第3章土壤环境地球化学-1.

1、第三章土壤环境地球化学WWW：Soil sciene tell you 3w!如系没有土.世界将会怠么样？ 如系没有土，期天将会怠么样？是植物生长繁育和生物生产的基地 地生态系统的重要组成部分 h重最珍贵的自然资源歹p綸 ” 土壤资源是可持续农业的基础 土壤是植物生长繁育和生物生产的基地土壤的章耍性在人类赖以生存的物质生活中，人类消耗 的约80%以上的热量，75%以上的蛋白质和大部分的纤维都直接来源自土壤。 土壤植物4生生产动物彳生生产民食為夭，食土签4/ 土壤在植物生长中的特殊作用*1、右l他a2、养分转化和循环作用3、雨水涵养作用4. 生物的支撑作用 5、稳定和缓冲环境变化的作用一、土壤养

2、分1、土壌养分由土壤提供的植物生长所必须的营养元索2、土壤养分分类:大童元素和微童元素大量元素、中量元素和微量元素必需营养元素目前国内外公认的 高等植物所必需的营养元 素有16种。它们是碳.氢、 氧.氮、 硫、铁、 鉅.氯。硝.钾、钙、镁、硼.猛、铜、锌、鎳F(- r.i1987年,P H Brown等分组原则；根据植物体内含量的多少分为（0.1% 大量营养元素：含量占干物重的01 %以上C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S 9种微量营养元素：微量营养元素含量一般在0.1 %以下Fe、Mn Cu、Zn、Mo、Cl、Ni 8种分组原则：根据植物体内含量的多少分为（0.1% 大量营养元素：含量占

3、干物重的0/1%以上C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S 9种微量营养元素：微量营养元素含量一般在01 %以下二、土壤养分来源K 土壤养分的基本来源矿物岩石P K、Ca、Mg、Fe、B、Mo、Cu、Mn、S等2、土壤养分的主要来源森林凋落物N灰分元素灌、草、伐根等保存聚集3、土壤养分的其他来;生物固氮、大气降水、人工施肥、客土、灌溉等三、土壤养分形态根据在土壤中存在的化学形态分为：1、水溶态养分：土壤溶液中溶解的离子和少量的低分子有机化合物2、代换态养分：是水溶态养分的来源之一3、矿物态养分：大多数是难溶性养分，有少量是弱酸溶性的（对植物有效）4、有机态养分：矿质化过程的难易强度不同根据植物

4、对营养元素吸收利用的难易程度分为:M速效养分：不经转化就可被植物直接吸收利用的养分迟效养分：不能直接利用，只有经分解转化为速效态才能被植物利用 的养分三、土壤养分形态根据在土壌中存在的化学形态分为，1、水溶态养分：土壤溶液中溶解的离子和少量的低分子有机化合物2、代换态养分：是水溶态养分的来源之一3、矿物态养分：大多数是难溶性养分，有少量是弱酸溶性的（对植物有效）4、有机态养分：矿质化过程的难易强度不同根据植物对营养元素吸收利用的难易程度分为:M速效养分：不经转化就可被植物直接吸收利用的养分迟效养分：不能直接利用，只有经分解转化为速效态才能被植物利用 的养分四、土壤养分的有关概念A有效养分一能够

5、直接或经过转化被植物吸收利用的 土壤养分A速效养分一在作物生长季节内，能够直接、迅速为植物吸收利用的土壤养分。迟效（缓效）养分无效养分一不能被植物吸收利用的土壤养分。A 土壤养分状况一是指土壤养分的含量、组成、形态分布和有效性的高低。五、土壤养分转化与消耗1、养分形态的转化0养分的有效化过程旬养分的固定过程。2、养分的消耗 土壤内部复杂的转化过程;植物吸收利用；损失：淋失；气态损失；侵蚀流失；人为活动引起的损失;第二节土壤中的大量元素 土壤中的氮+氮素是构成一切生 命体的重要元素在植物生产中，植物 对氮的需要量较大： 肥料三要素+氮素肥料施用过剩 会造成江湖水体富 营养化、地下水硝 态氮(NO

6、sN)积累 及毒害等。(-)土壤中氮的来源和含量土壤氮素的60%来自生物固氮。三叶草氮量45670KgN/ha/ao氮的树木80500 KgN/ha/a1、土壤中氮的来源：生物固氮、降水、灌溉、施肥等降水带入氮素10_20 KgN/ha/a,据测定在温带随降水进入 土壤的NO3和NH/约为150kg/公顷/年地下水中NO高达lOmg LS群众称为“肥水”。包括农家有机肥料和化学氮素肥料2.有机态氮土壞中的氮主要以有机态为主，一般可占全氮量的95% 以上。按其溶解度和水解难程度可分为以下三类：（1）水溶性有机氮不超过全氮的5%,很容易水解游离态氨基酸、胺盐、酰胺类化合物（2）水解性有机氮用酸、碱

