第三章-土壤氮素与环境

[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％。

第一章绪论一、土壤的概念1.土壤具有肥力及净化力，这是土壤的本质特性。

2.土壤肥力与土壤净化力的概念1) 土壤肥力土壤具有供应和协调植物生长所需的营养条件（水分、养分）和环境条件（空气、温度）的能力。

土壤肥力4要素：水、热、气、肥。

2) 土壤净化力土壤通过吸附、分解、迁移、转化等过程使其中的污染物浓度降低、毒性消失的过程二、土壤在生态系统中的作用1.土壤是农业的基本生产资料：为植物提供水分与养分，支撑植物，是植物生长发育的自然基地。

2.土壤是生态系统中不可缺少的环节3.土壤是调控环境质量的中心要素土壤圈：土壤圈是覆盖于地球陆地表面和浅水域底部的一种疏松而不均匀的覆盖层及其相关的生态与环境体系。

土壤圈的作用：对生物圈：支持和调节生物过程，提供植物生长的养分、水分与适宜的条件，决定自然植被的分布与演替，各种限制因子也对生物起不良的影响对大气圈：影响大气的化学组成、水分与热量平衡，吸收氧气，释放CO2,CH4,H2S和N2O等，对全球大气变化有明显的影响。

对水圈：影响水的溶质组成及其在陆地、水体和大气的分配。

对岩石圈：是地球的“皮肤”，对岩石圈有一定的保护作用，可减少各种外营力的冲击三、环境土壤学的定义、发展及定位引用传统土壤学的方法寻求土壤环境问题解决办法.环境问题出现后在土壤学基础上发展起来的新兴学科，是环境地学的一个分支，是研究自然因素和人为条件下土壤环境质量变化、影响及其调控的一门学科。

第二章土壤的形成第一节土壤母质成土母质是能形成土壤的物质，出露于地表的岩石经风化、搬运、堆积等过程在地表各种类型的成土母质。

一、土壤母质的来源1.成土的主要矿物（1）矿物：产生于地壳中具有一定化学组成、物理性质和内部构造的单质或化合物。

（2）矿物的类型★原生矿物：也叫内生矿物，地下深处呈熔融状态的岩浆沿地壳裂缝上升过程中冷却、凝固结晶而成的矿物，如长石、石英和云母等次生矿物：也叫外生矿物，原生矿物在地表常温常压下受各种外力作用形成的一类矿物（风化、沉积作用）。

土壤氮素的调控措施
土壤氮素的调控措施是指通过一系列的管理和技术手段，控制土壤氮素的含量和分布，提高氮素的利用效率和减少对环境的影响。

具体的土壤氮素调控措施包括以下几个方面：
1. 合理施肥：根据不同作物和土壤类型的需求，合理选用肥料种类、配施比例和施肥时间，保证植物对氮素的充分利用，并减少肥料的浪费与土壤污染。

2. 科学轮作：通过合理的作物轮作和间作，利用不同作物对氮素的吸收和释放作用，减少氮素积累和流失，同时提高土壤的肥力和地力。

3. 生物修复：利用植物、微生物等生物体对氮素的吸收、转化和释放作用，促进土壤有机物的分解和循环利用，改善土壤结构和生态环境。

4. 土地利用方式调整：通过合理调整土地利用方式，如改变农田种植结构、建设固碳林和湿地等，减少氮素的排放和流失，同时提高土壤的碳汇能力和生态效益。

5. 引进新技术：如精准施肥技术、喷施技术、覆盖作物技术等，通过精细管理和技术创新，提高氮素利用效率，减少氮素的损失和环境污染。

以上是土壤氮素调控的一些常见措施，通过科学的管理和技术手段，可以有效地控制土壤氮素的含量和分布，实现高产、高效、环保的农业生产模式。

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）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。

第三章植物的氮素营养与氮肥第一节植物的氮素营养一、植物体内氮的含量与分布1. 含量：占植物干重的0.3～5％影响因素：植物种类：豆科植物>非豆科植物品种：高产品种>低产品种器官：种子>叶>根>茎秆组织：幼嫩组织>成熟组织>衰老组织，生长点>非生长点生长时期：苗期>旺长期>成熟期>衰老期，营养生长期>生殖生长期2. 分布：幼嫩组织>成熟组织>衰老组织，生长点>非生长点原因：氮在植物体内的移动性强在作物一生中，氮素的分布是在变化的：营养生长期：大部分在营养器官中（叶、茎、根）生殖生长期：转移到贮藏器官（块茎、块根、果实、籽粒），约占植株体内全氮的70％注意：作物体内氮素的含量和分布，明显受施氮水平和施氮时期的影响。

