第四章土壤肥力

1、第四章第四章 土土 壤壤 肥肥 力力 一、土壤养分一、土壤养分 1 1、土壤养分：、土壤养分：由土壤提供的植物生长所必须的营养元素。由土壤提供的植物生长所必须的营养元素。 2、土壤养分分类、土壤养分分类 ： 大量元素和微量元素大量元素和微量元素 大量元素、中量元素和微量元素大量元素、中量元素和微量元素 Mn B Fe S N C O H Ca K P Cu Cl Zn MgMo Mn B Fe S N C O H Ca K P Cu Cl Zn MgMo Ni 目前目前 国内外公认的国内外公认的 高等植物所必需的营养元高等植物所必需的营养元 素有素有16 16 种。它们是碳、氢、种。它们是碳、

2、氢、 氧、氮、磷、钾、钙、镁、氧、氮、磷、钾、钙、镁、 硫、铁、硼、锰、铜、锌、硫、铁、硼、锰、铜、锌、 鉬、氯。鉬、氯。 镍镍 Mn B Fe S N C O H Ca K P Cu Cl Zn Mg Mo 必需营养元素必需营养元素 Ni 镍：镍：1987年，年，P. H. Brown等等 Ni 二、土壤养分来源二、土壤养分来源 1、土壤养分的基本来源、土壤养分的基本来源矿物岩石风化矿物岩石风化 P、K、Ca、Mg、Fe、B、Mo、Cu、Mn、S等等 2、土壤养分的主要来源、土壤养分的主要来源土壤有机质分解土壤有机质分解 3、土壤养分的、土壤养分的其他来源其他来源 生物固氮、大气降水、生物固

3、氮、大气降水、人工施肥人工施肥、灌溉等、灌溉等 N 灰分元素灰分元素 凋落物凋落物 灌、草、伐根等灌、草、伐根等 保存保存 聚集聚集 三、土壤养分的有关概念三、土壤养分的有关概念 有效养分有效养分能够直接或经过转化被植物吸收利用的能够直接或经过转化被植物吸收利用的 土壤养分土壤养分 速效养分速效养分在作物生长季节内，能够直接、迅速为在作物生长季节内，能够直接、迅速为 植物吸收利用的土壤养分。植物吸收利用的土壤养分。 无效养分无效养分不能被植物直接吸收利用，且较难向速不能被植物直接吸收利用，且较难向速 效养分形态转化的土壤养分。效养分形态转化的土壤养分。 土壤养分状况土壤养分状况是指土壤养分的含

4、量、组成、形态是指土壤养分的含量、组成、形态 分布和有效性的高低。分布和有效性的高低。 迟效（缓效）养分迟效（缓效）养分 不能直接利用，只有经缓慢分不能直接利用，只有经缓慢分 解转化为速效态才能被植物利用的养分解转化为速效态才能被植物利用的养分 土壤中的大量元素土壤中的大量元素 氮素是构成一切生氮素是构成一切生 命体的重要元素命体的重要元素 在植物生产中，植物在植物生产中，植物 对氮的需要量较大对氮的需要量较大: 肥料三要素肥料三要素 氮素肥料施用过剩氮素肥料施用过剩 会造成江湖水体富会造成江湖水体富 营养化、地下水硝营养化、地下水硝 态氮（态氮（NO3-N)积累积累 及毒害等。及毒害等。 一

5、、土壤中的氮一、土壤中的氮 1 1、土壤中氮的来源：、土壤中氮的来源：生物固氮生物固氮、降水、灌溉、降水、灌溉、施肥施肥等等 土壤氮素的土壤氮素的60%60%来自生物固氮。来自生物固氮。 降水带入氮素，据测定在温带随降水进入土壤的降水带入氮素，据测定在温带随降水进入土壤的NO3-和和 NH4+约为约为15.0kg/公顷公顷/年年 （一）土壤中氮的来源和含量（一）土壤中氮的来源和含量 地下水中地下水中NO3-，高达，高达10mg L-1，群众称为，群众称为“肥水肥水”。 包括农家有机肥料和化学氮素肥料包括农家有机肥料和化学氮素肥料 土壤中氮素的含量受自然因素（气候、地形及植被）和林业土壤中氮素的

