1、第十章 土壤養(yǎng)分循環(huán),主要內(nèi)容 (重點)：,教學目標與要求：,教學方式與手段：,課時安排與進度：,1.土壤氮素循環(huán) （重點） 2.土壤磷和硫的循環(huán) （重點） 3.土壤中的鉀鈣鎂 4.土壤中的微量元素循環(huán),從養(yǎng)分的來源、含量、形態(tài)和轉化過程來掌握 各種土壤養(yǎng)分。重點掌握土壤氮、磷的轉化過 程，尤其是無效化過程；了解土壤鉀、鈣、鎂 的狀況以及微量元素的重要性。,幻燈，動畫演示；舉例分析；,課時數(shù)：4課時, 土壤養(yǎng)分主要是指依靠土壤來供給的植物必需營養(yǎng)元素就叫做土壤養(yǎng)分。土壤養(yǎng)分是土壤肥力的物質基礎，是土壤肥力的重要組成因素。,土壤養(yǎng)分的基本概念,指來自土壤的元素通?？梢苑磸偷脑傺h(huán)和利用,典型的再

2、循環(huán)過程，包括 生物從土壤中吸收養(yǎng)分； 生物的殘體歸還土壤； 在土壤微生物的作用下，分解生物殘體，釋放養(yǎng)分； 養(yǎng)分再次被生物吸收。,土壤養(yǎng)分循環(huán),一、作物所必需的營養(yǎng)元素,作物所需的營養(yǎng)元素,亞農(nóng)（Arnon）1954年對植物“必需”的養(yǎng)料元素定了三 條標準： （1）如果缺少這種元素，植物就不能生長或不能完成生 命周期 （2）這種元素不能被其他元素所代替，它有所具有的營 養(yǎng)作用 （3）這種養(yǎng)料元素在植物的代謝過程中具有直接的作用。,農(nóng)作物必需的營養(yǎng)元素一般有16個： C、O、H、N、K、P、S、Ca、Mg、Fe、B、Mn、Cu、Zn、Mo、Cl,這是路密斯（Loomis）和許爾（Shull）于

3、1973年首先使用的名稱。按習慣標準： 大量元素：植物對這種元素的需要量超過1%。前九種屬之。 前九個占干體重的絕大多數(shù)，即植物吸收的數(shù)量大，通常占植物干重千分幾到百分之幾十。 微量元素：植物對這種元素的需要小于植物干重的0.1%。,大量元素和微量元素,土壤養(yǎng)分三要素 在植物所必需的營養(yǎng)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經(jīng)常調(diào)節(jié)其供不應求的狀況，而不是指它們在作物營養(yǎng)中所起的作用。,第一節(jié) 土壤氮素循環(huán),一、土壤氮素含量、來

4、源及影響因素 1.土壤氮素含量 我國耕地土壤含氮一般在0.02%-0.2%之間；高于0.2%的很少，大部分低于0.1%。 耕作土壤：東北黑土地區(qū)含氮量最高，華南、西南和青藏高原地區(qū)次之、而西北干旱草原、荒漠地區(qū)和黃土高原及黃淮海平原最低。,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”。,2土壤氮素來源,（1）固氮作用；自生固氮 、共生固氮和聯(lián)合固氮 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，其固氮能力很強。1020斤/畝 （2）自生固氮菌，有分為好氣和嫌氣兩類。 好氣性固氮

5、能力強，在熱帶林地，可達1030斤/畝 （2）降水； （3）灌水； （4）施肥； 有機肥； 無機化肥；它們是土壤氮肥的主要來源。,(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,3. 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。,(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，9298%。有機氮的礦化 率只有36%。 （1）可溶性有機氮 5%，主要為： 游離氨基酸、胺鹽 （速

