第七章土壤氮、磷循環(huán)與環(huán)境效應(yīng)2022/10/252主要內(nèi)容第一節(jié).土壤中氮素轉(zhuǎn)化與環(huán)境質(zhì)量第二節(jié).土壤中磷素的轉(zhuǎn)化與環(huán)境質(zhì)量第三節(jié).土壤中氮磷流失控制第一節(jié).土壤中氮素轉(zhuǎn)化與環(huán)境質(zhì)量一.土壤氮素的含量及其來源二.土壤中氮素的形態(tài)三.土壤中氮素的轉(zhuǎn)化四.土壤氮素管理與環(huán)境質(zhì)量2022/10/2532022/10/254一.土壤氮素的含量及其來源含量：一般土壤含量范圍：0.02%~0.50%我國耕地含量：0.04%~0.35%表層高，心、底土低來源：A生物固氮：包括自生固氮、共生固氮和聯(lián)合固氮；B降水：1.5-10.5kg/hm2.a；C灌水；D施肥；有機肥、無機化肥目前肥料是農(nóng)田土壤氮肥的主要來源。

2022/10/255氮素是土壤中活躍營養(yǎng)元素，作物需求量大。和植物需求相比，全世界大部分土壤缺氮，氮肥的應(yīng)用有力地促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，開創(chuàng)了農(nóng)業(yè)歷史的新紀(jì)元。土壤中氮可以通過一系列化學(xué)反應(yīng)和物理過程以各種形態(tài)進入大氣和水體，對局部乃至全球環(huán)境產(chǎn)生種種負面影響。圍繞施用氮肥產(chǎn)生的效益與弊端的討論一直是土壤、肥料、地球物質(zhì)循環(huán)、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、環(huán)境科學(xué)等多個研究領(lǐng)域密切關(guān)注的問題。

2022/10/256二.土壤中氮素的形態(tài)

有機態(tài)氮可溶性有機氮<5%；水解性有機氮50~70%；非水解性有機氮30~50%。

無機態(tài)氮銨態(tài)氮(NH4+)；硝態(tài)氮(NO3-)；亞硝態(tài)氮(NO2-)。2022/10/257

有機態(tài)氮

占全氮的絕大部分，95%以上。可溶性有機氮

<5%，主要為：游離氨基酸、胺鹽及酰胺類化合物；水解性有機氮50~70%，用酸堿或酶處理而得。包括：蛋白質(zhì)及肽類、核蛋白類、氨基糖類；非水解性有機氮30~50%，主要可能是雜環(huán)態(tài)氮、縮胺類。2022/10/258無機態(tài)氮數(shù)量少、變化大，表土中占全氮1~2%，最多不超過5~8%。銨態(tài)氮(NH4+—N)：可被土壤膠體吸附，一般不易流失，但在旱田中，銨態(tài)氮很少，在水田中較多。在土壤里有三種存在方式：游離態(tài)、交換態(tài)、固定態(tài)。硝態(tài)氮(NO3-—N)：移動性大；通氣不良時易反硝化損失；在土壤中主要以游離態(tài)存在。亞硝態(tài)氮(NO2-—N)：主要在嫌氣性條件下才有可能存在，而且數(shù)量也極少。在土壤里主要以游離態(tài)存在。其他，氨態(tài)氮、氮氣及氣態(tài)氮氧化合物。速效氮：土壤溶液中的銨、交換性銨和硝態(tài)氮因能直接被植物根系所吸收，常被稱為速效態(tài)氮。2022/10/259全氮有效氮：能被當(dāng)季作物利用的氮素，包括無機氮(<2％)和易分解的有機氮堿解氮：測得的有效氮。全氮：土壤中氮素的總量。

速效氮：土壤溶液中的銨、交換性銨和硝態(tài)氮因能直接被植物根系所吸收，常被稱為速效態(tài)氮。有效氮速效氮幾個概念2022/10/2510中國不同地區(qū)耕層土壤的全氮含量2022/10/2511三.土壤中氮素的轉(zhuǎn)化

銨態(tài)氮

硝態(tài)氮

礦化作用

硝化作用

生物固定

硝酸還原作用NH3N2、NO、N2O吸附態(tài)銨或固定態(tài)銨水體中的硝態(tài)氮

揮發(fā)損失反硝化作用吸附固定淋洗損失

有機態(tài)氮生物固定有機態(tài)氮2022/10/2512土壤氮素的有效化有機氮的礦化（有機氮水解；氨化）硝化（亞硝化；硝化）土壤氮素的損失反硝化——生物脫氮化學(xué)脫氮（亞硝酸分解；氨揮發(fā)）粘粒對銨的固定生物固定氮素淋洗2022/10/2513土壤氮素有效化