6、含量受自然因素（气候、地形及植被）和林业 措施（耕作、施肥、灌溉及利用方式）的影响，变异性很大。措施（耕作、施肥、灌溉及利用方式）的影响，变异性很大。 我国耕地土壤含我国耕地土壤含N量一般都在量一般都在0.02%-0.2%之间，之间，高于高于0.2%的的 很少，大部分很少，大部分低于低于0.1%。而华北、西北大部分地区土壤耕层含。而华北、西北大部分地区土壤耕层含N 量不足量不足0.1%；南方土壤的含；南方土壤的含N量介于二者之间。量介于二者之间。 2 2、土壤中氮的含量：、土壤中氮的含量： 含含N量量 0.2% 0.2-0.1% 0.1-0.05% 0.05% 等级等级 高高 中中 低低 极低

7、极低 耕种土壤：耕种土壤：0.074% 自然土壤：自然土壤：0.115% 河北省河北省 （一）土壤中氮的来源和含量（一）土壤中氮的来源和含量 与有机质含量与有机质含量 有密切关系有密切关系 分为分为无机态和有机态无机态和有机态两大类两大类 1无机态氮无机态氮 土壤中无机土壤中无机N数量很少，表土占全氮量的数量很少，表土占全氮量的1.0%2.0%， 最多不超过最多不超过5.0 %8.0 %，表土以下的土层含量更少。，表土以下的土层含量更少。 铵态氮铵态氮（NHNH4 4+ +） 有三种存在形态：有三种存在形态：游离态、交换态、固定态游离态、交换态、固定态 硝态氮硝态氮（NONO3 3- -）能直

8、接被植物吸收利用，易流失，不能直接被植物吸收利用，易流失，不 宜在水田中施用宜在水田中施用 亚硝态氮亚硝态氮（NONO2 2- -）主要以游离态存在）主要以游离态存在 游离氮游离氮（NH3）以分子态存储在土壤水溶液中）以分子态存储在土壤水溶液中 （二）土壤中氮的形态（二）土壤中氮的形态 2有机态氮有机态氮 土壤中的氮主要以有机态为主，一般可占全氮量的土壤中的氮主要以有机态为主，一般可占全氮量的95% 以上。按其以上。按其溶解度和水解难易程度溶解度和水解难易程度可分为以下三类：可分为以下三类： （1）水溶性有机氮水溶性有机氮 不超过全氮的不超过全氮的5%，很容易水解，很容易水解 游离态氨基酸、胺

9、盐、酰胺类化合物游离态氨基酸、胺盐、酰胺类化合物 （2）水解性有机氮）水解性有机氮 用用酸、碱或酶处理酸、碱或酶处理能水解成简单的易溶性氮化合物能水解成简单的易溶性氮化合物 约占全氮量的约占全氮量的50%70% 蛋白质及多肽类蛋白质及多肽类（30%50%）氨基酸和氨基氨基酸和氨基 核蛋白质类核蛋白质类（迟效氮源）（迟效氮源） 氨基糖类氨基糖类 （约占水解氮的约占水解氮的7%-18%） （3）非水解性有机氮）非水解性有机氮(不溶于水，用酸、碱处理不水解不溶于水，用酸、碱处理不水解 ) 杂环态氮化物杂环态氮化物 糖与铵的缩合物糖与铵的缩合物 铵或蛋白质与木质素类物质作用形成复合物。铵或蛋白质与木质

10、素类物质作用形成复合物。 无机氮无机氮 NHNH4 4+ +N N NONO3 3- -N N NONO2 2- -N N 水溶性氮水溶性氮5 5 水解性氮水解性氮50507070 非水解性氮非水解性氮30305050 有机氮（占全氮的有机氮（占全氮的95959898） 土壤氮土壤氮 （三）土壤中氮的转化（三）土壤中氮的转化 氮的转化途径：氮的转化途径： 土壤有机质的矿质化土壤有机质的矿质化 土壤氨的挥发土壤氨的挥发 硝化和反硝化作用硝化和反硝化作用 土壤氮素固定土壤氮素固定 （一）矿化作用（一）矿化作用 1. 定义：定义：在微生物作用下，土壤中的含氮在微生物作用下，土壤中的含氮 有机质分解形

11、成氨的过程。有机质分解形成氨的过程。 2. 过程：过程： 有机氮有机氮 氨基酸氨基酸 NH4 N有机酸有机酸 异养微生物异养微生物 水解酶水解酶 氨化微生物氨化微生物 水解、氧化、还原、转位水解、氧化、还原、转位 （二）硝化作用（二）硝化作用 1. 定义：定义：土壤中的土壤中的NH4 或 或NH3 ，在在通气良通气良 好的条件下，经过好的条件下，经过微生物的作用下氧化成硝微生物的作用下氧化成硝 酸盐的现象酸盐的现象 2. 过程：过程： NH4 O2 NO2 4H 2NO2 O2 2NO3 亚硝化细菌亚硝化细菌 硝化细菌硝化细菌 （三）反硝化作用（三）反硝化作用 (1)定义：定义：嫌气条件下，将