6、 效 氮）及酰胺類化合物 （2）水解性有機氮5070%，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3050%，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)及其有效性,2無機態(tài)氮 土壤無機氮占全氮 12%(150ppm)。最多不超過58%； （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(shù)量也極少。在土壤里主要以游離態(tài)存在。 3游離態(tài)氮（N2）,土壤氮的形態(tài)及其有效性,三 土壤中氮素的轉化,（1）氨基化階

7、段 把復雜的含氮有機化合物降解為簡單的氨基化合物。 水解 水解 蛋白質 多肽 氨基酸、酰胺等 朊酶 肽酶,（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，在多種微生物的作用下降解為簡單的氨態(tài)氮的過程。,（2）氨化過程 簡單的氨基化合物分解成氨（NH3/NH4+） RCHNH2COOH + O2 RCOOH + NH3 +CO2+ E 酶 條件： 真菌、細菌、放線菌等； 在通氣良好； 對低溫特別敏感； 水分6070%； pH值要求在4.85.2 C/N比適當。,氨化微生物,2硝化過程 氨、胺、酰胺 硝態(tài)氮化合 NH4+NO3-分兩步,條件：亞硝化細菌（專性自養(yǎng)型微生物） 通氣

8、：良好 O2 5% pH 5.5 - 10 (7-9), 4.5 受抑制！ 水分：5060% 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）硝化作用 硝化微生物 2NO2- + O2 2NO3- + 40千卡 以(Nitrobacter為主) 條件：硝化細菌（以Nitrobacter為主）其它同亞硝化作用,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。,（二）土壤氮素的無效化過程 1、反硝化作用，又稱生物脫氮作用 在缺氧條件下，NO3-在反硝化細菌作用下還原為NO、N2O、N2的過程。 N

9、O3-NO2-NON2ON2 反硝化的臨界Eh約為334mv，最適pH為7.08.2，pH小于5.25.8的酸性土壤，或高于8.29.0的堿性土壤，反硝化作用顯著下降。,（1）亞硝酸分解反應 3HNO2 HNO3 + 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，很容易以NH3的形式直接從土壤表面損失掉。,2化學脫氮過程 主要是指在一些特殊的情況下，如強酸反應，溫度較高和水分含量很低等，亞硝酸與一些其他化合物（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

10、定 NH4+離子半徑為0.148nm，與21型粘土礦物晶層表面六角形孔穴半徑0.140nm接近，陷入層間的孔穴后，轉化為固定態(tài)銨。 4生物固定 礦化作用生成的銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和某些簡單的氨基態(tài)氮，通過微生物和植物的吸收同化，成為生物有機體組成部分，稱為無機氮的生物固定。 5、硝酸鹽的淋洗,四、土壤氮素的調(diào)控,（一） C/N比影響,（二）施肥的影響,施肥促使土壤有機質的礦化作用，,（三）淹水、灌溉的影響,1、在水田剖面的不同層次上，氮素的形態(tài)不同； 2、在水田中無機氮素以銨態(tài)氮為主； 3、反硝化作用明顯；,第三節(jié) 土壤磷和硫的循環(huán),一、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

11、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，土壤磷的含量是逐漸降低的 。,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砂巖風 化的紅壤多得多。 （2）土壤質地的差別 土壤中細粒部分含磷量常比粗粒部分多。 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，磷的含量逐漸降低。原因 磷的遷移率很低；

12、植物根系的富積； 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)磷和無機 態(tài)磷。 有機態(tài)磷的含量占全磷的1020%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 、無機態(tài)磷 （1）水溶態(tài)磷土壤溶液中的磷 H2PO4-、HPO42-、PO43-，其相對濃度（比例）隨溶液pH而變化。 H2PO4- HPO42-H+，pK27.2 當土壤溶液pH=7.2時，H2PO4-和HPO42-各占一半 pH7.2時以H2PO4-為主 pH7.2時以HPO42-為主。,水溶性

