土壤氮的转化培训课件.docx

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1、土壤氮的转化培训课件植物吸氮很复杂，多为NH；态和NCV态，因为植物一般具有利用它们的途径。因硝态氮常比钱态氮浓度高，而且易通过质流和扩散移到根部，所以是主要氮源。土壤中也经常有钱离子存在并以尚未完全明了的种种方式影响植物生长和代谢。植物对NH；或NOJ的偏爱取决于株龄、植物种类、环境条件和其他因素。谷类作物、玉米、马铃薯、甜菜、菠萝、水稻和黑麦草可利用两种形态的氮，而番茄、羽衣甘蓝、芹菜、矮菜豆、南瓜和烟草施N0后长得更好，有些植物如欧洲越桔、白藜和某些水稻栽培种不耐NO-烤烟若长期接触土壤NH；也有不利影响。一、硝态氮植物吸N0量高，且为主动吸收。土壤PH值低时更易吸收N0，NH；可与之竞

2、争减少植物吸收NO-植物施NO量大时，体内合成的有机阴离子数量增加,无机阳离子C+、Mg，I的积累也相应增加。植物生长介质可变为碱性，根系释放出HCo可置换生成的过量有机阴离子。二、钱态氮NH；是一种理想的氮源，因为蛋白质合成中利用NH；比N0更节能。N(V结合进蛋白质以前必须还原，这是一种需能过程，还原1分子NOJ需2分子NADH,而且N在土壤中既不易淋失，也不易发生反硝化作用，损失较少。当PH值为7时，植物吸收NH；较多，酸度增加则吸收量降低。根吸收NH；后，植物组织中无机阳离子CaMg2K+浓度下降，而无机阴离子P(V一、S042C1-浓度增加。施NHj比施NOJ后植株内可溶性碳水化合物

3、和有机酸含量下降。另一方面，酰胺态氮(特别是天冬酰胺)、氨基氮、碳水化合物总量、可溶性有机氮和蛋白质含量均增加。施NH；后植物根际PH值下降，这种酸化作用对根际中养分有效性和生物活性都有重要影响。小麦施NH；与施N03相比，其根际的PH值差异可达2.2个单位。三、钱态氮和硝态氮配合施用NH；和NOJ配合施用比单施一种的效果好。图5-4表明，液培条件下，NH；与N（V配合施用对小麦生长有利。（图：图5-4氮肥源、含氮量和1）-35+阿-4-14对小麦苗产量的影响）1eyshon和其他研究人员在加拿大农业部所属斯威夫特卡伦特研究站的试验表明，大麦和小麦以一般施氮量施用NHJ比施N（V产量高。NH；

4、在土壤中存留更久，能给作物提供适宜的氮营养，可能这是它优于N0的原因之一。植物耐钱范围较窄，过量钱产生毒害。高水平NH；阻碍植物生长，限制对钾的吸收，导致缺钾症。相反，耐过量N0的植物可在其组织中累积浓度相当高的NO30四、无机氮形态与植物病害不应忽视氮营养，特别是对植物有效的无机氮形态对植物病害及致病程度的影响。普渡大学的D.M.Huber及其同事强调，某种特殊形态的氮而非氮本身是影响致病程度的主要因素。植物根区若以NH；为主则有些病害相当严重，而另一些病害则在NO为主时比较严重。氮形态影响根际土壤PH值,至少也对植物发病率和致病程度的差异有些影响。五、土壤有机质-矿质氮平衡农作物根区存在的

5、NH；和N0;数量决定于商用氮肥施用量和有机土壤氮储备的释放量。有机氮库（一定程度上也包括施用钱态和硝态氮肥后保留在土壤中的氮）释放量取决于受氮矿化、氮固定和土壤氮损失等因素左右的土壤氮平衡。氮矿化简单定义为有机氮转化为矿质氮（NH工N02NOJo氮固定是无机氮即矿质氮转化为有机氮。下面将讨论这些现象的化学反应以及土壤氮损失等内容。土壤有机质这一定义不十分明确，泛指各分解阶段中出现的全部有机物。土壤有机质广义上分为两种，一种是较稳定不易分解的物质，即腐殖质；第二种是易分解有机物，包括从新鲜的作物残体到经一系列分解反应生成的、达到一定稳定性的有机物质。异养土壤微生物分解有机质时需各种形态的氮和其