12、硝酸盐或亚硝酸盐还原为气体分子嫌气条件下，将硝酸盐或亚硝酸盐还原为气体分子 态氧化物态氧化物 (2)过程：过程： NO3 NO2 N2 、 、N2O、NO (3)最适条件：最适条件：含氮量含氮量510，新鲜有机质丰富，新鲜有机质丰富 pH58，温度温度3035oC，通气状况，通气状况 硝酸盐硝酸盐 还原细菌还原细菌 反硝化细菌反硝化细菌 （四）无机氮的固定作用（四）无机氮的固定作用 1. 定义：定义：土壤中的铵态氮和硝态氮被微生土壤中的铵态氮和硝态氮被微生 物同化为其躯体的组成成分而被暂时固定的物同化为其躯体的组成成分而被暂时固定的 现象，也可被粘土矿物固定或与有机质结合。现象，也可被粘土矿物

13、固定或与有机质结合。 2. 过程：过程： 铵态氮铵态氮 硝态氮硝态氮 生物固定生物固定 生物固定生物固定 有机氮有机氮 硝化作用硝化作用 硝酸还原作用硝酸还原作用 ( (五）氨的挥发损失五）氨的挥发损失 1. 定义：定义：在中性或碱性条件下，土壤中在中性或碱性条件下，土壤中 的的NHNH4 4 转化为 转化为NHNH3 3而挥发的过程而挥发的过程 2. 过程：过程： NH4 NH3 H 3. 影响因素：影响因素： pH值值 NH3挥发挥发 6 0.1% 7 1.0% 8 10.0% 9 50.0% OH H (六）硝酸盐的淋洗损失六）硝酸盐的淋洗损失 NO3 N 随水渗漏或流失，可达施入氮量的

14、随水渗漏或流失，可达施入氮量的 510 结果：氮素损失结果：氮素损失(无效化无效化),并污染水体并污染水体(富营养化富营养化) 二、土壤中的磷二、土壤中的磷 梨梨 树树 缺缺 磷磷 土壤中磷的土壤中磷的主要来源于矿物质主要来源于矿物质，在长期的风化和成土过，在长期的风化和成土过 程中，经过生物的积累而逐渐聚积到土壤的上层程中，经过生物的积累而逐渐聚积到土壤的上层 土壤有机质土壤有机质 开垦后，则主要来源于施用开垦后，则主要来源于施用磷肥磷肥 1 1、土壤中磷的来源：、土壤中磷的来源： （一）土壤中磷的来源和含量（一）土壤中磷的来源和含量 2 2、土壤中磷的含量：、土壤中磷的含量： 我国大多数土

15、壤表层（我国大多数土壤表层（0-20cm）的含磷量变动在）的含磷量变动在0.02%- 0.11%之间，不同土壤类型变幅很大。之间，不同土壤类型变幅很大。 从总体看，我国从总体看，我国自南而北自南而北或或自东而西自东而西土壤含磷量呈土壤含磷量呈递增递增 趋势。以华南的砖红壤含磷量最低，东北的黑土、黑钙土和趋势。以华南的砖红壤含磷量最低，东北的黑土、黑钙土和 内蒙的栗钙土含磷量最高，华中的红、黄壤以及华北的褐土、内蒙的栗钙土含磷量最高，华中的红、黄壤以及华北的褐土、 棕壤介于以上二者之间。棕壤介于以上二者之间。 （耕作施肥影响）耕作施肥影响） 全磷含量受母质类型和成土过程的双重影响，但由于土全磷含

16、量受母质类型和成土过程的双重影响，但由于土 壤磷的迁移率小，因而仍表现出明显的地带性分布规律壤磷的迁移率小，因而仍表现出明显的地带性分布规律 （二）土壤中磷的形态（二）土壤中磷的形态 1土壤中的有机磷化合物土壤中的有机磷化合物（简称有机磷）（简称有机磷） 土壤磷素按化学分类可分为两大类：土壤磷素按化学分类可分为两大类：有机磷有机磷 无机磷无机磷 一般有机磷含量约占全磷量的一般有机磷含量约占全磷量的25%56% 在侵蚀严重的红壤中不足在侵蚀严重的红壤中不足10%，而东北地区的黑土有机，而东北地区的黑土有机 磷的含量较高，可达磷的含量较高，可达70%以上。以上。粘质土粘质土有机磷含量比有机磷含量比