——有機氮礦化：定義：含氮的有機合化物，在多種微生物的作用下降解為簡單的氨態(tài)氮的過程。它包括：水解：氨化：蛋白質(zhì)多肽氨基酸水解水解肽酶朊酶氨化微生物RCHNH2COOH+O2RCH2COOH+NH3+能量酶2022/10/2514定義：將土壤中的氨、胺、酰胺等微生物的作用下氧化為硝酸的生物化學(xué)過程。第一步：亞硝化作用第二步：硝化作用土壤氮素有效化

——硝化過程：2NO2-+O22NO3-+40千卡硝化微生物2HN4++3O22NO2-+2H2O+4H++

158千卡亞硝化微生物速率：硝化作用＞亞硝化作用＞銨化作用。因此，正常土壤中，很少有亞硝態(tài)氮和銨態(tài)氮及氨的積累。2022/10/2515硝化作用：NH4+或NH3經(jīng)NO2-氧化為NO3-

2022/10/2516土壤氮素損失

——反硝化（生物脫氮過程）過程：NO3-NO2-NON20N2氧化亞氮還原酶硝酸鹽還原酶硝酸鹽還原酶氧化氮還原酶-H202NOHN032HNO2H2N2O2

厭氧微生物+4H++4H+-2H2O-2H2O

+2H+-2H2O+2H2ON2-4H+厭氧微生物N2O2022/10/2517反硝化作用：硝酸鹽等較復(fù)雜含氮化合物轉(zhuǎn)化為N2、NO、N2O2022/10/2518主要是一些特殊環(huán)境條件下的化學(xué)反應(yīng)，如：氨態(tài)氮揮發(fā)NH4++OH-

NH3+H2O在堿性條件下進行亞硝酸分解反應(yīng)

3HNO2

HNO3+2NO+H2O條件：酸性愈強，分解愈快。土壤氮素損失

——化學(xué)脫氮過程2022/10/2519土壤氮素損失

——其他損失途徑粘粒礦物對銨的固定

北方的土壤中，能固銨的粘粒礦物較多，但其土壤中銨極少，而南方水田的銨態(tài)較多，而能固定銨的粘土礦物不多。因此，銨的粘土礦物固定在我國的意義不大。生物固定氮素的淋洗淋洗硅鋁片硅鋁片NH4+2022/10/2520四.土壤氮素流失與環(huán)境質(zhì)量氮肥生產(chǎn)效率趨于下降，農(nóng)業(yè)環(huán)境污染則趨于加重保障糧食安全和農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)，減少農(nóng)業(yè)環(huán)境污染環(huán)境降低農(nóng)田中化肥氮損失、提高氮肥利用率途徑：適宜施氮量，避免盲目過量施氮氮肥深施、早作上表施氮肥(特別是尿素）立即適量灌水、前氮后移使用改性氮肥，延長肥效利用作物與微生物共生固氮

……2022/10/2521施用氮肥對環(huán)境質(zhì)量的影響

據(jù)估計，我國農(nóng)業(yè)中氮損失正以驚人速度增加，如1969-1973年農(nóng)業(yè)中氮（化肥和有機肥）年損失500萬噸，其中化肥為200萬噸，是同期化肥氮用量69%；1994-1998年，氮年損失2300萬噸，其中化肥氮為1900萬噸，為同期化肥氮的84%。氮損失量增加與氮肥利用率有很大關(guān)系，氮肥利用率低可能是氮肥損失原因，也可能是氮肥損失的結(jié)果。20世紀(jì)60年代氮肥利用率為0.6，70至80年代為0.5~0.4，90年代則進一步下降為0.35~0.32,2022/10/2522施用氮肥對土壤健康質(zhì)量的影響

對于氮肥來說，最易引起土壤變化的性質(zhì)就是pH。連續(xù)施用氮肥會導(dǎo)致土壤pH降低，在酸性土壤上問題尤為明顯。酸性土壤交換性鈣含量低，每加入100kg硫酸銨就需要110kg的碳酸鈣去中和由于氮肥所產(chǎn)生的酸度。如果不施加石灰校正土壤酸度，錳和鋁的過量釋放將會產(chǎn)生對植物的毒害作用2022/10/2523施用氮肥的水體污染

