第十章

土壤養(yǎng)分循環(huán)●有效養(yǎng)分－能夠干脆或經過轉化被植物吸取利用的土壤養(yǎng)分●速效養(yǎng)分－在作物生長季節(jié)內，能夠干脆、快速為植物吸取利用的土壤養(yǎng)分?！駸o效養(yǎng)分－不能被植物吸取利用的土壤養(yǎng)分。一、土壤養(yǎng)分－指植物所必需的，且主要由土壤供應的養(yǎng)分元素就叫做土壤養(yǎng)分。

第一節(jié)土壤養(yǎng)分循環(huán)●土壤養(yǎng)分狀況－是指土壤養(yǎng)分的含量、組成、形態(tài)分布和有效性的凹凸。二、植物必需的養(yǎng)分元素1、必需元素(essentialelement)植物正常生長發(fā)育所必需而不能用其它元素代替的植物養(yǎng)分元素。推斷標準（1939年,美國學者阿隆(Arnon)和斯托德(Stout)）：①必需是完成植物生活周期不行缺少的；②缺少時呈現專一的缺素癥狀；③必需對植物起干脆的養(yǎng)分作用。Mo對全部高等植物及大部分微生物是必需的；Na和Co對藻類、細菌與高等植物是必需的；Ca、B、Cl對高等植物是必需的，但對微生物，特殊是真菌的生長則并不必需。此外，鋇、硅、鋁、碘與鎵幾種元素只對少數幾種植物必需。高等植物所必需的養(yǎng)分元素一般有16個：C、O、H、N、K、P、S、Ca、Mg、Fe、B、Mn、Cu、Zn、Mo、Cl路密斯（Loomis）和許爾（Shull）于1973年首先運用的名稱。大量元素：植物對這種元素的須要量超過1%。前九種屬之。前九個占干體重的絕大多數，即植物吸取的數量大，通常占植物干重千分幾到百分之幾十。微量元素：植物對這種元素的須要小于植物干重的0.1%。 2、大量元素和微量元素土壤養(yǎng)分三要素在植物所必需的養(yǎng)分元素中，C、H、O大約占植株干重的95%。碳主要來自與大氣中的二氧化碳，而H、O則來自與土壤中的水分，氧可來自空氣。氮則除豆科作物外大部分取源于土壤。氮磷鉀三要素，簡稱土壤養(yǎng)分三要素。其所以重要就在于必需常常調整其供不應求的狀況，而不是指它們在植物養(yǎng)分中所起的作用。土壤養(yǎng)分循環(huán)指來自土壤的元素通?？梢苑磸偷脑傺h(huán)和利用,典型的再循環(huán)過程。包括①生物從土壤中吸取養(yǎng)分；②生物的殘體歸還土壤；③在土壤微生物的作用下，分解生物殘體，釋放養(yǎng)分；④養(yǎng)分再次被生物吸取。

土壤系統(tǒng)中的養(yǎng)分循環(huán)過程其次節(jié)土壤氮素循環(huán)一般把土壤含氮量>0.2%者為“高”；0.2%~0.1%之間者為“中”；0.1%~0.05%者為“低”，<0.05%者為“極低”。一般把作物在不施氮區(qū)的全年生長期所吸取的氮量為土壤供氮實力的良好指標。1、氮素在自然界的分布巖石圈1.636*1011Tg(1012g)陸地土壤:有機質2.2*105

粘土礦物2*104大氣圈3.86*109水圈2.3*107生物圈2.8*105固氮作用主要是靠微生物，固氮微生物分共生和自生兩類。（1）與豆科作物共生的固氮菌，其固氮實力很強。10~20斤/畝（2）自生固氮菌，有分為好氣和嫌氣兩類。好氣性固氮實力強，在熱帶林地，可達10~30斤/畝2．土壤氮的來源土壤中的氮素并非來源于土壤礦物質。是生物固氮作用產生的。

對于農地來說，土壤氮素的來源不止以上兩種途徑，包括：（1）固氮作用；自生固氮、共生固氮和聯合固氮（2）降水；（3）灌水；（4）施肥；①有機肥；②無機化肥；它們是土壤氮肥的主要來源。

3、土壤氮的損失●氨的揮發(fā)

