N 肥

壹 全球N循环框架

一、 全球N肥料历史

1. 农业氮肥来源的变化趋势

① 二战时期后工业氮肥成了最主要的N提供形式，并且增长是最迅速的

② 增加了人工合成N肥同时也增加了其他3种自然N源

A. 人们养的动物更多，所以动物粪便肥料更多；

B. 耕作作物更多，植物残余物还田更多；

C. 同时，种植的大豆增多，生物固氮也增加。但是要注意生物固氮其实和土壤N含量有反比关系，N过多的土固氮活动减弱。

二、 N的全球分布

1. N的全球分布中，最多的比例（98%）是在岩石圈深层的铵盐矿物中

2. 剩下的2%的N中，又有99%的比例是以气态N2的形式存在

① 气态氮是可以进入生物循环形式的N，也是生物圈N元素的终极来源；而岩石圈的N循环进入其他圈的速率极慢，基本忽略

② 生物圈和岩石圈表层（土壤圈）以及大气构成了N在陆地循环的三部分，称为the soil-plant-atmosphere continuum（土气生圈）

三、 大气N进入生物圈/土壤圈

1. 生物固氮

2. 闪电

3. 人工固氮

四、 土壤N循环

1. 将一个农田看作一个开放的系统，N元素有进有出

2. N循环非常活跃复杂，具有气态、离子态、有机态等多种形式，因此有多种流失形式，和很多转化过程

3. 有9个重要过程，分属3类：

① 投入

A. 肥料投入

B. 有机体残留

C. 固氮

② 流失

A. 植物吸收（农作物会被移除，所以土壤的N随着农作物收获在不断流失——养分还田的必要性）

B. 反硝化：硝态氮在细菌作用下反硝化成氮气挥发走

a. 反硝化同时也会产生一氧化二氮这样的温室气体，所以环境学家试图抑制这一过程

b. 同时这也是N肥流失的只要过程

C. 挥发

a. 主要是铵态氮肥直接以氨气形式丧失

D. 渗漏

a. 离子形式渗漏进入地下水（阴离子渗漏更容易）

b. N渗漏进入水系统不只是水污染，也有温室气体污染——因为水域过量N诱发水体富营养化，而爆发的蓝细菌和藻类会产生甲烷，温室气体

E. 铵盐固化Ammonia fixation

a. 之前说全球98%的N是岩石圈内的铵盐，土壤中铵盐也会缓慢固化。但一般农业中这部分的渗漏比例非常低

③ 内循环：N的集中形式在土壤内部转化。这是影响植物获取有效N的关键过程

A. 矿化mineralization (activation)

a. 有机氮活化，被微生物降解成为铵态氮（植物可利用氮）的过程

B. 固化immobilization

a. 土壤可利用氮（铵态氮、硝态氮）被微生物重新摄入，而无法被植物吸收的过程。养分损失。

C. 硝化 nitrification

a. 铵态氮被硝化转化为硝酸根、亚硝酸根

b. 可以看出有机氮在土壤中降解可以有2过程，先是氨基转化为游离铵根，然后还可以再硝化成硝酸根

五、 土气生圈的重要N素形式

1. N2

2. Ammonia NH3

① 纯氨气对生物有毒。所以直接注射纯氨气施肥会创造短期的灭菌环境，此时微生物活性低，硝化反应慢，氨肥不会以硝化形式泄露

② 但是氨气挥发性高，容易挥发流失。所以氨气肥料一般要深入土底注射

3. Ammonium NH4+

① 植物可利用的肥料形式

② 阳离子，一般会被土壤阳离子吸附住，渗漏率低

4. Nitrate NO3-

① 植物可利用

② 移动性高（因为阴离子，土壤颗粒不吸附），容易渗漏流失

5. Nitrite NO2-

① 硝化过程（NH4+  NO3-）的中间产物。因为这个反应非常快，所以土壤中含量很低

② 对植物有毒

6. Nitrous oxide N2O

① Denitrification反硝化产物，主要的农业温室气体

7. Organic nitrogen

① 一般，必须要被矿化成氨态和硝态后才被植物吸收

② 但是植物也能吸收一些氨基酸，不过吸收效率很低

③ 现在有些土壤改良剂用氨基酸，不过实际效用很差，因为氨基酸在土壤中降解很快，而植物对氨基酸本身吸收又不好

六、 N循环与施肥

1. N肥在土壤中无法长期保留，所以需要了解植物对肥料的需求，根据需求变化来调整和补充N肥

2. N肥料施用不能比植物的最高需求早太多，否则N会流失