土壤中的氮素屬于非礦物質(zhì)養(yǎng)分，主要來源于外源填加的有機物和無機物，少量的是由豆科作物的根瘤從空氣中固定的氮。這種氮在土壤中占的比例很小。大多數(shù)外源氮是通過施用有機肥和無機肥得來的，少量的氮是通過下雨將空氣中的氮帶入土壤中。土壤中氮存在的形態(tài)分為無機態(tài)氮、有機態(tài)氮和有機無機氮三種。
1、 無機態(tài)氮
土壤中的無機態(tài)氮都是作物的速效養(yǎng)分，都可以直接被作物所吸收，在一定條件下土壤中速效氮的濃度與施肥和作物的生長具有一定的相關(guān)性，如果土壤中速效氮的含量降低就會引起作物的缺素現(xiàn)象。施用氮肥就是向土壤中補充速效的氮來滿足作物生長的需要。無機態(tài)氮是直接施入土壤中的化學肥料或各種有機肥料在土壤中微生物的作用下經(jīng)過礦化作用轉(zhuǎn)變成的，主要包括游離氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、亞硝酸態(tài)氮等：
游離氮是指土壤中的氮氣，施入土壤中的各種有機肥無機肥經(jīng)過物理化學反應(yīng)釋放并存儲在土壤水溶液中游離的氨氣，它們是以分子形態(tài)存在的。
銨態(tài)氮是指在土壤中以銨離子（NH4+）形式存在的氮，這種離子一般在好氣條件下含量較高。銨離子在土壤溶液中可分為游離態(tài)的離子和銨的氫氧化物兩種。游離態(tài)的銨離子是指在粘土礦物表面的交換性銨離子和土壤溶液中的銨離子。銨的氫氧化物是指土壤溶液中的NH4OH，有時以分子態(tài)形式存在。
硝態(tài)氮離子是指以硝酸根（NO3-- ）形式存在的氮，它們一般都不會被土壤固定，硝態(tài)氮離子的含量與溶液的濃度、PH值、土壤溫度、土壤空氣占的比例都有密切的相關(guān)性。
亞硝態(tài)氮離子是指以亞硝酸根（NO2-- ）形式存在的氮，亞硝態(tài)氮離子的含量與土壤的淹水條件有密切的相關(guān)性，在厭氣條件下硝態(tài)氮經(jīng)過還原可轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮的離子或形成亞硝態(tài)氮的化合物。
2、 有機態(tài)氮
土壤有機態(tài)氮占土壤中全氮含量的90%左右，有機氮主要是指土壤中動、植物殘體中所含的氮素、它們一般通過施用有機肥料、如秸桿還田的秸桿肥、動物殘體、人工施用的牲畜和人的排泄物等，土壤中有機態(tài)氮的含量與有機肥的施用量和土壤有機質(zhì)的含量有密切的相關(guān)性。它們在土壤中以有機物形式裝載著氮素，這些氮素主要以各種氨基酸、氨基糖、嘌呤、嘧啶、維生素等形式存在。它們絕大部分以固體形式存于土壤中，有機態(tài)氮的釋放取決于土壤中有機物的分解，經(jīng)過有機物的分解而釋放出氮的離子而轉(zhuǎn)變?yōu)闊o機態(tài)氮。有機氮具有長效的作用，有機態(tài)氮主要存在于動、植物的殘體中。生物態(tài)氮是近年來才提出的帶有生物活性部分氮。生物態(tài)氮主要是指土壤中的一些動物、微動物、微生物中所含的氮，這些氮主要以活體的形式存在，它們主要是蚯蚓、鞭毛蟲、線蟲、各種活性酶、細菌、真菌、放線菌等以活體形式存在的氮素，土壤中的生物態(tài)氮隨著菌類、微動物、動物的活與死起著轉(zhuǎn)化作用。在不同的土壤條件下生物態(tài)氮和有機態(tài)氮之間起著互促和互相轉(zhuǎn)化的作用。根據(jù)它們在土壤中的可溶解性能可分為：
易水解的有機氮：是指在土壤中的低分子有機物如氨基酸、肽、酰胺等。這類有機物容易被土壤中的水或弱酸溶液溶解。
難水解性有機氮：是指土壤中的部分高分子的化合物如腐殖質(zhì)、核蛋白、纖維素、脂肪等，它們在土壤中的溶解速度很慢，有的需要幾十年甚至幾百年，還需要多種酶的作用才能分解。