7、或酶处理能水解成简单的易溶性氮化合物 约占全氮量的50%70% 蛋白质及多肽类（30%50%） 氨基酸和氨基 核蛋白质类（迟效氮源） 氨基糖类（约占水解氮的7%-18%）（3）非水解性有机氮（不溶于水，用酸、碱处理不水解）“杂环态氮化物丁糖与钱的缩合物“钱或蛋白质与木质素类物质作用形成复合物。无机氮（占全氮的25%） 土壤有机氮（占全氮的9598%）水溶性氮5 %水解性氮50-70% 非水解性氮30-50%氮（三）土壤中氮的转化(3)(4)有机态氮的氨化：nh4+-n的硝化：旱地通气条件下，钱态氮转化为硝态氮。NOyN的反硝化：通气不良情况下，硝态氮转化为N?、%O等，是土壤氮素的损失过程。无

8、机态氮的生物固定无机态氮的晶格固定与释放、吸附与解吸氮损失途径:反硝化氨挥发氮素的淋洗氨挥发：小麦：1-7%,玉米：2-8.5%ason处理 IVeatme nt作物吸收Crop uptake0100 cm 土壤残留 Soil residue损失Losses吸收量 N uptake (kg/hm2 N)利用率Recovery rate (%)残留量 Residue (kg/hm2 N)残留率Residue rate (%)损失童Losses (kg/hm2 N)损失率 Losses rate (%)N7533.6(l44.926.0 c34.715.3 c204N15072.6 c48.440

9、.2 c26.37.2 b24.8N22599.4 h44.282.2 b36.543.4 b19.3N300113.2 a37.7117.2 a39.169.6 a23.2土壤氮素转化过程与氮素循环示意图（四）土壤中氮的有效性厂无机氮（占全氮的25%）1有机氮（占全氮的9598%）NH4+NN03-Nno2-n水溶性氮5 %水解性氮50-70%非水解性氮30-50% 土壤诊断一-土壤氮素丰缺指标（化学分析方法）（1）、土壤全氮：凯氏消煮(2).剖面无机氮：0100 cm的NO厂N + NH4-N 40 mg/kg (Nmin)(3 )、土壤碱解氮：lmol/L NaOH 120 mg/kg二

10、.土壤中的磷（一）土壤中磷的来源和含量1、土壤中磷的来源： 土壤中磷的主要来源于矿物质，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 土壤有机质开垦后，则主要来源于施用磷肥土壤中磷的含:2、我国大多数土壤表层（0-20cm）的含磷量变动在0.04%-0.25%之间，不同土壤类型变幅很大。全磷含量虽然受人为因素的影响变幅很大，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从总体看，我国自南而北或自东而西土壤含磷量呈递增趋势。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。（耕作施肥影响）（-

11、）土壤中磷的形态土壤磷素可分为两大类：有机态磷和无机态确1. 土壤中的有机确化合物（简称有机确）一般有机磷含量约占全碳量的10%25%在侵蚀严盍的红壤中不足10%,而东北地区的黑土有机 璘的含量较高，可达70%以上。粘质土有机磷含量比砂 质土高植素主要有： 核酸类70%左右磷酯类尚有:不明态有机态磷20%30%Ji2.无机确化合物(用P表示)(1)磷酸钙(镁)类化合物(CaP )它们是石灰性或钙质土壤中磷酸盐的主要形态Ca/P比越大， 稳定性增大， 溶解度越小， 对植物的有效 性越低( 磷酸二钙CaHPO4 Ca3(POA)a磷酸丿 kCaa(PO4)65H2O 磷酸十钙 Ca10(PO4)6

12、(OH)2 径基磷灰石Ca5(POj3OH 磷灰石 Ca5(PO4)3.F,2)磷酸铁和磷酸铝化合物(FeP,AIP)在酸性土壤中常见主要有粉红磷铁矿Fe(OH)2H2POv磷铝石AI(OH)2H2PO4, 它们溶解度极小。在水稻土和沼泽土中，常有蓝铁矿Fe3(PO4)28H2O,绿铁 矿 Fe3(PO4)2Fe(OH)2 存在。(3) 闭蓄态磷(OP)氧化铁或氢氧化铁胶膜包被的磷酸盐。(4) 磷酸铁铝和碱金属、碱土金属复合而成的磷酸盐磷酸盐成分更复杂，种类也多，溶解度极小，数量不多。般分布开取下观瑋:风化程度较高的南方砖红壤、红壤中，以0-P占的比重最大，最高可达90%以上，其次是FeP,