13、磷離子是植物根系可直接吸收利用的磷，但根際微域土壤多呈酸性，主要吸收H2PO4離子。,（2）吸附態(tài)磷 土壤固相表面吸附的磷酸根離子，主要是配位體交換吸附（專性吸附）。 酸性土中磷的專性吸附劑主要是鐵、鋁氧化物及其水合物。 石灰性土壤的方解石（CaCO3）對磷的配位交換吸附亦為常見。 （3）礦物態(tài)磷 占土壤無機態(tài)磷的99%以上。石灰性土以磷酸鈣鹽（Ca-P）為主，酸性土以磷酸鐵鹽（Fe-P）和磷酸鋁鹽（Al-P）為主。, 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，根據(jù)磷酸鹽的溶解性，可分為：, 難溶性磷酸鹽 如氟磷灰石、羥

14、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一定條件 下，轉化為植物可以吸收利用的水溶性的 磷酸鹽或弱酸溶性的磷酸鹽的過程并使其有 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)磷酸鹽轉化為難溶性遲效態(tài)和緩效態(tài)的過程，通常稱之為磷的固定。 土壤中磷的固定是非常普遍的。,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： 表面交換反應（pH 5.56.5） 通過土壤固相表面的OH-和溶液中的磷根交換， 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

15、附形成一層 CaHPO4的膜狀沉淀。 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升高，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。 膠膜有鐵鋁質的、鈣質的。,（4）生物固定 有機質C/P比為20013001，當微生物的C/P比小于土壤有機質時，就可產(chǎn)生生物固定。當土壤中的磷太少時，磷素、微生物和作物就會發(fā)生競爭。 特點： 表聚性； 暫時無效； 把無機磷 有機磷。,（五）土壤磷的調(diào)節(jié),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?；蛴?機質中的固持態(tài)磷才稱為固定態(tài)的磷，這部分

16、磷 占土壤全磷的95%以上，又稱為非活性磷。 土壤中可被植物吸收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，可減少磷的固定作用，提高土壤磷的有效性。,（2） 土壤有機質 有機陰離子與磷酸根競爭固相表面專性吸附點位，從而減少了土壤對磷的吸附。 有機物分解產(chǎn)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)。 腐殖質可在鐵、鋁氧化物等膠體表面形成保護膜，減少對磷酸根的吸附。 有機質分解產(chǎn)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 土壤淹水還原可明顯提高磷有效性 酸生土壤pH上升促使鐵、鋁形成氫氧

17、化物沉 淀，減少了它們對磷的固定；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。 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。 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。,土壤硫的形態(tài)： 無機態(tài)硫 難溶態(tài)硫 水溶性硫 吸附態(tài)硫 有機態(tài)硫,二、土壤中硫的循環(huán)及轉化,二、土壤中硫的循環(huán)及轉化,土壤硫的輸入主要途徑有: 大氣無機硫(SO2)的沉降。 含硫礦物質和生物有機質 土壤硫的輸出：主要是植物吸收和土壤淋洗。,1、有機硫的礦化和固定 有機質的C/S300-400,則就有可能產(chǎn)生生物固硫。

18、,2、礦物質的吸附和解吸 在富含鐵、鋁氧化物和水化氧化物、水鋁英石及1:1型粘粒礦物為主的土壤，硫酸根(SO42-)有可能被帶正電荷的土壤膠體所吸附,但吸附的SO42-容易被其它陰離子交換。,3、硫化物和元素硫的氧化 土壤Eh和pH值是影響硫化物氧化的重要因素。,土壤硫轉化主要包括:,第四節(jié) 土壤中的鉀鈣鎂 一、土壤中鉀的形態(tài)和含量,（一）土壤鉀素的來源 土壤鉀來源于巖石的風化。 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、鉀三要素中，鉀 在土 壤中的含量最高。,（二）鉀素的形態(tài) 1 礦物鉀 主要指原生礦物鉀結構鉀，極難風化，為無效鉀。 占全鉀量的92-

19、98%。 鉀長石 （KAlSi3O8）含鉀7.512.5% 微斜長石（CaI Na KAlSi3O8）含鉀7.0-11.5%， 白云母（K(AlSi3O8)Al2(OH2F)2）含鉀量6.59.0%，,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%?？芍饾u轉化為植物吸收利用的速效鉀。,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%。,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逐漸增加的，如華南 地區(qū)，其平均水平 2%，東北、內(nèi)蒙的黑土可達2.

