铵态氮和硝态氮及亚硝态氮。它们都是水溶性的，都能直接为植物吸收利用。 第一，硝态氮土壤中硝态氮主要来源于施人土壤中的硝态氮肥和微生物的硝化产物。 第二，铵态氮土壤中的铵态氮又分为三种，铵态氮为阳离子，能为土壤胶体所吸收成为交换性阳离子，但也有一部分在进入粘粒矿物晶架结构中后，被闭蓄于晶层间的孔穴内成为固定态铵。 第三，亚硝态氮土壤中的亚硝态氮是硝化作用的中间产物。二、土壤中氮的转化 土壤氮素形态较多，各种形态的氮素处于动态变化之中，不同形态的氮素互相转化，对于有效氮的供应强度和容量有重要意义。 1.有机态氮的转化 土壤中的有机态氮是较复杂的有机化合物，必须要经过各种矿化过程，变为易溶的形态，才能发挥作物营养的功能。它的矿化量和矿化速率就成为决定土壤供氮能力的极其重要的因素。土壤有机氮的矿化过程是包括许多过程在内的复杂过程。 ①水解过程蛋白质在微生物分泌的蛋白质水解酶的作用下，逐步分解为各种氨基酸。 ②氨化过程氨基酸在多种微生物作用下分解成氨的过程称为氨化过程。如： RCH2OH＋NH3＋CO2＋能量—水解—→ RCHNH2 COOH＋H2O RCHOHCOOH＋NH3＋能量—氧化—→ RCHNH2COOH＋O2 RCOOH＋NH3＋CO2＋能量——还原—→RCHNH2 COOH＋H2
土壤中氮素转化过程及植物吸收方式 我国耕地土壤全氮含量为～％之间，且土壤有机质含量呈正相关。其氮素来源包括：生物固氮、降水、农业灌溉和施肥等，而目前肥料是农田土壤氮肥的主要来源。下面就从土壤中氮素的主要表现形态和转化过程等进行详细的介绍：（一）土壤中氮素的主要形态 水溶性速效氮源 < 全氮的5% 包括游离氨基酸、胺盐及酰胺类化合物等 有机氮水解性缓效氮源占50～70% 包括蛋白质及肽类、核蛋白类、氨基糖类 (>98%) 非水解性难利用占30～50% 包括杂环态氮、缩胺类 离子态土壤溶液中 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 注明：其中无机氮包括：铵态氮(NH4+ — N)、硝态氮(NO3-— N)、亚硝态氮(NO2- — N)三种主要形态。 一般情况下，土壤中存在的主要是有机态氮，占土壤总氮的90~98%。
（二）土壤中氮素的转化过程 1.有机态氮的转化 土壤中的有机态氮是较复杂的有机化合物，必须要经过各种矿化过 程，变为易溶的形态，才能发挥作物营养的功能。它的矿化量和矿化速 率就成为决定土壤供氮能力的极其重要的因素。土壤有机氮的矿化过程 是包括许多过程在内的复杂过程。 ①水解过程蛋白质在微生物分泌的蛋白质水解酶的作用下，逐 步分解为各种氨基酸。 ②氨化过程氨基酸在多种微生物作用下分解成氨的过程称为氨 化过程。如： RCH2OH＋NH3＋CO2＋能量—水解—→ RCHNH2COOH＋H2O RCHOHCOOH＋NH3＋能量—氧化—→ RCHNH2COOH＋O2 RCOOH＋NH3＋CO2＋能量——还原—→RCHNH2COOH＋H2 由此可见，氨化作用可在多种多样条件下进行。无论水田、旱田， 只要微生物活动旺盛，氨化作用都可以进行。
土壤中的氮素及其转化 1?土壤中氮素的来源和含量 1.1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N03—N。 1.2含量 我国耕地土壤全氮含量为0.04%~0.35%之间，与土壤有机质含量呈正相关 2.土壤中氮素的形态 3.土壤中氮素的转化
3.1有机氮的矿化作用 定义：在微生物作用下，土壤中的含氮有机质分解形成氨的过程。 过程：有机氮'氨基酸k NH4J N +有机酸 结果：生成NH4+-N （使土壤中有机态的氮有效化） 3.2 土壤粘土矿物对NH4+的固定 定义：①吸附固定（土壤胶体吸附）：由于土壤粘土矿物表面所带负电荷而引起的对NH4 +的吸附作用 ②晶格固定（粘土矿物固定）：NH4 +进入2:1型膨胀性粘土矿物的晶层间而被固定的作用 过程： 结果：减缓NH4+的供应程度（优点？缺点? 3.3氨的挥发 定义：在中性或碱性条件下，土壤中的NH4+转化为NH3而挥发的过程
过程： 结果：造成氮素损失 3.4硝化作用 定义：通气良好条件下，土壤中的NH4+在微生物的作用下氧化成硝酸盐的现象 过程： 结果：形成NO-N 禾I」：为喜硝植物提供氮素 弊：易随水流失和发生反硝化作用 3.5无机氮的生物固定 定义：土壤中的铵态氮和硝态氮被植物体或者微生物同化为其躯体的组成成分而被暂时固定的现象。