6、他营养。有机质分解时如果碳/氮比大（如麦秸、成熟玉米秆），微生物将利用任何存在的NH；或N（V以推动进一步分解。这种氮是维持伴随大量施入土壤的含碳物质而来的微生物群体快速增长所必需的。另一方面，如果所施用物质的碳/氮比低（如翻压紫花苜蓿或三叶草），土壤矿质氮一般不下降，甚至增加，这是由于有机质分解能释出矿质氮。（一）碳/氮比含碳百分率与含氮百分率之比，即C/N。它定义了新鲜有机质、腐殖质或土体中这两种元素的相对量。大多数腐殖质或稳定的土壤有机质中含氮5.0%5.5%,含碳50%58%,C/N介于912。表5-3列出土壤管理中各常见有机质的C/N比值。如表5-4所示，施入土壤的有机物的C/N比对

7、释放氮有明显的正或负效应。对不同作物残体的研究表明，C/N比在20：1左右为氮固定和释放的分界。施入土壤的有机物C/N比若大于30：1,土壤一般会发生固氮现象；C/N比介于20：30：1,可能氮既不释放也不固定；如有机质C/N比小于20：1,则分解初期释放出的氮。这只是经验之谈，除C/N比外，很多因素均影响有机质的分解和氮的固定与释放。（表：表5-3各种有机物的C/N比值）有机物C/N比草木樨（幼嫩）12:1厩肥（腐烂）20:1三叶草残体23:1新鲜黑36:麦1玉米秸60:1谷物秸80:杆1梯牧草80:1沥青94:1煤油和124页岩油橡树200松树286:1原油388锯末400（普通）:1云杉

8、1000:1注释：资料来源：Beaton,u1andRec1amationShortCourse,Univ,ofBritishCo1umbia,pp.Ba-B24(1974);MCGiI1等,在PaUI和1add编辑的SOi1BioChe1niStry,Vo1.5,p.238.NewYork:Marce1Dekker,1980.（表：表5-4各种蔬菜残体在实验室条件下氮矿化）作物残体C/N比矿化氮总量（毫克）恒定气流中烧杯内番茄吸收氮对照土壤1.80.2690.4250.294番茄茎45.30.0290.0290.051玉米根48.10.0410.0440.007玉米茎33.40.1280.2

9、170.038玉米叶31.90.0370.1230.020番茄27.0.0340.00.029根232羽衣19.0.3310.10.311甘蓝684根菜豆17.0.7690.60.823茎376番茄15.0.6650.80.835叶695菜豆12.1.0771.31.209茎156羽衣11.1.9071.72.254甘蓝288根羽衣9.71.5211.41.781甘蓝32叶注释:资料来源:Iritani和Arno1d,Soi1Sci.,89:74(I960).以上讨论的这种规律见图5-5。新鲜有机质分解初期，异养微生物数量猛增，伴随着大量二氧化碳逸出。如果新鲜有机质C/N比值大，便发生氮的净固

10、定（如上半图中曲线下的阴影部分）。随着腐解进行，C/N比变小，能源（碳素）供应减少。因养分供应下降，造成一些微生物群体死亡，最终达到新的平衡，并伴随有氮的释放（上半图中曲线下的斜线部分）。结果，土壤中这种形态的氮可能比原土壤中高。稳定性有机质或腐殖质含量也可能增加，这依加入新鲜有机质的数量和种类而定。分解所需的时间取决于有机质用量、可利用态氮素的供给情况、有机质抗微生物分解能力（木质素、蜡质和脂肪数量的函数）、土温和土壤湿度。（图：图5-5含氮量低的作物残体在分解过程中的硝态氮变化）%4/Xa逸出水平N/X时间图55含氯，低的作物残体在分解过程中的硝态氟变化引自】B.R.SebeytUnive