17、砂砂 质土质土高高 主要有：主要有： 植素类植素类 核酸类核酸类 磷酯类磷酯类 7080%左右左右 不明态有机态磷不明态有机态磷 20-30% 尚有：尚有： 来源：来源：动物、植物、微生物和有机肥料动物、植物、微生物和有机肥料 v2 2无机磷化合物：无机磷化合物： v含量：含量：占土壤全磷量的占土壤全磷量的50507575 v可分为：可分为：矿物态、吸附态和水溶态矿物态、吸附态和水溶态。 v（1 1）矿物态矿物态 v按其所结合主要阳离子性质不同，可分为三类按其所结合主要阳离子性质不同，可分为三类： 磷酸铁和磷酸铝化合物（磷酸铁和磷酸铝化合物（FeP, AlP） 在在酸性土壤中酸性土壤中常见常见

18、 主要有主要有粉红磷铁矿粉红磷铁矿Fe(OH)2H2PO4、磷铝石磷铝石Al(OH)2H2PO4， 它们溶解度极小。它们溶解度极小。 在在水稻土和沼泽土水稻土和沼泽土中，常有蓝铁矿中，常有蓝铁矿Fe3(PO4)2 8H2O，绿铁矿，绿铁矿 Fe3(PO4)2 Fe(OH)2存在存在。 闭蓄态磷（闭蓄态磷（OP） 氧化铁或氢氧化铁胶膜包被的磷酸盐，这种磷在氧化铁或氢氧化铁胶膜包被的磷酸盐，这种磷在 酸性土壤中酸性土壤中所占比例很大，往往超过所占比例很大，往往超过50%。在。在 石灰性土壤中不溶性钙化合物所包被的难溶性石灰性土壤中不溶性钙化合物所包被的难溶性 磷酸盐也多达磷酸盐也多达15-30%。

19、 v（2 2）吸附态）吸附态 v指受土粒表面引力作用被吸附在土壤固相表指受土粒表面引力作用被吸附在土壤固相表 面的磷，其中可交换的磷较为重要。面的磷，其中可交换的磷较为重要。 v（3 3）水溶态）水溶态 v以以H H2 2POPO4 4和和HPO42HPO42为主为主，溶解态的磷酸盐，溶解态的磷酸盐 可被植物吸收利用。可被植物吸收利用。 风化程度较高风化程度较高的南方砖红壤、红壤中，以的南方砖红壤、红壤中，以O OP P占的比重占的比重 最大，最高可达最大，最高可达90%90%以上，其次是以上，其次是FeFeP, AlP, AlP P; Ca; CaP P 很少。很少。 风化程度较低风化程度较

20、低的北方石灰性土壤中，的北方石灰性土壤中，CaCaP P所占比例大，所占比例大， 约在约在60%60%以上，其次是以上，其次是O OP P; Al; AlP P和和FeFeP P极少。极少。 我国主要土壤类型中，一般分布有以下规律：我国主要土壤类型中，一般分布有以下规律： 施肥施肥 有机态磷有机态磷 (影响矿化率的因素影响矿化率的因素) H2PO4 无定形磷酸盐 无定形磷酸盐 结晶态磷酸盐结晶态磷酸盐 HPO42 闭蓄态磷 闭蓄态磷 (有效性降低有效性降低) 吸附态磷吸附态磷 矿物矿化矿物矿化 Eh交替变化交替变化 老化老化 生物生物 矿化矿化 固定固定 作用作用 化学沉淀化学沉淀 释放作用释

21、放作用 解吸解吸 吸附吸附 作用作用 固定固定 （三）土壤中磷的转化（三）土壤中磷的转化 活活 化化 菌根菌菌根菌 根 土壤难溶性无机磷释放的途径土壤难溶性无机磷释放的途径 土壤土壤 难溶磷难溶磷 Ca-P Al-P Fe-P 可可 溶溶 性性 磷磷 50-80% 酸化酸化 螯合螯合 酸化酸化 螯合螯合 有机肥带入的微生物有机肥带入的微生物 分泌物分泌物 解磷菌解磷菌 生理酸性肥料生理酸性肥料 CO2 目标：目标：减少土壤有效磷的固定和损失，增加土壤减少土壤有效磷的固定和损失，增加土壤 中有效磷的含量中有效磷的含量 1.1.调节土环境，促进磷素释放调节土环境，促进磷素释放 v（1 1）调节土壤