NH4+（代換態(tài)）NH4+（液相）NH3（液相）NH3

（氣相）NH3

（大氣）●反硝化生物反硝化：化學反硝化：●NO3-的淋失

土壤氮素養(yǎng)分循環(huán)土壤氮素轉化1．植被與氣候一般：

草本植物

＞

木本植物

草本植物：豆科＞

非豆科木本植物：闊葉林＞針葉林

二、影響土壤氮素含量的因素一般而言：溫度愈高，有機質分解愈快，OM含量低，N少；濕度愈高，有機質分解愈慢，OM積累的多，N多。

3．質地

質地

砂性土

壤性土

粘性土

N%低

高

4．地形及地勢

2．土壤有機質含量土壤氮素和土壤有機質二者呈正相關關系。土壤氮素的含量大致占土壤有機質含量的5%左右。1．有機態(tài)氮占全氮的絕大部分，92~98%。有機氮的礦化率只有3~6%。（1）可溶性有機氮

<5%，主要為：游離氨基酸、胺鹽（速效氮）及酰胺類化合物（2）水解性有機氮50~70%，用酸堿或酶處理而得。包括：蛋白質及肽類、核蛋白類、氨基糖類（3）非水解性有機氮30~50%，主要可能是雜環(huán)態(tài)氮、縮胺類二土壤氮素的存在形態(tài)2．無機態(tài)氮

土壤無機氮占全氮

1~2%(1~50ppm)。最多不超過5~8%；

（1）銨態(tài)氮(NH4)

在土壤里有三種存在方式：游離態(tài)、交換態(tài)、固定態(tài)。

（2）硝態(tài)氮（NO3-N）在土壤主要以游離態(tài)存在。

（3）亞硝態(tài)氮（NO2-N）主要在嫌氣性條件下才有可能存在，而且數量也極少。在土壤里主要以游離態(tài)存在。3．游離態(tài)氮（N2）

三土壤中氮素的轉化（1）水解過程水解

水解

蛋白質

多肽

氨基酸、酰胺等

朊酶

肽酶條件：①真菌、細菌、放線菌等；②在通氣良好；③溫度較高；④水分60~70%；⑤pH值適中；⑥C/N比適當一）土壤氮素的有效化過程1．有機態(tài)氮的礦化過程含氮的有機合化物，在多種微物物的作用下降解為簡潔的氨態(tài)氮的過程。（2）氨化過程

RCHNH2COOH+O2RCH2COOH+NH3+E

酶條件：①真菌、細菌、放線菌等；②在通氣良好；③對低溫特別敏感；④水分60~70%；⑤

pH值要求在4.8~5.2⑥C/N比適當。氨化微生物（1）亞硝化作用

亞硝化微生物

2HN4+3O22NO2-+2H2O+4H++158千卡

以(Nitrosonas為主) 條件：亞硝化細菌（專性自養(yǎng)型微生物）

通氣：良好

O2<5%pH5.5-10(7-9),<4.5

受抑制！

水分：50~60%

溫度：35℃＜2℃

STOP!

養(yǎng)分：Cu，Mo等促進硝化作用的進行。缺鈣，不利。2．硝化過程

氨、胺、酰胺

硝態(tài)氮化合物（2）硝化作用

硝化微生物

2NO2-+O22NO3-+40千卡

以(硝化細菌Nitrobacter為主)

在通氣良好的條件下，硝化作用的速率＞亞硝化作用＞銨化作用，因此，在正常土壤中，很少有亞硝態(tài)氮和銨態(tài)氮及氨的積累。反硝化作用的條件是1）具反硝化實力的細菌，反硝化細菌現已知有33個屬，多數是異養(yǎng)型，也有幾種是化學自養(yǎng)型，但在多數農田都不重要；2）合適的電子供體，如有機C化合物、還原性硫化合物或分子態(tài)氫；有效態(tài)碳的影響最大;3）厭氧條件，與田間持水量大小親密相關；嫌氣狀態(tài)O2<5%或土壤溶液中[O2]<410-6MEh<344mv(pH=5時)4）有硝態(tài)氮存在5）pH7-8.2pH<5.2-5.8或pH>8.2-9時，反硝化作用減弱。（1）亞硝酸分解反應3HNO2HNO3+2NO+H2O條件：酸性愈強，分解愈快。（2）氨態(tài)氮的揮發(fā)在堿性條件下，NH4++OH-NH3+H2O土壤中的銨態(tài)氮在堿性條件下，很簡潔以NH3的形式干脆從土壤表面損失掉。2．化學脫氮過程主要是指在一些特殊的狀況下，如強酸反應，溫度較高和水分含量很低等，亞硝酸協與一些其他化合物（包括有機化合物）進行化學反應而生成分子態(tài)氮或氧化亞氮的過程3．粘粒礦物對銨的固定