施用化肥對水體環(huán)境影響多方面，如水體富營養(yǎng)化、NO3-和NO2-污染等。一般來說，在封閉性湖泊和水庫水中，氮（N）濃度超過0.2mg/L，磷（P）濃度達到0.015mg/L時就可能引起“藻化”現(xiàn)象。從土壤學(xué)角度看，這兩個濃度很易達到。目前氮和磷是我國湖泊富營養(yǎng)化的主要誘因，五大淡水湖泊（太湖、洪澤湖、鄱陽湖、洞庭湖和巢湖）水體中營養(yǎng)鹽均遠超過氮磷富營養(yǎng)化發(fā)生濃度，尤其總氮濃度高達10倍以上。我國幾乎所有的江湖河海和局部的地下水都不同程度遭到了氮和其化合物的污染。2022/10/2524施用氮肥的大氣污染

氮肥施入土壤后，部分會以氣態(tài)形式損失掉，如NH3、NO、N2和N2O等。在近地面的環(huán)境中，NOx在陽光下與氧氣反應(yīng)，形成臭氧，組成化學(xué)煙霧，刺激人、畜的呼吸器官；在農(nóng)田則對農(nóng)作物產(chǎn)生危害大氣中N2O正以0.25%的年增長率上升，其中，熱帶和農(nóng)業(yè)土壤被認為是全球重要的N2O釋放源，貢獻率達70%~90%。在美國，來自農(nóng)田的N2O大約有405kt-1011kt。近20年來，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的N2O的釋放及其影響因素的研究成為氮素生物化學(xué)循環(huán)研究的新熱點。2022/10/2525施用氮肥對作物品質(zhì)和人體健康影響

高劑量施用化肥勢必造成土壤特性的迅速變化。土壤特性的變化勢必引起作物品質(zhì)的變化。高劑量施用單一化肥，將引起土壤中各種元素的比例失調(diào)，最后導(dǎo)致作物產(chǎn)生新的生化過程

第二節(jié)

土壤磷素的轉(zhuǎn)化與環(huán)境質(zhì)量本章重要知識點:一、土壤磷的形態(tài)及分級二、土壤磷的吸附機理及其影響因素三、土壤磷的生物轉(zhuǎn)化及其影響因素四、土壤供磷能力及其影響因素五、土壤磷素循環(huán)

磷是植物必需的大量營養(yǎng)元素，但與其它大量元素相比，土壤磷的含量相對較低，分布變異也較大。土壤中含磷化合物種類繁多，各種形態(tài)磷之間的轉(zhuǎn)化過程錯綜復(fù)雜。因此，盡管土壤中磷的研究工作較多，但是仍然有許多問題沒有弄清楚。

一、土壤磷的含量、形態(tài)分級及其植物有效性1.1土壤中磷的含量

地殼中磷的平均含量約為0.122%(按P計，下同）。一般巖石含磷量變動在1.0-1.2g/kg。玄武巖發(fā)育的土壤全磷含量通常較高，而花崗巖發(fā)育的土壤全磷含量較低。我國土壤全磷含量一般為0.022-0.109%,最低可小于0.004%，高的可達0.175%。在自然土壤中的全磷含量決定于母質(zhì)類型、成土作用和土壤磷的淋失情況，而在耕作土壤中主要受耕作施肥的影響。

1.2土壤磷的形態(tài)1、無機磷2、有機磷

在大多數(shù)土壤中，磷以無機形態(tài)為主，主要以正磷酸鹽形式存在，焦磷酸鹽的形式很少；有機形態(tài)的磷含量較低，且變幅較大。1、無機磷無機磷一般占土壤全磷的50%以上。無機磷主要以正磷酸鹽的形式存在。無機磷可分為礦物態(tài)、吸附態(tài)和水溶態(tài)3種。2、有機磷土壤有機磷化合物主要來自植物，也有相當(dāng)部分來自土壤生物，特別是微生物。絕大部分土壤有機磷以單脂鍵與土壤腐殖質(zhì)結(jié)合，已知組分的有機磷化合物主要有3類：植素類、核酸類、磷脂PlantResidues/ManuresStableOrganicPSoilMicrobesLabileOrg.P

SoilSolution

PLabile.Inorg.PStableInorg.PHPO4ComplexedPphospholipids1.3土壤磷的形態(tài)分級

由于鑒定含磷礦物較困難，人們通常采用化學(xué)方法將無機磷進行形態(tài)分級。目前常用的土壤無機磷分級基本上是根據(jù)張守敬和Jackson于1957年提出，后來經(jīng)過許多研究者修改后的方法進行。其重要做法是使用不同的浸提劑，以區(qū)分不同組分的磷（表）。