20、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： 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。 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 高溫、多雨地帶，風化和淋溶強度大。 寒冷、干旱地帶，礦物中的鉀既難以風化，也不易淋失 北方 南方 （3）質地 粒徑越小，含K越多； 質地越粘，含K越多。 （4）耕作及施肥情況,二、土壤鉀的轉化,1. 土壤鉀的釋放：非交換性鉀交換性鉀、水溶性鉀 （1）釋放鉀主要來自固

21、定態(tài)鉀和黑云母中易風化鉀。 （2）鉀的釋放量隨交換性鉀含量下降而增加。 （3）土壤釋鉀能力主要決定于其非交換性鉀的含量。故土壤非交換性鉀（緩效鉀）含量可作為評價土壤供鉀潛力的指標。 （4）干燥、灼燒和冰凍對土壤鉀的釋放有顯著影響。,圖108 土壤中不同形態(tài)鉀的平衡關系,（1）鉀固定的機制 在土壤條件變化時，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21型礦物，但前二者比后者固鉀能力更強。,2土壤中鉀的無效過程鉀的固定 鉀的固定是指交換性鉀轉化為緩效鉀的過程。,影響因子： （1）粘粒礦物類型

22、（21型粘粒礦物）； （2）土壤質地（粘粒含量）； （3）土壤的水分條件（強烈干燥和頻繁干濕交替有利于鉀的固定）； （4）土壤酸堿度（酸性土中水化鋁離子阻塞晶層表面六角形孔穴，減少對鉀的固定）。,三、土壤中鈣、鎂,1、土壤中鈣、鎂形態(tài) （1）礦物態(tài) 包括原生礦物和次生礦物，溶解度變化很大，其中石膏（CaSO42H2O）的溶解度較高，橄欖石(Mg、Fe)2SiO4等易風化釋放鎂。 （2）交換態(tài)和水溶態(tài) 兩者均屬有效態(tài)。一般土壤交換性鹽基以交換性Ca2+為主，次為交換性Mg2+。水溶態(tài)一般數(shù)量很少，既與交換態(tài)處于交換平衡，也與某些礦物態(tài)處于溶解平衡，如水溶態(tài)Ca2+與CaCO3、CaSO4等的平衡

23、。,華北和西北地區(qū)土壤以及其它地區(qū)的石灰性土壤，富含鈣、鎂碳酸鹽和硫酸鹽，水溶態(tài)鈣、鎂可滿足植物生長的需要。 南方酸性土壤，不僅不含鈣、鎂碳酸鹽，土壤交換性鈣、鎂也較少，有效鈣、鎂不足，應適量施用石灰或鈣、鎂礦質肥料予以補充。,2、土壤鈣、鎂的豐、缺狀況,第五節(jié) 土壤中的微量元素循環(huán),圖109 土壤中的微量元素循環(huán),一、土壤中微量元素的來源及轉化 1、土壤中微量元素的來源與損失,主要來源于巖石礦物，土壤微量元素的種類及其含量因母質而異。其次是大氣和土壤施肥等。 母質不同的土壤，微量元素種類和含量不同。 元素之間存在著相親與伴生。 植物必需的微量元素有鐵、錳、銅、鋅、硼、鉬和氯 主要損失是植物吸收和收獲物帶走，淋洗和侵蝕也造成損失。,2、微量元素轉化,二、土壤中微量元素的形態(tài) （4級或6級） 1、水溶態(tài) 2、交換態(tài) 3、專性吸附態(tài) 4、有機態(tài) 5、鐵、錳氧化物