11、rtityofWinoi*（二）含氮量有机物的全氮量是预测其施入土壤后是否释放氮的依据。若全氮为15%17%就足以减少土壤的固定。由表5-4可看出，施入的有机残体含氮量大于1.7%19%时就能释出矿质氮。（三）碳氮硫比同类土壤的C：N：S比值较一致。澳大利亚很多土壤的C：N：S比为108：7.7：1,加拿大萨斯喀彻温省C：N：S比范围从干旱黑钙棕色土的58：6.4：1到淋溶灰色森林土的129：10.6：Io施入土壤的有机质经分解产生残余物的C：N：S比与形成该物所在土壤的C：N：S比相近。如同上述氮的情况，若加入的有机质含硫低，也会妨碍土壤中硫的矿化，N/S比太大（20：1或更大）而土壤又缺硫

12、时，有机质的分解将受到限制。未经耕种搅动土壤的腐殖质将趋于某一稳定含量，这一含量是由土壤质地、地貌和气候条件决定的。寒冷地区腐殖质含量一般比温暖地区的高；同处于任一给定年均气温和同一植被类型下，稳定性土壤有机质含量随有效降水量增加而递增。细质地土壤腐殖质含量普遍高于粗质地土壤，草地植被比森林覆盖的土壤有机质含量高，这种关系为排水良好的土壤所有，而在排水不良或渍涝时，无论气候和土壤质地如何，好气性分解将受限制，有机残余物会积累到很高水平。（四）有机碳与周围环境达成平衡后，通常未搅动土壤表土的C/N比约为10：12：Io很多情况下，底土C/N比较小，原因之一是因为NH；态氮含量高而碳含量低。平衡后

13、的土壤微生物群体数量保持不变，按植被情况返回土壤的有机残体数量也不变，并且氮的矿化率也低而稳定。耕翻扰动土壤的矿化作用立即迅速增加，连续耕种，又没有足够作物残体和氮素加入土壤，将使土壤腐殖质含量下降。美国蒙大拿州一种土壤长期施用秸秆后，土壤有机碳和全氮量增加（表5-5）。秸秆用量大时，不但增加有机质和氮积累，而且也增加可矿化氮、磷和钾含量。连续耕种并适量施用商品肥料加秸秆还田，不但可维持土壤有机质含量，而且实际上还可使其增加（图5-6）。(图：图5-6氮肥用量对土壤有机碳含量的影响)O3060120240SAM(1ba.*a)图56黑肥用量对土坡有机碳含量的影响Suther1andfta1.A

14、gron,J.*53t339(191)3有机质的重要性不可低估，必须用它来维持土壤(特别是细质地土壤)的良好结构。有机质可增加阳离子交换量，减少钾、钙、镁元素的淋失；也可作为土壤氮库；改善水分状况；有机质矿化可为作物不断提供少量的氮、磷、硫养分。农业企业以维持高水平土壤有机质为目的是错误的看法，任何农业企业的最终目的是维持最高经济生产。慎重地施用石灰、化肥，合理地进行管理和栽培措施将促成实现这一目标,同时也有助于维持甚至增加土壤有机质。土壤氮的矿化和固定，以及土壤有机质的周转都受异养土壤微生物，包括细菌和真菌的影响，它们通过氧化土壤中的含碳物质来获得所需的能量。有机质分解速度随温度升高而增加，如土壤水分适宜，氧气供应充分，则分解作用更加旺盛；淹水条件下，分解速度慢、分解不完全；从有氧呼吸及缺氧呼吸释放出N这是氮矿化的第一步，这个题目以后再讨论。（五）耕作目前很多地区正在实行少耕或保护性耕作体系，可减少风蚀和水蚀，更有效地利用降水，又降低燃料、劳力和设备等成本。与传统耕作相反，保护性耕作的作业较少，作物残茬与土壤混合不充分。免耕中，作物残茬留在土表不翻入土中，覆在土表的残茬有隔热和蔽荫作用；氮和硫的矿化因土温低而受限制。另外，松散、粗大的作物碎屑积累层的物理性质亦使有机质不能迅速周转和释放氮和硫。（表:表5-5在