我國北方的土壤中，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。4．生物固定5、硝酸鹽的淋洗四、土壤氮素的調控（一）C/N比影響（二）施肥的影響第三節(jié)土壤磷的循環(huán)一、土壤中磷素的來源

土壤中的磷是由巖石風化而來的。原生礦物的含磷量為0.12%左右。二、土壤磷的含量及影響因素1．土壤磷的含量一般來說，土壤的磷素含量都在0.2%以下，紅壤、黃壤含磷只有0.04%。我國土壤全磷的含量在0.02%—0.11%之間。從總體來說，自北而南，土壤磷的含量是漸漸降低的。2．影響土壤磷含量的因素

（1）母質中礦物成分的不同；

基性巖

＞

酸性巖

堿性沉積體＞酸性沉積體

如，由石灰性風化體形成的紅壤的含磷量比由的紅壤多得多。（2）土壤質地的差別

土壤細粒部分所含的磷主要是次生的磷化合物。

（3）P在土壤剖面上的分布從上到下，磷的含量漸漸降低。緣由①磷的遷移率很低；②植物根系的富積；③有機膠體或無機膠體對磷酸根的吸附作用，上層較強。④耕作制度和施肥的影響；三、土壤中磷的存在形態(tài)

土壤磷素可分為兩大類：有機態(tài)磷和機態(tài)磷。

有機態(tài)磷的含量占全磷的10~20%左右。1．有機磷化合物

主要是植素（肌醇六磷酸）或植酸類，核蛋白或核酸以及磷類化合物。②易溶性磷酸鹽包括水溶性和弱酸溶性兩種。易溶磷酸鹽，一方面來自與化肥，另一方面來自于難溶磷酸鹽的溶解。一般來說，依據磷酸鹽的溶解性，可分為：①難溶性磷酸鹽如氟磷灰石、羥基磷灰石等存在于石灰性土壤中；粉紅磷鐵礦和磷鋁石在酸性土壤中較多。1．土壤磷的有效化過程有機態(tài)磷和難溶性磷酸鹽在確定條件下，轉化為植物可以吸取利用的水溶性的磷酸鹽或弱酸溶性的磷酸鹽的過程是其有效性提高的過程，通常稱之為磷的釋放。四、土壤磷的轉化易溶性或速效態(tài)磷酸鹽轉化犯難溶性遲效態(tài)和緩效態(tài)的過程，通常稱之為磷的固定。土壤中磷的固定是特殊普遍的。2．土壤磷的無效化過程（1）化學沉淀機制該固磷作用發(fā)生在土壤固相的表面。具體可分為：①表面交換反應（pH5.5~6.5）通過土壤固相表面的OH-和溶液中的磷根交換，②表面上次生化學反應在土壤CaCO3晶核的表面通過化學反應或吸附形成一層CaHPO4的膜狀沉淀。③陽離子吸附機制（中性土壤）（2）表面反應機制（3）閉蓄機制當磷在土壤中固定為粉紅磷鐵礦后，若土壤局部的pH上升，可粉紅磷鐵礦的表面形成一層無定形的氧化鐵薄膜，把原有的磷包被起來，這種機制叫閉蓄機制。 Fe(OH)3PKs=37~38 粉紅磷鐵礦：PKs=33~35 膠膜有鐵鋁質的、鈣質的。（4）生物固定 有機質C/P比為200∶1~300∶1，當微生物的C/P比小于土壤有機質時，就可產生生物固定。當土壤中的磷太少時，對磷素、微生物和作物就會發(fā)生競爭。 特點：①表聚性；②短暫無效；③把無機磷→有機磷。 （五）土壤磷的調整1、活性磷和磷的固定只有那些不溶性磷化合物和保持在粘粒或有機質中的固持態(tài)磷才稱為固定態(tài)的磷，這部分磷占土壤全磷的95%以上，又稱為非活性磷。土壤中可被植物吸取的磷組分稱為土壤的有效磷2、提高土壤磷有效性的途徑。（1）土壤酸堿度pH6.5-6.8之間為宜，可削減磷的固定作用，提高土壤磷的有效性。（2）土壤有機質①有機陰離子與磷酸根競爭固相表面專性吸附點位，從而削減了土壤對磷的吸附。②有機物分解產生的有機酸和其它螯合劑的作用，將部分固定態(tài)磷釋放為可溶態(tài)。③腐殖質可在鐵、鋁氧化物等膠體表面形成疼惜膜，削減對磷酸根的吸附。④有機質分解產生的CO2,溶于水形成H2CO3,增加鈣、鎂、磷酸鹽的溶解度。（3）土壤淹水①酸生土壤pH上升促使鐵、鋁形成氫氧化物沉淀，削減了它們對磷的固定；堿性土壤pH有所下降，能增加磷酸鈣的溶解度；反之，若淹水土壤落干，則導致土壤磷的有效性下降。②土壤氧化還原電位(Eh)下降，高價鐵還原成低價鐵,磷酸低鐵的溶解度較高，增加了磷的有效度。③包被于磷酸表面鐵質膠膜還原，提高了閉蓄態(tài)磷的有效度。第四節(jié)土壤中鉀的循環(huán)

