氮素既是植物生长必需的大量营养元素，增加有机肥料和化学氮肥的投入，提高土壤氮素供应能力，是农业生产采取的主要增产措施之一。我国能在占世界7％的耕地上养活了占世界22％的人口，化肥特别是化学氮肥的作用功不可没。中国是世界上化学氮肥消耗量最多的国家，化学氮肥在促进中国农产品产量的增加中起到了重要的作用；同时，巨大数量化肥的投入，对全球和区域环境质量的影响也备受关注(朱兆良等1992, 2002)。因为施入农田土壤中氮的有效利用率只有30％～40％，大量氮素的流失，不仅影响氮素的生产效益和农产品品质，还会影响到水体和大气环境质量，因而研究氮素循环与温室效应、水体富营养化和酸雨等环境问题，以及如何寻求解决这些问题的对策和措施受到了人们的密切关注。

一、土壤中氮的含量和形态

(一)土壤中氮的含量

氮是农业生产中最重要的养分限制因子，但通常多数土壤的含氮量却都比较低。土壤氮素含量受土壤类型、水热条件、有机质含量、质地、耕作措施和化学氮肥的施用等多种因素的影响。我国土壤除少数类型外(如东北黑土、巾部棕壤、高山土壤、草甸土和沼泽土等)，一般土壤含氮量都在2.0 g/kg以下，甚至有许多土壤含氮量不足1.0 g/kg。一般土壤中氮素含量与其腐殖质含量呈现正相关关系，土壤中全氮含量是评价土壤氮素肥力的一个重要指标。

根据我国第二次土壤普查资料，全国耕地土壤耕层的全氮含量平均为1.5g/kg，明显低于非耕地土壤的含氮量(1.43 g/kg)。根据全国2555个农田土样测定结果的统计显示，土壤耕层的氮素含量变动于0.4～3.8 g/kg之间，平均值为(1.3±10.5)g/kg，自然土壤表层的含氮量(除漠土和表土遭受侵蚀的少数土壤外)大多在0.4～7.0 g/kg间。土壤中氮素的含量受到自然因素包括植被、气候、地形地势、土壤质地和人为因素(特别是利用方式和施肥制度的不同)的强烈影响。

(二)土壤中氮的形态

土壤中氮一般可分为无机态氮和有机态氮。表土中的氮有95％或更多为有机态氮。

(1)无机态氮

土壤无机态氮包括铵(NH₄⁺)、硝态氮(NO₃^-)、亚硝态氮(NO₂^-)、单质氮(N₂)、氧化亚氮(N₂O)和氧化氮(NO)，土壤中气态氮除N₂外，N₂O和NO含量都很低。无机态氮在土壤中占全氮的比例变化幅度比较大，一般在2％～8％之间。单质氮表现为惰性，只能被根瘤菌和其他固氮微生物所利用。就土壤肥力而言，主要以NH₄⁺和NO₃^-两种形态的氮最为重要，通常占土壤全氮的2％～5％；这两种形态的氮主要来源于土壤有机质的好气分解或施入的各种商品肥料。N₂、N₂O和NO是土壤中氮经反硝化作用造成氮素损失的主要形式，它们与整个生态系统的氮循环以及大气环境质量密切相关。

(2)有机态氮

土壤有机态氮一般占土壤全氮的92％～98％，有机氮包括胡敏酸、富啡酸和胡敏素中的氮、固定态氨基酸(即蛋白质)、游离氨基酸、氨基糖、生物碱、磷脂、胺和维生素等其他未确定的复合体，如铵和木质素反应的产物，酉昆和氮化合物的聚合产物，糖与胺的缩合产物等。目前人们对有机氮的了解仍然十分有限，虽然近期的研究表明用同步辐射分析来研究土壤氮的组成和结构已成为可能(Vairavamurthy et al. 2002，庄舜尧等2007)，但通常还是采用破坏土壤有机氮的组分来把不同化学形态氮分离出来的方法，例如采用酸水解的方法将有机氮分为水解性N和非水解性N两大类，其中水解性N包括NH₄⁺-N，氨基糖N,a-氨基酸N和末知态N，表3-3为我国南方一些土壤中胡敏酸的氮素形态分布。

表3-3 土壤中胡敏酸的氮素形态分布

(三)土壤中氮的来源与循环

陆地生态系统中氮以不同形态存在于大气圈、岩石圈、生物圈和土壤圈。植物利用的氮的根本来源为占地球大气层中78％的惰性气体N₂(单质氮)，但高等植物不能直接利用单质氮，需要经过几种主要途径转化成可利用形态。可以说土壤中的氮素几乎直接或间接来源于大气圈，因此大气圈可看成是土壤的“氮库”。

氮的固定包括以下四个方面：①豆科作物根瘤菌或某些非豆科作物根系共生根瘤菌和其他微生物的固氮作用；②自生土壤微生物的固氮作用，生长在热带植物叶片上的生物也可能有固氮能力；③大气放电作用使N₂转变成某种氧化氮产生的固氮作用；④采用工业合成方法(哈伯工业合成NH₃法)将N₂固定合成NH₃、NO₃-以用来生产合成氮肥。各种来源的氮素，进入土壤后，随时都在不断转化。各种转化作用相互衔接，构成了自然界的氮素循环，见图3-1。

图3-1 氮素循环示意图(朱兆良等2002)