22、酸碱度）调节土壤酸碱度 v（2) 2) 增加土壤有机质含量增加土壤有机质含量 v（3 3）土壤淹水）土壤淹水 2.2.防止土壤侵蚀，减少磷素损失防止土壤侵蚀，减少磷素损失 3.3.科学施用磷肥，提高磷的利用率科学施用磷肥，提高磷的利用率 （四）土壤供磷能力的调节（四）土壤供磷能力的调节 烟烟 草草 三、土壤中的钾三、土壤中的钾 三要素三要素 品质元素品质元素 （一）土壤中钾的来源和含量（一）土壤中钾的来源和含量 岩石矿物风化岩石矿物风化 施肥施肥 1 1、土壤中钾的来源：、土壤中钾的来源： 2 2、土壤中钾的含量：、土壤中钾的含量： （一）土壤中钾的来源和含量（一）土壤中钾的来源和含量 0.5

23、2.5% K2O 平均为平均为1.2% K2O 我国我国自北向南，自西向东自北向南，自西向东含钾量是逐渐含钾量是逐渐减少减少的趋势的趋势 华南地区，其平均水平华南地区，其平均水平 2% 河北：河北：1.92% 135和和150mg/kg 东北、内蒙的黑土可达东北、内蒙的黑土可达2.6% 这主要是和地区的这主要是和地区的成土母质、气候成土母质、气候- -生物条件、质地、耕作生物条件、质地、耕作 施肥等施肥等因素有关因素有关 （二）土壤中钾的形态（二）土壤中钾的形态 土体里的钾完全是矿质态的，没有有机态。钾在土壤里土体里的钾完全是矿质态的，没有有机态。钾在土壤里 的化学形态有以下几种：的化学形态有

24、以下几种： 1 1水溶性钾水溶性钾 存在于存在于土壤水溶液土壤水溶液中的中的 K K 离子，是植物钾素营养的离子，是植物钾素营养的 直接来源。土壤溶液中的直接来源。土壤溶液中的 K K 在在0.20.21010mmolmmol L L-1 -1范围内， 范围内， 这些这些 K K 仅够生长旺盛的作物用仅够生长旺盛的作物用1 12 2天。天。 2 2交换性钾交换性钾 土壤土壤胶体表面所吸附胶体表面所吸附的钾，能用醋酸铵、氯化镁等的钾，能用醋酸铵、氯化镁等 盐溶液提取，并在相当短时间内从交换点上被交换下来盐溶液提取，并在相当短时间内从交换点上被交换下来。 是土壤是土壤速效速效K K的主体，占的主体

25、，占90%90%以上以上。 这两者处于动态的平衡。这两者处于动态的平衡。 3 3非交换性钾非交换性钾 是存在于是存在于层状硅酸盐矿物层间和颗粒边缘层状硅酸盐矿物层间和颗粒边缘上的上的 K K， 即那些处在强吸附点上不能为上述盐溶液在短时间内即那些处在强吸附点上不能为上述盐溶液在短时间内 提取的提取的 K K。 是土壤在持续种植条件下钾的主要来源（是土壤在持续种植条件下钾的主要来源（直接贮直接贮 备库备库），也称），也称缓效态缓效态 K K。 4矿物态钾矿物态钾 又称又称难溶性钾难溶性钾，指含钾原生矿物，如长石、云母，指含钾原生矿物，如长石、云母 中钾，中钾，不溶于水，不易被溶液中的阳离子所代换，有不溶于水，不易被溶液中的阳离子所代换，有 效性低。（效性低。（潜在储备潜在储备）也称）也称无效态无效态K。占全钾量的。占全钾量的90- 98% 缓慢缓慢 风化作用（极微）风化作用（极微）风化作用（极微）风化作用（极微） （三）土壤中钾的转化（三）土壤中钾的转化 钾的固定钾的固定 释放、固定释放、固定 （四）土壤供钾能力及其调节（四）土壤供钾能力及其调节 1.土壤供钾能力土壤供钾能力 2.土壤供钾能力的调节土壤供钾能力的调节 土壤中的微量元素土壤中的微量元素 微量元素微量元素：铁、铁、锰、铜、锌、硼、氯锰、铜、锌、硼、氯 、钼钼 一、土壤中微量元素的