（一）淋洗损失
铵（NH4+）和硝酸盐（NO3-）在水中溶度很大，NH4+离子因带正电荷，易被带负电的土壤胶体表面所吸附，硝酸盐（NO3-）带负电荷，是最易被淋洗的氮形态，随着渗漏水的增加，硝酸盐的淋失增大。自然条件下，硝态氮的淋失取决于土壤、气候、施肥和栽培管理等条件，在湿润和半湿润地区的土壤的淋洗量较多，半干湿地区较少，而在干湿地区除少数砂质土壤外，几乎没有淋洗。地表覆盖亦与硝酸盐的淋洗有密切的关系，植物生长的旺盛季节，土壤根系密集，吸氮强烈，即使在湿润地区，氮的淋失也较弱。相反，休闲地的氮淋失则较强。
土壤氮还可以随地表径流进入河流、湖泊等水体中，由地表水径流带走的氮除硝酸盐外，还有土壤粘粒表面铵离子和部分的有机氮。通过淋洗或径流进入地下水或河、湖的氮，能引起水体富营养化。
（二）气体损失
土壤氮可通过两个机制形成气体氮逸出入大气，它们是反硝化作用和氨挥发。
1、反硝化作用在嫌氧条件下，硝酸盐（NO3-）在反硝化微生物作用下，还原为N2、N2O或NO的过程称为反硝化作用。反硝化作用实质上是硝化作用的逆过程，其条件需要较严格的土壤嫌气环境。试验表明，随着土壤溶液中的溶解氧浓度减少，反硝化的强度逐渐加强，待氧浓度减少到5%以下时，反硝化强度明显增高。这对矿质土壤而言，只有当其平衡空气中的氧浓度少到0.3%以下时，即溶液中氧浓度下降至4×10-6 mol/L以下时，整个土体才有可能被反硝化作用所控制。实际上这种土壤已处于水分饱和的淹水状态，孔隙中几乎已不存在空气。而在一般含水量情况下，即使达到田间持水量，土壤结构内或分散土粒间的小孔隙中已充满水，但其结构间的非毛管孔却仍然充有空气。因此，在这种土壤中硝化作用和反硝化作用往往可以同时并存。但也有例外，有些土壤的排水条件并不恶劣，因为含有大量的易分解有机质，使土壤产生了局部的嫌气环境，也会产生强烈的反硝化作用。所以通过反硝化作用损失的土壤氮取决于土壤中硝酸盐的含量、易分解有机质的含量、土壤通气、水分状况及温度、酸碱度等因素。研究表明反硝化的临界氧化还原电位约为334 mV，最适pH为7.0～8.2的微碱性土壤，pH小于5.2～5.8的酸性土壤，或pH高于8.2～9.0的碱性土壤，反硝化作用显著下降。
2、氨挥发易发生在石灰性土壤上，特别表施铵态氮和尿素等化学氮肥时，氨挥发损失可高达施肥氮量的30%以上，这是因为土壤中的氨（NH3）和铵（NH4+）存在下列平衡。
NH3+H+⇆NH4+
反应形成的NH4+离子易溶于水，易被土壤吸附，而NH3分子易挥发。这个反应平衡取决于土壤的pH，若土壤pH接近或低于6时，NH3被质子化几乎全部以NH4+形态存在。在pH=7时，NH3约占6%，pH=9.2～9.3时，则NH3和NH4+约各占一半。氨的挥发还与土壤性质和施用化肥种类有关，石灰性土壤上施用硫酸铵时，形成溶度低的硫酸钙并释放出较多的氨，故比施用氯化铵和硝酸铵的氨挥发损失要大得多。土壤粘粒和腐殖质能吸附NH4+离子，阻止氨的挥发，在阳离子交换量低的砂质土上施铵态氮，其氨的挥发损失比粘质土大。改化学氮肥表施为深施、粉施为粒施，都可减少氨的挥发损失。
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