3、有機無機氮：是指被粘土礦物固定的氮，固定態(tài)的銨存在于2：1型的粘土礦物晶格層間，它們的含量主要取決于粘土礦物的類型、土壤質(zhì)地等土壤因素。這種離子隨著土壤溶液和粘土礦物晶格中離子的濃度梯度而成為動蕩的離子。
二、 土壤中氮素的轉(zhuǎn)化
在土壤中氮素的來源很復雜，少量的氮來自于土壤中固氮菌的固氮作用和降水所帶來的氮素（每年由降水給土壤帶來的氮素約每公頃6-9千克）。絕大部分來源于施肥，這些氮在土壤中總是處于不斷地轉(zhuǎn)化的，不同的條件下氮素在土壤中轉(zhuǎn)化的形式不同：
1、 礦化作用：
礦化作用是指在土壤中的有機物經(jīng)過礦化作用分解成無機氮素的過程，有機物的礦化過程需要在一定溫度、水分、空氣及各種酶的作用下才能進行。礦化作用主要分為兩步：水解作用和氨化作用，水解作用是指在蛋白質(zhì)水解酶、纖維素水解酶、木酵素菌等各種水解酶的作用下將高分子的蛋白質(zhì)、纖維素、脂肪、糖類分解成為各種氨基酸，這些氨基酸的分子量比較低，結(jié)構(gòu)也比較簡單。氨化作用是指土壤中的有機氮化物在微生物——氨化細菌的作用下進一步分解成為氨離子（NH4+）或氨氣（NH3）。氨化過程與土壤條件有密切的相關(guān)性，在土壤濕潤、土壤溫度為30—45℃、中性→微堿性條件下氨化作用進行的較快。氨化作用的結(jié)果是產(chǎn)生大量的氨，氨溶于水形成銨離子（NH3+H2O→NH4++OH-）。銨離子在土壤水溶液中可以被作物吸收、被土壤膠體吸附固定或是經(jīng)過硝化作用轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮。
2、 硝化作用
土壤中的氨（NH3）或銨離了（NH4+）在硝化細菌的作用下轉(zhuǎn)化為硝酸的過程叫硝化作用，氨在亞硝化細菌的作用下被氧化成亞硝酸。亞硝酸的存在是在淹水厭氣條件下比較適宜，如果通氣條件較好又有適宜的溫度亞硝酸很不容易在土壤中存在或積累，很容易在硝化細菌的作用下進一步氧化成為硝酸。
亞硝酸細菌
2NH3+3O2———→2HNO2+2H2O
硝化細菌
2HNO2+O2———→2HNO3
硝化作用是受多方面因素影響的，與土壤水分、土壤溫度、PH、施肥種類、有機質(zhì)含量等有著密切的相關(guān)性，亞硝化細菌和硝化細菌都是好氣性微生物。在溫度為25—30℃，土壤的田間持水量為50—60%時土壤中的硝化作用最為強烈，土壤PH是影響硝化作用最重要的因素，PH低硝化作用就低，在PH為6.5—7.5的中性環(huán)境中硝化作用最為活躍。硝化作用產(chǎn)生的硝態(tài)氮是作物最容易吸收的氮素，特別是白菜、甘蘭、芹菜、生菜等葉菜類蔬菜極喜吸收硝態(tài)氮。
3、 反硝化作用
反硝化作用是硝酸鹽或亞硝鹽還原為氣體分子態(tài)氮氧化物的過程中。當土壤處于通氣不良的條件下，土壤中的硝態(tài)氮或亞硝氮在反硝化細菌的作用下發(fā)生分解作用，其反應(yīng)過程為
NO3-—→NO2- —→NO—→N2↑
氮的反硝化作用和硝化作用一樣受到土壤溫度通氣條件、土壤含水量、土壤中有機碳含量、植物根系、施用肥料的種類和數(shù)量有關(guān)。反硝化過程是一個在厭氣條件下的微生物分解過程，足夠的氧氣可以抑制硝酸還原酶的活性，長期的漬水會促進反硝化作用的進行，降雨也可以促進反硝化作用的進行。溫度是影響反硝化作用的重要因素，溫度過高或過低對反硝化作用都不利，在較低溫度下反硝化作用受到抑制，而在60—70℃以上反硝化作用也受到抑制。土壤有機碳的含量與反硝化損失量呈現(xiàn)顯著的相關(guān)性。耕作也可以引起土壤物理性質(zhì)和生物性質(zhì)的變化影響反硝化作用，植物根系分泌物和根系脫落物進入土壤中能夠提高土壤中氮的反硝化作用，土壤中硝態(tài)氮（NO3—N）的含量和施氮量也直接影響反硝化作用的程度，這是因為不同種類型和不同數(shù)量的施肥直接影響土壤中銨態(tài)氮的濃度和銨離子的硝化作用，對反硝化作用有一定的影響作用。