13、AlP; CaP很少。风化程度较低的北方石灰性土壤中，CaP所占比例大,约在60%以上，其次是0P; AlP和FeP极少。(三)土壤中磷的转化(1) 有机态磷的矿化：(2) 无机磷的生物化学固定：(磷的固定)/易溶性或速效态磷酸盐转化为难溶性迟效态和缓 效态的过程，通常称之为磷的固定。O吸附固定：非专性吸附、专性吸附化学沉淀:(3) 无机态磷的生物固定难溶性磷的释放有机肥带入的微生物co2分泌物根合活化可溶性磷土壤难溶性无机磷释放的途径（四）土壤中磷的有效性十壤中能直接或经转化为植物所利用的磷.称为有效磷C土壤中有效磷的形态主要有：速效态磷1） 土壤溶液中的磷酸根离子； ，2）包含在有机物中并

14、较易分解的P；丿3）磷酸盐固相矿物中溶解的磷酸根离子;4）交换吸附态磷酸根离子。就有效P数量而言，以2）、3）两种形态最重要。在培肥较好的土壤中，有机P的重要性更大。而在一般土壤中,则以磷酸盐固相所释放出的P为主。土壤有效磷含量分级指标(0.5 M NaHCO3 浸提)丄壤有效磷(mg/kg)作物反应20对一般作物施磷无效土壤诊断土壤磷素丰缺指标华北土壤：15 mg/kg森林土壌：变幅大：10-200mg/kg一般土壤：50 mg/kg基本满足生长发育需要阔叶树.杉木：10-15 mg/kg迟效态磷-磷酸铁铝磷灰石：轻基磷灰石、F磷灰石三、土壤中的钾三要素品质元素限制因素(-)土壤中钾的来源和

15、含量1 土壤中钾的来源:岩石矿物风化 施肥Rcudvo And wjmcsidNiiricxctidfjbk K secondary minerHM nPr rnirv wxl mnerjl$（一）土壤中钾的来源和含量2、土壤中钾的含量:0.52.5% K2O 平均为 1.2% K2O我国自南向北含钾量是逐渐增加的趋势 华南地区，其平均水平v0.3%（玄武岩、凝灰岩、浅海沉积物砖红壤） 红黄壤地区为12%长江中下游地区的水稻土地区可达1.7%北方的土壤一般2% 河北：1.92% 135和150mg/kg东北、内蒙的黑土可达2.6%A这主要是和地区的风化、成土条件、淋失状况等因素有关（-）土壤中

16、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 的形态有以下几种：1.水溶性钾存在于土壤水溶液中的K离子，是植物钾素营养的直接内，这些来源。土壤溶液中的K在0. 210mmol.L-i范K仅够生长旺盛的作物用12天。2.交换性钾土壤胶体表面所吸附的钾，能用醋酸钱、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，是土壤速效K的主体。3. 非交换性钾是存在于层状硅酸盐矿物层间和颗粒边缘上的K,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K。（直接贮备库）也称缓效态Ko4. 矿物态钾又称难溶性钾，指含钾原生矿物，如长石、云母中钾, 不溶于水，不易被溶液中的阳离子所代换

17、，有效性低。（潜在储备）也称无效态Ko钾的固定Nonexchangeable K 雲 Exchangeable K Soil solution K钾的固定：水溶性钾或交换性钾进入粘土矿 物晶层而被固定有效性降低的过程夕第三节土壤中的微量元素微量元素：铁、猛.铜、锌、铝.硼、氯（四）土壤中钾的有效性（1）、土壤速效钾（醋酸铁浸提一火焰光度计）80-100 mg/kg（2）、缓效钾：硝酸消煮（供应潜力）土壤中微量元素的来源及含量土壤中微匿元素的来源土壤中微量元素主要来自岩石和矿物2、土壞中微量元素的含量影响因素：成土母质：主导因素。Fe、Mn、Cu、Zn含量在基性岩浆岩 酸性岩浆岩母质;沉积岩母质

18、上发育的土壤,元索含量较高,土壤质地：砂质土壤微量元素含量一般都较低。土壤有机质：络合反应，使微最元素富集。二.土壤中微量元素的形态（1）水溶态一般含量很低。（2）代换态一般土壤中交换态微最元素含量不高，少 的不足ig/g,多的可达几十pg/g。（3）专性吸附态 Cu Zn”、MoO42-. H4BO4 o（4）有机结合态的微量元素与土壤中的胡敏酸和富里 酸形成的络合物。（5）铁、猛氧化物包被态 钮+铁（近于矿物态）。（6）矿物态 指存在于矿物晶格中的微量元素。但大多数 矿物的溶解度都很低。土壤中微量元素的全量并不能表征对植物是否充足, 而微量元索的有效形态则与植物生长关系更为密切。微最元素丰缺标准（单位mg/kg）元素极低/低中丰高BV 0.25 1f 0.250.5 0.5-1.01.0-2.02.0Cu1.8Fe20Mnl30Zn5.0DTPA5RA缺乏临界值土壤