土壤与环境的质能交换.ppt

第三章 土壤与环境的质能交换,第一节 土壤养分及其平衡,植物生长发育必要元素16种:碳、氢、氧 氮、磷、钾、钙、镁、硫等大量元素 铁、锰、铜、锌、硼、钼、氯等微量元素 一、土壤养分的形态 有效态 无效态 有效态：是指植物能够直接吸收利用的养分，包括水溶性养分和代换性养分。 无效态：包括缓效养分，难溶性养分和土壤有机质和微生物的养分。 而土壤有效态和无效态养分含量称为全量养分.,一）、土壤氮素形态 1.无机态 无机态氮占13%，氮主要为铵态氮（NH4+）和硝态氮（NO3），有时短期内也可能存在亚硝态氮（NO2）。 土壤中铵态氮和硝态氮都是水溶性的，前者主要为交换态，后者是土壤溶液的主要成分，也是能为植物直接吸收的速效养分。 2.有机态 占总量的95%以上，按照溶解度的大小，以及水解的难易分为三类：水溶性有机态氮、水解性有机态氮和非水解性有机态氮 3.气态,惰性氮：N2 活性氮：氮的氧化物（NO2、N2O、NO） 铵态氮（NH4-N） 硝态氮（NO3-N）,二）、土壤磷素的形态 1.有机磷 植素 、核酸类、磷脂类 2.无机磷 a.水溶态磷 H2PO4- 、HPO42- 、PO43- b.吸附态磷 离子交换和配位体吸附 c.矿物态磷 土壤中无机磷几乎99%以上以矿物态存在,1）磷酸钙类化合物（Ca-P）,2）磷酸铁和磷酸铝类化合物（Fe-P、Al-P） 主要存在于酸性土 3）闭蓄态磷（O-P） 闭蓄态磷是由氧化铁胶膜包被的磷酸盐 主要存在于酸性土 （石灰性土壤中包被的胶膜是难溶性的钙质化合物）,三）、土壤钾素形态 1.水溶性钾 2.代谢交换性钾 3.缓效性钾 4.结构钾,四）、土壤钙形态 五）、微量元素 （1）无机态 包括矿物态、交换态和水溶态三种，主要形式 （2）有机态 含量很少，多以络合或吸附态存在，有机质分解、释放容易被利用 a.铜 b.铁、锰、锌 c.钼 d.硼,二、土壤养分的循环 一）、土壤中氮素转化 1.有机氮的矿化 1).氨基化作用 2).氨化作用 2.硝化 1).生物化学过程 2).条件 3).结果,3.反硝化 1).过程 2).条件 (pH微碱性、严格厌气环境) 3).结果 4.氨挥发 1).过程 2).条件 3).结果,5.氮素的生物固定 1).过程 2).条件 一般认为有机质C/N比值大于30：1，将会使植物缺氮现象更严重；但比值小于15：1时，则植物可从有机质矿化过程中获得有效氮的供应 3).结果 6.氮循环,二）、土壤中磷素固定、释放,1、 土壤磷有效性：近似可用溶解度判断 2、 磷的释放 1)有机磷： C/P=200300 2)无机磷： 溶解 3、土壤磷的固定 1)化学沉淀固定（主要） 2)表面化学固定 3)闭蓄固定 4)生物固定,提高土壤磷素有效性的途径： （1）调节土壤pH 一般pH值67时，P有效性最大，但仅有10%30%被利用。 （2）增加有机质 有机胶体的被覆作用、有机胶体络合作用 有机酸的溶解作用、有机阴离子与磷酸根竞争专性吸附点 （3）土壤淹水 淹水条件可提高闭蓄磷的有效度 （4）集中施肥,三）、土壤中钾素转化,土壤钾的固定 影响因素：1）粘粒矿物的类型 2）土壤质地 3）土壤水分条件 4）土壤酸碱度 土壤钾的释放,第二节 土壤水分及其平衡,一、土壤水的数量和形态 1、土壤含水量 质量含水率：指土壤中水分重占烘干土重的百分数。 容积含水率：指土壤水分的容积占土壤容积的百分数。 一定土层中水层厚度： 土壤水贮量：一定面积和厚度土壤中含水的绝对数量。