土壤中的氮素大部分以有机态的形式存在，在耕作层中可占 90%以上，其组成可分为：铵态氮（结合态）、氨基氮（包括氨基酸态氮和氨基糖态氮）、酸解未知态氮、非酸解残渣氮，并有少量核酸固定氮，多和其他有机质成分结合成有机质复合体。少部分氮素以无机矿质氮的形式存在，主要是 NO3——N、NH4+-N 和 NH3-N。NH4+-N又以交换性铵和固定态铵两种形式存在（赵俊晔，2004）。还有约 1%~5%的氮素存在于土壤微生物中，与土壤有机质氮发生密切的相互作用（朱兆良，1999）。
氮素在土壤中的损失过程主要有氮的固定，硝化与反硝化，氮的淋洗等。 1 氮的固定
生物固定（土壤微生物量氮）和晶格固定（固定态氨）是土壤氮素固持的主要形式（仇少君，2007）。土壤粘土矿物对铵的固定与释放是土壤氮素内循环的主要环节之一。土壤固定态铵主要有以下几个来源：a.原始固氮微生物固定的大气中的N2在成土过程中被土壤矿物固定；b.大气中的NH3在地理循环过程中被雨水淋溶进入土壤而被固定；c.土壤中部分固定态铵直接来源于母岩，部分来自风化过程和成土过程中矿物NH4+的固定；d.近代农业耕作中氮肥和有机肥的大量施用及生物活动的影响（文启孝，2000；孙玉焕，2002）。 2氮的淋洗
各种形态的氮肥施入土壤后通过化学和微生物的作用转化为NH4+-N和NO3——N；其中NO3——N不易被土壤胶体吸附，容易通过淋洗进入地下水。硝态氮在土壤剖面中特定埋深处的淋失除受氮肥施用量及其方法，降雨量和灌溉量及灌溉方式的影响外，还受到农作条件、土壤质地和结构、土壤氮素转化作用的影响（马军花，2004）。
当氮肥用量超过了作物达到最高产量的需氮量时,硝态氮淋洗十分明显（Raum W R，1995）。不同土壤类型氮淋失量也不一样（吕殿青，1998），细砂土(灌溉春玉米)、重壤和粘土(灌溉冬小麦)上施氮量为250kg/hm2时，硝态氮从0~40cm土层中淋失量分别为102.5、77.5、和37.5kg/hm2。
3氮的硝化与反硝化作用
反硝化过程是指在通气不良的条件下，有土壤微生物将硝酸盐或亚硝酸盐还原成氮气或氧化氮的过程，其反应过程如下： NO3- → NO2- → NO → N2O → N2
硝化过程是指在土壤通气条件下，土壤中硝化微生物将铵盐转化为硝酸盐的过程。其中释放部分 N2O，其反应过程可表示如下[张炎,2004]： NO NO NO ↑ ↑
NH4+→NH2OH→[HNO] NO2-→NO3- ↓ [X] N2O
硝化作用形成的NO3——N与NH4+-N一样也是植物容易吸收、利用的氮素，但NO3——N比NH4+-N易于淋失，较易从土壤中淋失进入地下水，若地下水NO3——N含量过高，不宜
人畜饮用，而地面水中NO3——N含量过高，可造成水域富营养化现象。参与硝化、反硝化过程的微生物类群主要包括硝化细菌、反硝化细菌等。在硝化、反硝化过程中，通气与不通气都是相对的（赵俊晔，2004）。
一般认为在旱作条件下，铵态氮肥施入土中会经硝化作用很快转化为硝态氮。但硝化作用的快慢受土壤含氧量、酸度、温度等因素的影响较大。硝化作用只在通气良好的条件下才能进行，当土壤空气中含氧量在4.5%以下时，硝化作用锐减；在微酸性及中性条件下硝化作用旺盛，pH>8或pH<4.5时，硝化作用不能进行；硝化作用最适宜的温度为30~35℃。在湖南气候条件下铵态氮施入土中,经20天左右大部分转化为硝态氮；在昆明气候条件下，旱作土壤中，铵态氮的硝化作用在施肥后30天完成（李永梅，2003）。反硝化作用生成的NOx（包括N2O和NO等）会扩散到大气层中,产生大气污染。N2O具有吸收红外线和减少地表热辐射向外扩散的特性，是几种主要的温室气体之一，大气中的N2O浓度每增加一倍会使同温层O3层减少10%，从而使紫外线向地球辐射增加20%（詹风，2006）。 4氮的流失
氮的流失，是溶解于径流中的矿质氮，或吸附于泥沙颗粒表面以无机态和有机质形式存在的氮随径流流失。降雨、径流、土壤性质（土壤种类、土壤结构、土壤质地等）、坡面坡度、以及土地植被覆盖情况是影响氮素流失的因素。降雨和径流是土壤氮素流失的主要驱动因素（李志博，2002）。地表径流可以将作物未利用的氮带出农田，并污染周边环境。当降雨和灌溉强度超过农田土壤下渗速度时就形成了地表径流。地表径流中损失的氮包括颗粒态氮和溶解态氮，颗粒态氮指结合于土壤颗粒中的氮；溶解态氮包括无机氮和有机氮。在未施用肥料的情况下，地表径流造成的氮损失主要是颗粒态氮，占径流中氮的96%以上；施用碳铵后,径流中溶解态氮浓度占总氮浓度的35%以上（黄满湘，2001）；在某一特定年份中，农田氮流失量与土壤矿物氮浓度之间存在明显的正相关关系（Withers PJ, 2002）。通过对美国亚祖河盆地的水质调查发现，在常规方式耕作的大豆田中，每年随地表径流流失的沉积物达到1.9×104kg/hm2，造成了77%~96%氮和磷的损失。而我国全年随地表径流流失的土壤达到50×108t，所带走的氮、磷、钾等养分约相当于全国一年的化肥施用总量（张世贤，1996）。 5氨的挥发
气态氮的挥发主要包括 NOx、N2O和氨挥发。土壤 NOx的产生过程包括细菌的硝化、反硝化作用，化学反硝化也会产生微量的 NOx （刁兴才，2006）都会导致氮的损失。氮的气态挥发主要受土壤温度、土壤湿度、土壤容氧量、土壤类型、结构、空隙、pH 值，以及耕地管理方式如施用化肥的种类和数量、耕种技术、作物系统和灌溉等的影响（李志博，2002）。我国用微气象学原位测定氨挥发的技术，对田间条件下的氨挥发进行了许多定量研究。研究结果表明,在有利于氨挥发的条件下，氨挥发损失率可高达施氮量的40%~50%，成为氮肥损失的主要途径之一（朱兆良，2000）。 6植株本身的氮损失
值得注意的是，过去氮平衡研究中因未考虑植株本身的氮损失，所以可能过高地估计了淋洗损失量（范仲学，2001）。研究发现，作物地上部分的吸氮量并不是随着自身的持续生长而不断增加,而是到达一定阶段后开始减少，减少数量最高可达吸氮高峰期的1/3~1/5。科学证明，作物可以从其组织中释放氮,氨是作物生长过程中挥发损失的主要氮素形式，氮的挥发损失主要发生在作物生长后期,谷类作物主要在抽穗开花以后。15N示踪试验结果表明，玉米（Francic D D，1993）植株氮损失占其氮总损失的52%~73%，在冬小麦上这一数据是21%（Harper，1987）或41%（Dagger，1976），大豆上也已证明每年有45 kg/hm2（范仲学，2001）。
充分了解氮素在土壤中的损失过程，有利于提高氮肥的利用率，节约肥料，降低农业生产的成本，提高农业效益。
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