根據(jù)這種方法，土壤磷分為磷酸鈣鎂類化合物、磷酸鐵鋁類化合物和閉蓄態(tài)的磷。實際上，各組分中或多或少有一些其他組分的磷混雜在一起，包括有機磷化合物。無機磷分級

這種磷形態(tài)分級方法存在的問題：由于土壤的非均質(zhì)性，浸提過程中釋放的磷可能被其他組分所吸附或者與陽離子反應(yīng)形成難溶性的含磷化合物；肥料磷與土壤反應(yīng)的中間產(chǎn)物有很多，而且其溶解性能尚不清楚；浸提過程中有一部分釋放的磷可能來自于被酸或堿水解的有機磷；各種組分中有機磷的植物有效性還不清楚。該分級方法對石灰性土壤考慮較少，也不適用。其反應(yīng)導(dǎo)致再固定。針對石灰性土壤磷的分級問題，蔣柏藩和顧益初（1989）把石灰性土壤中Ca-P進一步分為Ca2-P（磷酸二鈣為主）、Ca8-P（磷酸八鈣為主）、Ca10-P（磷灰石型）等三組，仍然保留了閉蓄態(tài)磷的概念。其浸提順序為：

0.25mol/LNaHCO3(pH7.5)Ca2-P0.5mol/LNH4OAc(pH4.2)Ca8-P0.5mol/LNH4F(pH8.2)Al-P0.1mol/LNaOH-0.1mol/LNa2CO3Fe-P0.3mol/L檸檬酸-1mol/LNaHCO3-Na2S2O4O-P0.5mol/LH2SO4Ca10-P

此分級方法較適用于石灰性土壤，這一鈣鹽的區(qū)分方法不僅在化學(xué)方法上更為清楚，而且在植物營養(yǎng)上也有相應(yīng)的意義。但是此法同樣也沒有考慮有機磷的存在，而且NH4F的應(yīng)用會形成CaF2，浸提過程中釋放的磷可能與

由于有機磷化合物的鑒定更加困難，某些學(xué)者提出了避開這一困難的土壤有機磷形態(tài)分級方法（Bowman,etal.,1978;Hedleyetal.,1982)。

一般采用不同浸提劑，把土壤有機磷分為4組。這一方法希望把有機磷的有效性和磷素形態(tài)聯(lián)系起來，但是這只能是定性的，不過此法有一定的實用價值，可以提供有關(guān)土壤有機磷動態(tài)變化的信息。有機磷分級活性有機磷用0.5mol/LNaHCO3提取的磷；中等活性有機磷堿溶性的無機磷和酸溶性的有機磷；中度穩(wěn)定有機磷

即與富里酸結(jié)合的磷；高度穩(wěn)定有機磷

即與胡敏酸結(jié)合的磷。土壤有機磷的形態(tài)分級SoilPtransformations二、土壤磷的吸附和解吸（Adsorptionanddesorptionofphosphorusinsoil)

磷酸鹽在土壤中的化學(xué)行為十分復(fù)雜，涉及多種化學(xué)過程，其中主要的有吸附和解吸以及沉淀和溶解。吸附和沉淀過程統(tǒng)稱為磷酸鹽被土壤吸持（固定）過程，或者土壤磷素的化學(xué)固定（Chemicalfixationofphosphorusinsoil)，其反向反應(yīng)則為釋放過程，包括解吸和溶解。Phosphorus“Fixation”*Precipitationfromsoilsolution --pHdrivenAdsorptiontosoilminerals --soilchemistry(mineralogy)determines*

Note:withKandNH4+,“fixation”referstoinsertion intothelatticeofcertainclays2.1磷的吸附2.1.1、磷的吸附機理磷的吸附包括陰離子交換吸附和配位吸附。陰離子交換吸附是以靜電引力為基礎(chǔ)，磷酸根與土壤膠體的吸附反應(yīng)，沒有專一性，故又稱為非專性吸附或物理吸附。磷的配位吸附是指磷酸根離子作為配位體與土壤膠體表面的-OH-基或-H2O基發(fā)生的配位體交換而保持在膠體表面的過程，具有某種程度的專一性，故又稱為專性吸附或化學(xué)吸附。

土壤中吸附磷的物質(zhì)主要有鐵鋁氧化物、水鋁英石、粘土礦物、有機質(zhì)-Al-Fe復(fù)合體和碳酸鈣。在酸性土壤中，鐵鋁氧化物是吸附磷的主要物質(zhì)；石灰性土壤中吸附磷的主要物質(zhì)是碳酸鈣。（1）非專性吸附