（一）土壤鉀素的來源

土壤鉀的來源于巖石的風化。

在地殼巖石中，鉀的含量比磷高得多，整個巖石界含鉀量平均為2.45%。因此在氮、磷、外三要素中，鉀在土壤中的含量最高。二、鉀素的形態(tài)

1礦物鉀土壤礦物中的鉀一般稱為結構鉀，占全鉀量的92-98%。鉀長石（KAlSi3O8）含鉀7.5～12.5%

微斜長石（CaINaKAlSi3O8）含鉀7.0-11.5%，白云母（K(AlSi3O8)Al2(OH2F)2）含鉀量6.5～9.0%，

2、非交換態(tài)鉀又稱緩效鉀，是指存在于膨脹性粘土礦物層間和邊緣上的一部分鉀。占全鉀量的2-8%。3、交換態(tài)鉀指吸附在土壤膠體表面的鉀離子。在土壤中的含量一般為40-600mg/kg，占土壤全鉀量的1-2%。4、水溶性鉀（溶液鉀）是指以離子形態(tài)存在于土壤溶液中的鉀。濃度一般為2-5mg/L.土壤全鉀量一般在5-25g/kg，平均為10g/kg。1．土壤中鉀的含量遠遠超過氮、磷，大體不超高3%（K2O）。我國自南向北含鉀量是漸漸增加的，如華南地區(qū)，其平均水平<0.3%，紅黃壤地區(qū)為1.2%，長江中下游地區(qū)的水稻土地區(qū)可達1.7%；北方的土壤一般>2%，東北、內蒙的黑土可達2.6%。這主要是和地區(qū)的風化、成土條件不同有關。三、土壤鉀的含量及影響因素（1）母質

富鉀礦物：①長石類正長石鉀微斜長石等含鉀量約在7-12%之間。云母類白云母黑云母含鉀量約在5-9%之間。③次生粘粒礦物水化云母（伊利石類）綠泥石等四川的紫色土含鉀較豐富2．影響鉀含量的因素（2）風化及成土條件

北方＞南方 高溫、多雨而淋溶強度大，K。（3）質地

粒徑越小，含K越多； 質地越粘，含K越多。1．鉀的有效化（1）礦物風化在土壤風化和成土過程中所產生的各種有機或無機酸可以把含鉀礦物中的鉀釋放出來。所釋放的鉀都是水溶性的速效鉀。

四、土壤鉀的轉化（2）微生物分解一些微生物可以將鋁硅酸鹽分解，從而將其中的鉀釋放出來。如硅酸鹽細菌。（3）緩效鉀的釋放土壤中不同形態(tài)鉀的平衡關系（1）鉀固定的機制 在土壤條件變更時，如干濕交替、凍融交替、灼燒等，被土壤吸附在晶層表面的代換性鉀就會掉進晶穴里，當晶層間距變小，鉀離子便被封閉在里面，伊利石、拜來石、蒙脫石等，它們都屬2∶1型礦物，但前二者比后者固鉀實力更強。（2）影響鉀固定的因素有粘粒礦物組成、結構，水分；土壤反應，農業(yè)