,2、形态 1)吸湿水 2)膜状水 3)毛管水 4)重力水,吸湿水,固相土粒靠其表面的分子引力和静电引力从大气 和土壤空气中吸附气态水，附着于土粒表面成单分子 或多分子层，称为吸湿水。,吸湿水的特点：水分子呈定向紧密排列、密度1.22.4g/cm3、无溶解能力、不能以液态水自由移动，也不能被植物吸收。 吸湿水达到最大值，此时的土壤吸湿水量就叫做最大吸湿量。,膜状水,吸湿水达到最大后， 土粒还有剩余的引力吸附液态水，在吸湿水的外围形成一层水膜，这种水分称为膜状水。 当膜状水达到最大厚度时的土壤含水量称为最大分子持水量。 膜状水能从膜厚的地方向薄的部位移动，这部分能移动的水可被作物吸收利用。 作物无法从土壤中吸收水分而呈现永久凋萎，此时的土壤含水量就称为凋萎系数。,毛管水、重力水,靠毛管力保持在土壤孔隙中的水分称为土壤毛管水。 毛管水的特点：这种水可以在土壤毛管中上下左右移动、具有溶解养分的能力、作物可以吸收利用。 毛管水的数量主要取决于土壤质地、腐殖质含量和土壤结构状况。,根据土层中毛管水与地下水有无连接，通常将毛管水分为：毛管支持水和毛管悬着水 毛管悬着水达到最大时的土壤含水量称为田间持水量。 数量上田间持水量吸湿水膜状水毛管悬着水 田间持水量的变化范围： 砂土为：160220g/kg； 壤土为：220300 g/kg； 粘土为：280350 g/kg。,土壤毛管水从地下水吸取水分的示意图,.自地下水面向上供水的毛管水的网 .充水的粗毛管供水 土粒 细毛管 排除毛管水的大孔隙 束缚水占的孔隙 充水的大孔隙,土壤重力水是指土壤水分含量超过田间持水量之后，过量的水分不能被毛管吸持，而在重力的作用下沿着大孔隙向下渗漏成为多余的水。 土壤所有孔隙都充满水分时的含水量称为土壤全蓄水量或饱和持水量。,3、土壤水的有效性,是指土壤水能否被植物吸收利用及难易程度。 不能被植物吸收利用的水称无效水。 能利用的称有效水，其中因难易程度不同又可以分为速效水（易效水）和迟效水（难效水）,土壤萎蔫系数：土壤有效水的下限,当植物因根无法吸水而发生永久萎焉时的土壤含水量，称为萎焉系数或萎焉点,一般把田间持水量视为土壤有效水上限。 土壤有效水最大含量田间持水量萎蔫系数,土壤水分有效性综合示意图,表83 土壤质地对有效水范围的影响,土壤质地 田间持水量 萎蔫系数 有效含水范围 ,松砂土 4.5 1.8 2.7 砂壤土 12.0 6.6 5.4,中壤土 20.7 7.8 12.9 轻粘土 23.8 17.4 6.4,二、土壤水的能态 1、土水势 土壤植物大气联系体系的水势分布 2、土壤水吸力 是指土壤水承受一定吸力的情况下所处的能态，是指土壤水的负压力。,三、土壤水分特征曲线 土壤水分特征曲线又称土壤持水曲线。 它是指土壤水的基质势或土壤水吸力与含水量的关系曲线。,意义： 表征土壤持水特性； 表示土壤有效水的特征； 计算当量孔径、孔隙度。,四、土壤水滞后现象,土壤的吸水过程、脱水过程两条土壤水分特征曲线不相重合的现象，称滞后现象。 脱水过程中，水势降低超前，水量减少滞后。砂土表现明显：由湿变干比由干变湿水分含量高。,五、土壤水运动 一)饱和水运动 饱和土壤中的水流，简称为饱和流，即土壤孔隙全部充满水时的水流， 这主要是重力水的运动。 二)不饱和水运动 非饱和土壤中的水流简称为非饱和流或不饱和流，即土壤中只有部分孔隙中有水时的水流， 这主要是毛管水和膜状水的运动。,土壤毛管水从地下水吸取水分的示意图,.自地下水面向上供水的毛管