在酸性條件下（土壤溶液pH低于土壤吸附劑的等電點時），吸附劑如活性鐵鋁（用M表示）上的-OH-基質(zhì)子化而帶正電荷：

M-OH+H+M-OH2+

這一帶正電荷的M就會通過靜電引力吸引帶負電荷的磷酸根（H2PO4-):H+

-OOM-OH2++H2PO4-M-OPHHOOHNote:

在酸性條件下，對一般帶負電的陰離子如SO42-、SiO44-等都能產(chǎn)生非專性吸附。

由于活性鐵鋁須質(zhì)子化帶正電荷才能進行非專性吸附。因此，非專性吸附只能在活性鐵鋁的等電點以下的pH環(huán)境中進行。土壤酸性愈強，-OH-基質(zhì)子化愈多，非專性吸附也愈大。

這類非專性吸附完全依靠靜電引力吸持，因而是很弱的。因此，對植物仍然有較高的有效性。2022/10/2547

從這3個反應(yīng)來看，總的結(jié)果是釋放一個OH-，所以酸性條件有利于這些反應(yīng)的進行，最后形成磷的雙齒吸附，它比單齒吸附要穩(wěn)定得多。

試驗證明，這種雙齒吸附可以在pH3-11.9范圍內(nèi)形成，也就是說，在幾乎所有常見土壤pH范圍內(nèi)，被吸附的磷都會隨著時間的單齒吸附向雙鍵吸附轉(zhuǎn)化。專性吸附對磷有效性的影響：在磷被土壤吸附的一段不長的時間內(nèi)（幾個月），磷仍保持著相當(dāng)大的有效性。隨著時間的延續(xù)，特別是當(dāng)雙齒吸附形成后，磷的有效性則大大降低了。

在石灰性土壤中，磷的吸附也是存在的。這是因為石灰性土壤中也含有少量的活性鐵鋁，同時石灰性土壤中CaCO3也可進行磷的吸附，這也是一種化學(xué)吸附，先是形成無定形的磷酸鈣鹽，然后逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶狀態(tài)，最終形成磷灰石。2.1.2、影響磷吸附的因素

磷的吸附反應(yīng)開始時進行的很快，隨著反應(yīng)的進行速率逐漸變慢。（1）礦物種類、結(jié)晶程度和含量不同的粘土礦物種類對磷吸附能力差異很大，其中鐵、鋁氧化物和水化氧化物吸附能力最強。1:1型粘土礦物吸附磷的能力大于2：1型粘土礦物；吸附磷的能力：鐵鋁氧化物>高嶺石>蒙脫石>方解石非結(jié)晶態(tài)鐵鋁氧化物>結(jié)晶態(tài)鐵鋁氧化物（2）土壤pH和電解質(zhì)

大多數(shù)土壤中，pH值在6.0-6.5范圍內(nèi)磷的有效性最高。

pH值較低(<5.3)時，磷的吸附物質(zhì)主要是鐵鋁氧化物，對磷的吸附固定強。因此，在酸性土壤中施用適量石灰，提高pH可降低磷的吸附固定。pH>7時，土壤中磷酸鈣鎂鹽的固定，又使磷有效性降低。在吸附動力學(xué)研究中，Langmuir的最大吸附量和Freundlich的吸附常數(shù)均與土壤pH成顯著的負相關(guān)。這是由于在低pH時，鐵鋁氧化物的活度增大，而且磷酸根離子置換出來的OH-可以很快被中和，而且隨著pH降低，土壤陰離子交換吸附能力也增強。（3）土壤有機質(zhì)

土壤有機質(zhì)含量高或施用有機肥料可減少磷的吸附固定，從而提高土壤磷的有效性。主要的原因：有機質(zhì)在鐵鋁氧化物表面形成膠膜，抑制膠體對磷的吸附；有機質(zhì)及其分解產(chǎn)物如胡敏酸、富里酸和有機酸等與磷酸根競爭吸附位點，從而減少磷的吸附。其中簡單有機酸陰離子的競爭能力按下列順序遞減：檸檬酸>酒石酸>草酸。但是，也有不少資料表明，酸性土壤中磷吸附與土壤有機質(zhì)含量呈正相關(guān)。認為：有機質(zhì)能夠穩(wěn)定鐵鋁氧化物，從而增加其對磷的吸附；有機質(zhì)本身的羥基也可能被磷酸根所取代而產(chǎn)生磷的配位吸附。2.2磷的解吸

