氮是农作物所需的重要元素之一,也是衡量土壤肥力的重要指标。实时、快捷地测定土壤中无机氮含量,对于提高氮肥利用效率、降低农业生产成本、减少农业环境污染具有重要意义。研究表明,介电特性可反映土壤的离子参数,不仅能反演土壤的体积含水量,还可通过复介电常数反演土壤的离子浓度和种类。当前,土壤介电针对无机氮含量的研究多是在单一频率下进行,对宽频段下水氮耦合下极化行为研究较少,对不同土壤含水量、土壤特定无机氮离子耦合作用下的土壤介电研究不足。针对农田中氮素无法实时测量的难题,开展土壤氮素的介电特性研究不仅可以分析土壤-水-氮耦合条件下的极化行为,还能够为解决土壤氮素的测量难题提供新思路。本文应用双线性理论,使用安立矢量网络分析仪（Anritsu-MS2028B）,以及14mm定制探头,分别以云南曲靖红土和陕西杨凌塿土为研究对象,在10 MHz～6 GHz测试了红土在4个体积含水量（0.10-0.25 cm~3/cm~3）,5个铵态氮含量（0.1-0.5 mol/L）下的介电常数（复介电常数、视在介电常数）频谱图以及塿土在5个体积含水量（0.10-0.30 cm~3/cm~3）,6个硝态氮水平（0-0.30 mol/L）下的介电常数频谱图。测定了塿土在低水平硝态氮浓度（1-10 g/L）下的介电常数频谱图。分析了土壤含水量、频率影响因素下土壤无机氮（NH4+、NO3-）浓度与土壤介电常数的关系。于本文的试验条件及研究内容,得到主要结论如下:（1）基于双线性理论构建的介电测量系统对测量介质的复介电常数具有良好的适用性。使用安立矢量网络分析仪,在14 mm末端开路定制探头上测量的S11参数,运用MATLAB程序计算,能够准确转化被测介质的复介电常数。（2）土壤介电常数受土壤含水量、铵态氮浓度、频率的复合影响。在测量频段内,铵态氮含量改变对复介电常数实部的影响集中在10 MHz～100 MHz频段内,对复介电常数虚部的影响集中在100 MHz～1 GHz频段内,且铵态氮浓度改变对复介电常数虚部的影响更为明显。在101.05 MHz频率下建立了红土中NH4+离子介电检测的虚部模型,通过回归分析建立的模型决定系数R~2=0.937,说明该经验公式具有较好的精度。（3）在测量频段内,体积含水量、土壤硝态氮（NO3-）浓度对土壤介电常数影响显著。研究发现,复介电常数实部对土壤含水量变化的响应较为敏感,在不同频点使用复介电常数实部对土壤含水量进行三阶拟合,决定系数R~2都在0.98以上。其次,对比了复介电常数实部、虚部以及视在介电常数在宽频下的介电表现,使用复介电常数虚部对土壤中不同硝态氮含量进行描述,稳定性与区分度较好。在300.9 MHz典型频率点分析了土壤硝态氮含量与复介电常数虚部的相关性,R~2在0.94～0.98之间。（4）建立了较低硝态氮离子浓度水平下的硝态氮介电检测模型。低硝态氮浓度在各含水率下引起复介电常数实部的变化较小,集中存在于200 MHz以下。在100MHz～700 MHz下复介电常数虚部区分明显,土壤含水量越高,土壤硝态氮浓度的复介电常数虚部区分效果越好。对比了理想频段内使用线性、二次、三次方程拟合效果的优劣,得出使用三次方程建立土壤低硝态氮水平的检测模型结果较好,300.9 MHz为土壤硝态氮检测的最佳频率点,决定系数R~2为0.935。