过程: 结果：减缓氮的供应，可减少氮素的损失
3.6反硝化作用 定义：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 过程： 结果：造成氮素的气态挥发损失，并污染大气 3.7硝酸盐的淋洗损失 NO3-不能被土壤胶体吸附，过多的硝态氮容易随降水或灌溉水流失。 结果：氮素损失，并污染水体 4.小结：土壤有效氮增加和减少的途径 增加途径：①施肥（有机肥、化肥）；②氨化作用；③硝化作用（喜硝作物力④ 生物固氮；⑤雷电降雨 降低途径：①植物吸收带走；②氨的挥发损失；③硝化作用（喜铵作物弱④ 反硝化作用；⑤硝酸盐淋失；⑥生物和吸附固定（暂时）
土壤氮的矿化作用和固持作用 S.L.JANSSON和J.PERSSON 瑞典农业科学大学 6.1 背景 N的供应是作物生产的主要决定因素之一，在许多农业系统中，通过施肥以增加N的输入乃是惯常的方法。因此，急切需要从两个方面来改善作物生产中的N因子，即一方面提高作物对N的吸收利用率，另一方面则要限制氮损失于外部环境中。 作物生产中改善N的经济利用的各种可能性乃是要全面彻底了解N的转化过程，其中最主要的是由微生物进行的过程，任何既定的N转化作用都会影响农作物的最终产量,即植物有用产品的产量。 在基础科学如生物化学、微生物学和植物生理学领域内，都对各个N的转化作用过程进行了广泛的研究。因此积累了有关N的各种各样的转化过程、N转化的环境条件、N转化的机制、中间产物和最后产物等方面的大量资料。相反，关于N转化的生态统一性，即土壤上作物生产的整个过程却了解甚少。 从生态观点来看，单一的N转化过程的研究通常所提供的信息太孤立和专一。因此，考虑到完整的生态系统由各个N的转化作用及途径、N贮库及其互相作用等因子构成，所以必须通过补充任何既定N转化过程的专门知识并进行综合研究才能完成。 6.1.1 矿化作用和固持作用的过程 在本章中，我们将要讨论土壤中两个独立的N转化过程的生态学功能，即N的矿化作用和固持作用。这两个过程实质上都属于生物化学过程，而且两者都依赖于构成异养生物体的微生物活性（Bartholomew，1965；Jansson，1971）。 N由有机态转化为无机态NH 4＋或NH 3 的过程被定义为N的矿化作用。这种过程是由利用有机物质作为能 源的异养土壤微生物进行的。 无机N化合物（NH 4＋，NH 3 ，NO 3 -，NO 2 -转化为有机态N的过程被定义为N的固持作用。土壤生物能同化 无机N化合物，并将其转化为构成土壤生物的细胞和组织，即土壤生物体的有机N成分。 植物吸收和同化无机N化合物是固持作用的一种变性（variant），这正如自养和异养土壤微生物对N 的固定那样。尽管如此，植物对N的同化作用和N的固定作用通常均不列入固持作用的定义范畴。 6.1.2 与大自然N循环的关系 在土壤生态系统中，各个N转化过程的相互作用导致N在转移过程中按生物化学途径进行的一种N贮库的方式。这种功能方式通常称之为N循环（Campbell，1978；Jansson，1971）。矿化作用和固持作用两者在大自然N循环中都具有其基本的功能（Bartholomew，1965；Jagsson，1958）。
第21卷第7期2001年7月生 态 学 报ACT A ECOLOGICA SINICA V o l.21,N o.7Jul.,2001森林生态系统土壤氮矿化影响因素研究进展李贵才1,韩兴国2,黄建辉2,唐建维1 (1.中国科学院西双版纳热带植物园,云南勐腊 666303;2.中国科学院植物研究所,北京 100093) 基金项目:中国科学院“九五”重大项目(KZ 951-A 1-104,KZ 952-J 1-103)及中国科学院知识创新项目(KZCX 2-312)。收稿日期:1999-09-10;修订日期:2000-03-10作者简介:李贵才(1973～),男,内蒙古人,博士。主要从事遥感信息模型,环境遥感和全球变化遥感等研究。 摘要:森林生态系统土壤氮矿化是生态系统中最重要的功能之一。综述了近10余年来森林生态系统土壤氮矿化影响因素的研究,在前人的基础上将其影响因素归成3类:(1)环境因子,(2)凋落物质量,(3)土壤动物和微生物,其中环境因子中的土壤温、湿度是影响土壤氮矿化的最重要因子。