—是指吸附狀態(tài)的磷重新進入土壤溶液的過程。是吸附的逆過程。解吸開始階段速率較快，以后逐漸變慢。吸附態(tài)磷的解吸比吸附過程要慢得多。所以，土壤磷素的解吸等溫線并不與吸附等溫線重合，發(fā)生滯后現(xiàn)象。原因為：吸附后膠體與磷酸根離子形成雙齒鍵，雙齒結(jié)合的磷酸根比單齒結(jié)合的磷酸根要難以釋放；吸附態(tài)磷通過擴散進入結(jié)晶態(tài)合非結(jié)晶態(tài)鐵鋁氧化物的內(nèi)部，從而失去了可解吸性，這種現(xiàn)象又為磷的吸收；難溶性化合物的再結(jié)晶。磷酸根把粘土礦物四面體中的硅置換下來，從而難以解吸。土壤磷解吸的機理主要有：1）化學(xué)平衡反應(yīng)土壤溶液中磷濃度因植物的吸收而降低，從而失去了原有的平衡，使反應(yīng)向解吸方向進行；2）競爭吸附所有能進行陰離子吸附的陰離子，在理論上都可與磷酸根有競爭吸附作用，從而導(dǎo)致吸附態(tài)磷的不同程度的解吸。競爭吸附的強弱主要取決于磷與競爭陰離子的相對濃度。3）擴散吸附態(tài)磷沿著濃度梯度向外擴散，進入土壤溶液。

三、土壤磷的化學(xué)沉淀和溶解3.1、磷的化學(xué)沉淀

由磷化學(xué)沉淀作用產(chǎn)生的化合物種類很多，據(jù)研究大約有60多種。在中性和石灰性土壤中以磷酸鈣鹽為主，而在酸性土壤中以磷酸鐵鋁鹽為主。

化學(xué)沉淀反應(yīng)一般發(fā)生在土壤溶液中磷濃度高的微域環(huán)境內(nèi)，如肥料顆粒周圍。當(dāng)水溶性磷肥如過磷酸鈣施入土壤后，磷肥顆粒開始吸收土壤水分，并發(fā)生異成分溶解（Incongruentdissolution)，使顆粒內(nèi)部磷的濃度升高至飽和或接近飽和，同時pH下降(約1.5)。由于存在著濃度梯度，磷和質(zhì)子以擴散的方式進入周圍土壤，擴散過程中將會溶解土壤中大量的鐵、鋁、鈣、鎂等離子。當(dāng)溶液中磷與這些陽離子的活度積高于相應(yīng)難溶性化合物溶度積時，發(fā)生磷的化學(xué)沉淀。3.2難溶性含磷化合物的溶解

土壤中難溶性含磷化合物的溶解主要受溶度積控制的，并受到pH等因素的影響。例如，氟磷灰石在酸性介質(zhì)中的反應(yīng)為：

Ca5(PO4)3F+7H+5Ca2++3H2PO4-+HF

根據(jù)氟磷灰石的溶度積和磷酸的解離常數(shù)，可以從理論上計算出氟磷灰石施入土壤后溶液中磷酸根離子（H2PO4-

）濃度與土壤pH的關(guān)系：

pH2PO4-=2pH-5.18表明，土壤溶液中磷酸根離子的濃度與H+濃度呈對數(shù)直線關(guān)系。土壤pH越低，越有利于氟磷灰石的溶解；土壤中鈣離子活度是影響氟磷灰石溶解的另一重要因素，鈣活度低則有利于其溶解；土壤溶液中磷酸根離子活度越低則有利于氟磷灰石溶解。四、土壤磷的生物轉(zhuǎn)化

2022/10/2558Organic-P(availableP)Cycling:AslowreleasemechanismHxPO4x-3mineralizationimmobilizationSolidPhase-PO4(unavailable)影響土壤生物活性的土壤物理和化學(xué)因素，均可能影響有機磷的礦化。

FactorscontrollingorganicPmineralizationC:Pratiooforganicresidues<200礦化Soiltemperature最適溫度35℃SoilmoistureSoiltextureTillage4.2無機磷的生物活化土壤生物的活動可以促進吸附態(tài)磷的解吸和難溶態(tài)磷的溶解，其主要作用機理為：