通常是营养器官的含量变化大，生殖器官则变动小，但生长后期施用氮肥，则表现为生殖器官中的含氮量明显上升。

二、植物体内含氮化合物的种类（氮的生理功能）1. 氮是蛋白质的重要成分（蛋白质含氮16～18％）——生命物质2. 氮是核酸和核蛋白的成分（核酸中的氮约占植株全氮的10％）——合成蛋白质和决定生物遗传性的物质基础3. 氮是酶的成分——生物催化剂4.氮是叶绿素的成分（叶绿体含蛋白质45～60％）——光合作用的场所5. 氮是多种维生素的成分（如维生素B1、B2、B6等）－－辅酶的成分6. 氮是一些植物激素的成分（如IAA、CK）－－生理活性物质7. 氮也是生物碱的组分（如烟碱、茶碱、可可碱、咖啡碱、胆碱－－卵磷脂－－生物膜）氮素通常被称为生命元素三、植物对氮的吸收与同化吸收的形态无机态：NO3-－N、NH4+－N （主要）有机态：NH2 －N、氨基酸、核酸等（少量）（一）植物对硝态氮的吸收与同化1. 吸收：旱地作物吸收NO3-－N为主，属主动吸收吸收后：10%～30%在根还原；70%～90%运输到茎叶还原；小部分贮存在液胞内(硝酸根在液泡中积累对离子平衡和渗透调节作用具有重要意义。

氮肥的合理施用氮素是限制作物产量和品质的主要元素之一。

称为生命元素。

一、土壤氮素（一）土壤氮素的含量我国土壤全氮含量变化很大，变幅0.4--3.8g/kg,平均为1.3g/kg,多数和土壤在0.5--1.0g/kg。

土壤中的氮素含量与气候、地形、植物、成土母质、农业利用的方式及年限。

（二）土壤氮素的来源耕作土壤中氮的来源主要有：生物固氮、降水、尘埃、施入的肥料、土壤吸附空气中的NH3、灌溉水和地下水的补给，其中生物固氮和施肥是主要来源方式。

（三）土壤氮素的形态（四）土壤氮素的转化1.矿化作用矿化作用是指在土壤中的有机物经过矿化作用分解成无机氮素的过程。

矿化作用主要分为两步：水解作用和氨化作用。

水解作用是指在蛋白质水解酶、纤维素水解酶、木酵素菌等各种水解酶的作用下将高分子的蛋白质、纤维素、脂肪、糖类分解成为各种氨基酸。

氨化作用是指土壤中的有机氮化物在微生物——氨化细菌的作用下进一步分解成为铵离子（NH4+）或氨气（NH3）。

2.硝化作用土壤中的氨（NH3）或铵离子（NH4+）在硝化细菌的作用下转化为硝酸的过程叫硝化作用。

硝化作用产生的硝态氮是作物最容易吸收的氮素。

3.反硝化作用反硝化作用是硝酸盐或亚硝酸盐还原为气体分子态氮氧化物的过程中。

4.土壤中的生物固氮作用土壤中的生物固氮作用是指通过一些生物所有的固氮菌将土壤空气中气态的氮被植物根系所固定而存在于土壤中的氮，生物固氮作用一般发生在豆科植物的根系。

5.土壤对氮素的固定与释放土壤中的氮素在处于铵离子状态时可以从土壤溶液中被颗粒表面所吸附，另一方面被土壤吸附的铵离子还可以被释放出返回土壤溶液中。

在一定条件下铵离子在固相和液相之间处于一种动态平衡状态。

6.氮素在土壤中的淋溶作用土壤中以硝酸或亚硝酸形态存在的氮素在灌溉条件下，随着灌溉水的下渗作用。

7.氨的挥发作用铵转化成氨气损失掉的过程。

二、氮肥的性质和施用氨态氮肥 NH4HCO3、NH4Cl、(NH4)2SO4根据氮素的形态分硝态氮肥与硝铵态氮肥 NH4NO3酰胺态氮肥 CO(NH2)2速效氮肥根据肥效分缓（长）效氮肥（一）铵态氮肥的特点与施用1.铵态氮肥的特点氮素形态以氨或铵离子形态存在的氮肥称为铵态氮肥。