氮素可利用性、氮转化与群落演替、植物多样性间相互关系的研究正受到愈来愈多的重视。研究CO 2倍增及其引起的全球变暖对土壤氮素转化的潜在影响也已成为当前全球变化问题研究的热点之一。 关键词:森林生态系统;氮矿化;影响因素;全球变暖 A review of affecting factors of soil nitrogen mineralization in for -est ecosystems LI Gui-Cai 1,HAN Xing -Guo 2,HUANG Jian-Hui 2,T ANG Jian-Wei 1 (1.X ishuangbanna T rop ical Botany Gard en ,C hinese A cad amy of S cience s ,M e ngla ,Yunnan 666303,China ;2.Institute of B otany ,C hinese Acad amy of S ciences ,B eij ing 10093,China )Abstract :Soil nitr og en minera lization in fo rest ecosy st ems is one of the mo st impor tant indicato rs fo r no r-mal eco system functio ns .Ba sed o n t he wesults of ma ny studies co nducted since 1980's ,we concluded that soil temper ature and so il moist ur e are the mo st impor tant factor s am ong all w hich affect nitro gen miner al-izatio ns.T hese fact or s are in three gr oups i.e.,(1)the env ir onmental facto rs,(2)t he quality of lit ter ,and (3)so il animals and micr obes.T he resear ches o n the relationships betw een the nitr og en av ailability ,nitr o-gen t ransfor mation and community successio n ,plant diver sity ar e att acting mor e and mo re attentio n .T he potentia l impact of do ubling atmo spher ic CO 2co ncentr atio n and g lo bal war ming it o n soil nitr og en tr ansfo r-matio ns no w becomes o ne o f the hot r esearch points r elev ant to global chang e. Key words :for est ecosystems;nitro gen miner alizatio n;affecting fact or s;g lo bal w arm ing 文章编号:1000-0933(2001)07-1187-09 中图分类号:Q948 文献标识码:A 氮是植物生长和发育所需的大量营养元素之一,也是植物从土壤中吸收量最大的矿质元素[1]。土壤氮主要来自土壤有机碎屑,它们通过微生物降解,供给用于蛋白质合成的氮素[2]。无机氮(主要为铵态氮和硝态氮是土壤氮素中可被植物直接吸收利用的主要形式,仅占土壤总氮的1%弱[3]。 氮矿化(Nitr og en m ineralization)是指土壤有机质碎屑中的氮素,在土壤动物和微生物的作用下,由难以被植物吸收利用的有机态转化为可被植物直接吸收利用的无机态(主要为铵态氮)的过程。铵态氮可经硝化作用生成另一种无机氮——硝态氮。氮矿化速率决定了土壤中用于植物生长的氮素的可利用性[4],是森林生态系统氮素循环最重要的过程之一,氮矿化研究对于揭示生态系统功能、生物地球化学循环过程的本质有重要意义。表现在:1氮可利用性(N utro gen av ailablility )限制了植物对土壤氮素的养分利用效率(N it rient use efficiency ),直接影响到陆地生态系统的生产力[5～7];o氮可利用性与群落演替间存在反馈关系;?矿化过程还影响到森林生态系统土壤氮素的渗漏流失和气态损失,关系到环境污染和氮素经济利