1）螯溶作用

2）還原作用

3）競爭抑制作用4）化學(xué)平衡作用

5）菌根吸收作用。4.3植物根系與根際磷的活化

植物積極地參與根際土壤中磷活化作用，促進磷的釋放和提高其植物有效性。植物在這方面的作用具有明顯的種類和基因型差異的特征。1、植物吸收作用植物根系對磷的吸收，降低了土壤溶液中磷的活度，可促進根際土壤吸附態(tài)磷的解吸和難溶性磷的溶解。植物根系的吸收造成土壤溶液中磷的活度降低，在低磷脅迫下，植物會通過改變根系的形態(tài)和結(jié)構(gòu)，增加吸收范圍，提高其對磷的吸收利用能力。例如，低磷脅迫下，根系的數(shù)量、長度，根毛的數(shù)量、長度以及根系比表面積增加，從而增加對磷的吸收能力。植物對鈣的吸收利用也可促進磷的釋放。例如，對鈣吸收能力強的植物種類，對磷灰石中磷的利用能力也較大。有人認為植物體內(nèi)CaO/P2O5＞1.3的植物往往具有較強的利用磷礦粉的能力。2、根系的活化作用植物根系對陰陽離子吸收不平衡（如吸收NH4+＞NO3-)可釋放H+；根系和根際生物呼吸作用產(chǎn)生的CO2；低磷脅迫下植物根系可分泌各種有機酸如檸檬酸、蘋果酸和草酸等。上述過程產(chǎn)生的根際酸化作用可促進難溶性含磷化合物的溶解。根系分泌的有機酸通過與金屬離子的螯合，或與磷酸根離子競爭吸附位點，減少磷的吸附固定或促進磷的釋放。根系分泌的有機化合物可在鐵鋁氧化物表面形成膠膜，減少磷的吸附固定。根系的呼吸作用和分泌的還原性物質(zhì)，降低了根際Eh，導(dǎo)致高價鐵的還原，從而活化磷酸鐵鹽。根系釋放鐵載體可以與鐵、鋅等金屬離子結(jié)合提高其有效性，同時促進與之結(jié)合的磷酸根的釋放。3、有機磷的酶促分解有機磷的水解作用是由根系分泌的酸性磷酸酶（Acidphosphatase)、真菌酸性和堿性磷酸酶、細菌堿性磷酸酶來完成。磷酸酶是一種適應(yīng)性酶，它在缺磷脅迫下，根系分泌的磷酸酶活性將大大提高。已證明酸性磷酸酶是一種主要由根系分泌的胞外酶(Ectoenzyme)，其分泌部位是根尖部位。由于酸性磷酸酶的分泌，促進有機磷的水解可大大改善植物的磷素營養(yǎng)。

根系與根際生物之間的相互作用能夠促進植物磷的活化和吸收。植物根系與菌根真菌共生，可以擴大根系對磷的吸收范圍，而且菌根可以分泌H+、有機酸等而使菌根際pH降低，還可分泌磷酸酶，從而促進有機磷的分解和無機磷的活化，改善植物的磷素營養(yǎng)狀況。4、根系與土壤生物的相互作用五、土壤供磷能力及其影響因素5.1土壤磷素供應(yīng)能力是指土壤滿足作物對磷需求的能力。它是一個綜合概念，主要包括土壤磷素供應(yīng)的強度因素、容量因素、緩沖能力和土壤磷向根表遷移過程。由于土壤磷的存在形態(tài)和組分復(fù)雜，其植物有效性的大小也難以確定。因此，人們常簡單地把土壤磷分為三個部分來評價土壤磷的植物有效性。三者的關(guān)系為：水溶性磷易轉(zhuǎn)化態(tài)磷難溶性磷

土壤對磷的供應(yīng)能力，一是決定于土壤溶液中磷的濃度，稱為土壤磷素供應(yīng)的強度因素I(Intensityfactor)，水溶態(tài)磷通常用0.01mol/LCaCl2浸提測定，并根據(jù)溶液中的離子強度、pH值和磷酸根的解離常數(shù)計算磷的活度。

二是決定于土壤固相補充溶液磷的數(shù)量，稱為土壤磷素供應(yīng)的容量因素Q(Quantityfactor)，它是易轉(zhuǎn)化態(tài)磷（又稱活性磷，LabileP）的數(shù)量，即與土壤溶液中磷酸根離子處于平衡狀態(tài)的固相磷數(shù)量，主要是吸附態(tài)磷，也包括新沉淀的無定型或結(jié)晶態(tài)磷以及易分解的有機態(tài)磷。

三是取決于土壤固相補充磷的能力，稱為土壤磷素供應(yīng)的緩沖能力BC(Bufferingcapacity)。緩沖能力是土壤磷素供應(yīng)的容量因素(Q)與強度因素(I)的比值，它是表征土壤保持溶液中磷濃度的能力，即土壤向液相補充或釋放磷的能力，主要是通過固相磷的解吸和溶解。