4、 土壤中的生物固氮作用
土壤中的生物固氮作用是指通過一些生物所有的固氮菌將空氣（土壤空氣）中氣態(tài)的氮被植物根系所固定而存在于土壤中的氮，這種氮在初期是以氮氣分子的形式被固氮菌所捕獲，然后在固氮菌的作用下轉(zhuǎn)化成銨態(tài)氮，生物固氮作用一般發(fā)生在豆科作物的根系，生物固氮作用的強弱與根際的旺盛、作物種類、根際通氣條件、氮肥施用量有關(guān)，一般在幼苗期固氮作用較弱，需要適量施用些氮肥促進根系的發(fā)育，當根系強壯以后，隨著植株的生長固氮能力不斷增強。
5、 土壤對氮素固定與釋放
土壤中的氮素在處于銨離子狀態(tài)時可以從土壤溶液中被顆粒表面所吸附，另一方面被土壤吸附的銨離子還可以被釋放出返回土壤溶液中。在一定條件下銨離子在固相和液相之間處于一種動態(tài)平衡狀態(tài)
NH4+（固相） NH4+（液相）
銨離子在固相和液相之間的動態(tài)變化取決于很多因子，首先起決定作用的是液相中銨離子的濃度，某種意義上來說銨離子從液相到固相是被動吸收，當施肥后溶液中銨離子濃度較高時，銨離子即從液相中分離出來轉(zhuǎn)移到固相,形成固相—液相銨離子的平衡狀態(tài)，而當作物生長到一定程度，由于作物對土壤溶液中銨離子的吸收，使得液相中銨離子濃度低于固相，再加上作物根的吸附作用使得銨離子從固相釋出來，返回到液相以滿足作物生長的需要。銨離子在固相和液相之間的移動還取決于土壤固相吸附能力，一般砂土地的吸附能力低于粘土的吸附能力，土壤粘粒對銨離子的吸附能力很強，粘粒含量高的、粘粒大的土壤對銨離子的吸附能力強。土壤有機質(zhì)是膨松的團粒，它對銨離子的吸附能力很強，有機質(zhì)含量高的土壤對銨離子固定能力強；灌溉同樣影響銨離子的固定、吸附和釋放；由于澆水使土壤溶液量的加大，土壤溶液濃度下降、土壤晶格也吸水膨脹、原來在土壤上固定的銨離子可能轉(zhuǎn)化為吸附態(tài)的離子，甚至被解釋下來到土壤溶液中。土壤晶格固定、吸附銨離子的量與植物生長、植物根的量、根的吸收動力有很大關(guān)系，當根量多時對銨離子的吸附力很強，很容易將銨離子從土壤晶格中吸附出來，減少銨離子在土壤中的固定6、氮素在土壤中的淋溶作用
土壤中以硝酸或亞硝酸形態(tài)存在的氮素在灌溉條件下很容易被淋溶，隨著灌溉水的下滲作用，溶液中的硝酸根和亞硝酸根同樣下滲，下滲后被深層土壤所固定，當灌溉水多時，下滲水中的硝酸根離子也會滲漏到地下水中，一方面造成肥料的浪費，另一方面造成對地下水的污染。
7、氨的揮發(fā)作用
銨和氨之間總是在互相轉(zhuǎn)化，發(fā)生著土壤溶液中的動態(tài)平衡
NH4+OH- —NH3 + H+ + OH-
氨的揮發(fā)主要決定于土壤表層的銨離子濃度、土壤的陽離子代換量、土壤表層的溫度、土壤表層的PH值以及光照、風速等。土壤PH升高，土壤中氨態(tài)氮所占的比例就大。揮發(fā)損失就容易，溫度升高、光照強、風速大也容易造成氨的揮發(fā)。土壤的陽離子代換量大，氨的揮發(fā)損失小，土壤在處于潮濕和濕潤狀態(tài)氨的揮發(fā)損失就小，因此施用肥料后應(yīng)進行覆土或灌溉，施肥時間應(yīng)放在早、晚氣溫低的時候。
8、作物對氮素的吸收作用：
氮素是作物需要量最多的元素，所有的作物在全生育期對氮素的需求量都比較大，不同的作物的吸收量不同，同種作物不同生育期的吸收量不同，一般說來在作物的幼苗期，作物的吸收動力小，對氮素濃度的承受力也小，在作物的生長盛期對氮素的需求量最大，生長后期的吸收量減少。在不同生育期的吸收量占總吸收量比例不同。
不同作物不同生育期對氮素的吸收量占總吸收量的比例（%）