土壤中氮素转化过程及植物吸收方式 我国耕地土壤全氮含量为 0.04～0.35％之间，且土壤有机质含量呈正相关。其氮 素来源包括：生物固氮、降水、农业灌溉和施肥等，而目前肥料是农田土壤氮肥 的主要来源。下面就从土壤中氮素的主要表现形态和转化过程等进行详细的介绍： 一) 土壤中氮素的主要形态 注明：其中无机氮包括：铵态氮(NH 4+ — N)、硝态氮(NO 3- — N)、亚硝态氮(NO 2- — N)三种主要形态。 一般情况下，土壤中存在的主要是有机态氮，占土壤总氮的 90~98%。 水溶性 速效氮源 < 全氮的 5% 包括游离氨基酸、胺盐及酰胺类化合物等 有机氮 水解性 缓效氮源 占 50～70% 包括蛋白质及肽类、核蛋白类、氨基糖类 (>98%) 非水解性 难利用 占 30～ 50% 包括杂环态氮、缩胺类 土壤溶液中 土壤胶体吸附 (1～2％) 固定态 2：1 型粘土矿物固定 离子态 无机氮 吸附态
二）土壤中氮素的转化过程 1.有机态氮的转化 土壤中的有机态氮是较复杂的有机化合物，必须要经过各种矿化过程，变为易溶的形态，才能发挥作物营养的功能。它的矿化量和矿化速率就成为决定土壤供氮能力的极其重要的因素。土壤有机氮的矿化过程是包括许多过程在内的复杂过程。 ①水解过程蛋白质在微生物分泌的蛋白质水解酶的作用下，逐步分解为各种氨基酸。 ②氨化过程氨基酸在多种微生物作用下分解成氨的过程称为氨化过程。如：
RCH2OH＋ NH3＋ CO2＋能量—水解—→ RCHNH2COOH＋ H2O RCHOHCOOH＋NH3＋能量—氧化—→ RCHNH2COOH＋ O2 RCOOH＋ NH3 ＋ CO2＋能量——还原—→RCHNH2COOH＋H2 由此可见，氨化作用可在多种多样条件下进行。无论水田、旱田，只要微生物活动旺盛，氨化作用都可以进行。 氨化作用产生的铵态氮能被植物和微生物吸收利用，是农作物的优良氮素营养。未被作物吸收利用的铵，可被土壤胶体吸收保存。但在旱地通气良好的条件下，铵态氮可进一步为微生物转化。 ③硝化过程指氨或铵盐在微生物作用下转化成硝酸态氮化合物的过程。它是由两组微生物分两步完成的。第一步铵先转化成亚硝酸盐，紧接着亚硝酸盐又转化成硝酸盐，消化过程是一个氧化需氧过程，只有在通气良好的情况下才能进行。所以水稻田在淹水期间主要为铵态氮，硝态氮很少，旱地土壤一般硝化作用速率快于氨化作用，土壤中主要为硝态氮。硝态氮也是为植物吸收利用的优良氮源，所以可以利用土壤硝化作用强度来了解旱地土壤的供氮性能。 ④反硝化作用指土壤中硝态氮被还原为氧化氮和氮气，扩散至空气中损失的过程。反硝化作用主要由反硝化细菌引起。在通气不良的条件下，反硝化细菌可夺取硝态氮及其某些还原产物中的化合氧，使硝态氮变为氮气损失。 2.无机态氮的转化过程 无机态氮包括硫酸铵、硝酸铵、碳酸铵、碳酸氢铵、氢氧化铵等。由于这些都属于不稳定的化合物，易氨化释放出氨，同时也遵循硝化过程和反硝化作用；但应指出，施用时需在保护地的密闭环境中施用，除应注意土壤适当湿度和通透性外，还应掌握少施、勤施和深施。如施用不当，极易熏坏叶片，甚至造成全株死亡。 尿素虽属有机氮肥，但因结构简单，其转化过程与无机氮肥基本相同，以尿素为例
如对您有帮助，请购买打赏，谢谢您！ 土壤氮的矿化作用和固持作用 瑞典农业科学大学 6.1 背景 N的供应是作物生产的主要决定因素之一，在许多农业系统中，通过施肥以增加N的输入乃是惯常的方法。因此，急切需要从两个方面来改善作物生产中的N因子，即一方面提高作物对N的吸收利用率，另一方面则要限制氮损失于外部环境中。 作物生产中改善N的经济利用的各种可能性乃是要全面彻底了解N的转化过程，其中最主要的是由微生物进行的过程，任何既定的N转化作用都会影响农作物的最终产量,即植物有用产品的产量。 在基础科学如生物化学、微生物学和植物生理学领域内，都对各个N的转化作用过程进行了广泛的研究。因此积累了有关N的各种各样的转化过程、N转化的环境条件、N转化的机制、中间产物和最后产物等方面的大量资料。