BC=?Q/?I(b=dCs/dCl)上述3項（I、Q、BC)構(gòu)成了土壤磷素供應(yīng)能力的主體。1、土壤pH2、土壤有機質(zhì)3、無機膠體的種類和性質(zhì)4、土壤質(zhì)地5、土壤水分6、土壤溫度5.2影響供磷能力的土壤因素六、土壤磷素循環(huán)與環(huán)境效應(yīng)ThePhosphorusCycleinSoilSolutionPCropharvestManurePLabileorganicP

StableorganicPFertilizerPLabileinorganicPStableinorganicPSoiltestPRunoffErosionLeachingPhosphorusintheEnvironmentPisanessentialelementforplantsandanimalsHighPisgenerallynon-toxictoplantsoranimalsRelativelyimmobileinsoilPcausesacceleratedeutrophicationExcessivegrowthofalgaeandaquaticplantsLimitsuseofwaterfordrinking,fishing,recreation,etc.PHOSPHORUSANDWATERQUALITYPhosphorusadditionstonaturalwaterscanstimulateweedandalgaegrowth.Vegetativegrowthandoxygendepletionreducewaterquality.PhosphoruslossesfromagriculturecanbeamajorsourceofPenteringlakesandstreams.Phosphorus(P)LossProcessesInsurfacerunoff:Soluble(dissolved)PParticulateP(soilparticles)ByleachingDoesphosphorusleach?SoilPtoWater:TransportRainfall:Infiltration&PercolationSurfaceRunoff:(DissolvedP)SoilErosion:(ParticulateP)TotalSurfacePLoss:(Particulate&DissolvedP)ReleaseofsolublesoilPtorunoffZoneofsurfacesoilandrunoffinteraction(<5cm)SubsurfacerunoffofPP

LeachingPLossesduetoRunofffromSERA-IEG17PrunofflossfromfieldswithsimilarsoilPtestvalues,varieswithasite’sslopeandvegetationcoverWell-VegetatedSoilBareSoilLandSlope(%)PRunoffLossPotentialPlossrelatedtosoiltestPSoilTestPLowPotentialPLossHighMediumSoilP,Cropyield&EnvironmentRelationshipofsoilP(low-optimal),cropresponseandpotentialenvironmentalimpactsofPPercentYieldSoilTestP(lbs/ac)PotentialEnvironmentalProblemsMediumOptimalLow3000100EutrophicationandphosphorusEutrophicationisthetermusedtodescribetheprocessofphosphorusenrichment.

Itcanbedefinedas:

Theover-enrichmentoflakesandriverswithnutrients,usuallyphosphorus,leadingtoexcessivegrowthofalgaeandotheraquaticplants.

EutrophicationPisusuallylimitingIncreasedalgaerowthDissolveOxygenFishkillPalatabilityisreducedandtoxinsintroducedNvsPBehaviorCropUptakePRunoff/ErosionLeachingNRunoff/ErosionLeachingVolatilizationDenitrificationCropUptakeNBehaviorPBehaviorThePhosphorusCycleAnimalmanuresandbiosolidsMineralfertilizersCropharvestRunoffanderosionLeaching(usuallyminor)OrganicphosphorusMicrobialPlantresidueHumusPrimaryminerals(apatite)PlantresiduesPlantuptakeSoilsolutionphosphorusHPO4-2H2PO4-1Secondarycompounds(CaP,FeP,MnP,AlP)DissolutionPrecipitationMineralsurfaces(clays,FeandAloxides,carbonates)WeatheringAdsorptionMineralizationImmobilizationDesorptionInputtosoilComponentLossfromsoilAtmosphericdeposition第三節(jié)土壤氮磷流失污染控制2022/10/2586一、土壤氮磷流失與水環(huán)境二、土壤氮磷流失時空分布特征三、土壤氮磷流失的影響因素四、土壤氮磷流失的控制措施2022/10/2587一、土壤氮磷流失與水環(huán)境2022/10/25881.暴雨：在降雨事件下,各污染物輸出濃度總體上高于非降雨條件的污染物濃度。2022/10/25892.土壤淋溶流失：來源于地表徑流和土壤水的向下滲漏，在降雨和灌溉水的作用下，土壤中的氮部分直接以化合物的形式滲到土壤下層，大部分以可溶性的NO3-、NO2-NH4+滲入到土壤下層。

淋溶條件：降雨量、灌溉量、施肥量、土壤厚度、滲透性、溫度和地表覆蓋度等。2022/10/2590二、土壤氮磷流失時空特征1、土壤氮磷流失時間變異特征2022/10/25912、土壤氮磷流失空間變異特征2022/10/25922022/10/2593三、土壤氮磷流失影響因素

土地利用方式2022/10/2594氣候條件2