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