相反，关于N转化的生态统一性，即土壤上作物生产的整个过程却了解甚少。 从生态观点来看，单一的N转化过程的研究通常所提供的信息太孤立和专一。因此，考虑到完整的生态系统由各个N的转化作用及途径、N贮库及其互相作用等因子构成，所以必须通过补充任何既定N转化过程的专门知识并进行综合研究才能完成。 6.1.1 矿化作用和固持作用的过程 在本章中，我们将要讨论土壤中两个独立的N转化过程的生态学功能，即N的矿化作用和固持作用。这两个过程实质上都属于生物化学过程，而且两者都依赖于构成异养生物体的微生物活性（Bartholomew，1965；Jansson，1971）。 N由有机态转化为无机态NH4＋或NH3的过程被定义为N的矿化作用。这种过程是由利用有机物质作为能源的异养土壤微生物进行的。 无机N化合物（NH4＋，NH3，NO3-，NO2-转化为有机态N的过程被定义为N的固持作用。土壤生物能同化无机N化合物，并将其转化为构成土壤生物的细胞和组织，即土壤生物体的有机N成分。 植物吸收和同化无机N化合物是固持作用的一种变性（variant），这正如自养和异养土壤微生物对N 的固定那样。尽管如此，植物对N的同化作用和N的固定作用通常均不列入固持作用的定义范畴。 6.1.2 与大自然N循环的关系 在土壤生态系统中，各个N转化过程的相互作用导致N在转移过程中按生物化学途径进行的一种N贮库的方式。这种功能方式通常称之为N循环（Campbell，1978；Jansson，1971）。矿化作用和固持作用两者在大自然N循环中都具有其基本的功能（Bartholomew，1965；Jagsson，1958）。 在生态系统中进行的大自然N循环，其主要特点之一是在自养生物活性和异养生物活性之间的相互作用。绿色植物通过光合作用捕获太阳能并以其组织的形态贮存起来。当其落入土壤时，这种植物材料使作
土壤氮素知识 Scarsbrook(1965)把有效氮定义为：在根区内易被植物根系所吸收的化学形态的氮。这种氮有多种来源，在农业生产中，它主要来自肥料，生物固氮以及由垃圾、作物残渣和土壤有机质中有机氮的矿化作用。在大部分土壤和气候条件下，有相当数量的土壤有机氮在作物生长期间被矿化。土壤表层的全氮量通常在0.08~0.4%之间，但几乎全部呈有机氮。如果在一个生长季内，这种氮有1~3%被矿化，那么每公顷有8~120公斤的氮，能有效地被作物吸收利用。 作物能吸收、利用的氮有铵态氮(NH4-N)、硝态氮(NO3-N)、亚硝态氮(NO2-N)、分子态氮(N2)以及某些可溶性的含氮有机化合物，如各种氨基酸、酰胺和尿素等。但在自然生态系统和农业生态系统中，高等植物主要是吸收NH4-N和NO3-N。氮被吸收之后在作物体内主要进行如下的转化： 无机氮(NH4-N、NO3-N)→低分子有机氮(氨基酸、酰胺、胺类)?高分子有机氮组分(蛋白质、核酸)。
植物吸收NH4-N的机理是根吸收一个NH4+产生一个H+，而NH3进入体内后与呼吸基质氮化时产生的酮酸化合，形成氨基酸和酰胺，同时释放出H+于土壤溶液中。这就是铵盐使土壤变酸的原因。铵离子的同化主要在根部进行，但它也可以随苹果酸盐转移到地上部分而被同化。 NO3-N由植物主动吸收进入根部细胞后，或者就在根部还原，或者一部分以NO3-N形态通过木质部迅速转移至径或叶片中被还原。NO3-N的还原作用分两步进行，第一步是NO3-N在细胞质中经硝酸还原酶催化还原为NO2-N，第二步是NO2-N在叶片的叶绿体或根部的其它细胞中经亚硝酸还原酶催化还原为NH3。简式为：NO3- + 8H+ + 8e-→NH3 + 2H2O + OH- 尿素能被作物的根和叶所吸收，但同化机理尚不清楚。有两种见解：一种见解认为，尿素在作物体内脲酶的作用下被分解为氨，氨再进一步形成氨基酸。由于氨对脲酶有抑制作用，如果尿素水解时所形成的氨不进一步转化，脲酶活性达到最高值后就会逐渐减小，尿素的水解速率也会随之降低。另一种见解认为，尿素是直接被同化的。因为有些作物如麦类、黄瓜、莴苣等体内不含脲酶仍能很好的吸收尿素。尿素被吸收后，可直接转化为氨甲酰磷酸，后者再与鸟氨酸缩合而形成瓜氨酸，最后形成精氨酸。作物对尿素的吸收与NH4-N和NO3-N不同，它对呼吸作用的依赖程度不大，而主要受环境中尿素浓度的影响。 氮素循环：由两个重叠循环构成，一是大气层的气态N循环，氮的最大贮库是大气，整个N循环的通道多与大气直接相连。另一