第9章__土壤养分循环.ppt

1、第九章土壤养分循环、生物、微生物分解、绿色植物合成、养分元素体土壤体、风化作用、润湿作用、岩石、江海、沉淀作用、主要内容(重点):教育目标和要求：教育方式和手段：课程的预定和进度：1 .土壤氮循环(重点)2.土壤中的钾元素钙元素镁4 .土壤中的微量元素体循环重点把握土壤氮、磷的转化过程，特别是无效化过程，了解土壤钾元素、钙元素、镁的状况和微量元素体的重要性。 以幻灯片、漫动画演示为例进行分析，授课数： 4小时，土壤养分是植物所必需的，主要由土壤提供的营养素称为土壤养分。 土壤养分是土壤肥力的物质基础是土壤肥力的重要组成部分。 土壤养分的基本概念是指土壤来源的元素体通常可与重复资源再生结合利用的

2、典型的资源再生过程。 在包括生物从土壤吸收养分在内的生物残渣返还给土壤的土壤微生物的作用下，分解生物残渣，释放养分的养分再次被生物吸收。 土壤养分循环，一、作物必要营养素，作物必要营养素，亚农(arson )于1954年对植物“需要”的营养素制定了三个标准： (1)缺乏该元素体，植物就不能生长或不能完成生命周期。 (2)该元素体具有营养作用，不能替代其他元素体。 (3)该营养素在植物代谢过程中有直接作用。 Mo是所有的高等植物和大部分的微生物必要的Na和Co是藻类，细菌和高等植物必要的Ca，b，Cl是高等植物必要，微生物，特别是真菌的成长不需要。 另外，钡、硅、铝、碘元素和镓的一些元素体只对少

3、数植物是必要的。 由于农作物多为高等植物，所以必要营养元素一般具有1.6:c、o、h、n、k、p、s、Ca、Mg、Fe、b、Mn、Cu、Zn、Mo、Cl中最重要的。 但是，通过实验证明这些个这一点是困难的。 除了c、h、o三个元素体之外，所有植物需要的元素体都是n、p、k、Mg、s、Fe、Mo、Zn、Cu，这是卢米斯和舒尔在1973年最初使用的名称。 习惯标准：大量元素体：植物对该元素体的需求量超过1%。 前九个是。 前9个占干燥体重的大多数，也就是植物的吸收量多，通常占植物干燥重量的几千分到几十%。 微量元素体：植物对该元素体的需求低于植物干燥重量的0.1%。 大量的元素体和微量元素体、土壤

4、养分三要素在对植物必要营养的元素体中，c、h、o约占植物干燥重量的95%。 碳主要来源于大气中的二氧化碳，h、o来源于土壤中的水分，氧来源于空气。 氮除豆科作物外，大部分来源于土壤。 简称氮磷酸钾元素三要素、土壤养分三要素。 因此重要的是，不能发挥作物营养的作用，必须经常调节不需要供给的状况。 第一节土壤氮循环、1含量的中国耕地土壤氮含量一般在0.02%0.2%之间，很少超过0.2%，大部分低于0.1%。 华北、西北大部分地区土壤耕层氮含量低于0.1%南方土壤氮含量介于两者之间。 一般地，土壤氮含量0.2%为“高”的0.2%0.1%之间为“中”的0.1%0.05%为“低”，0.05%为“极低”

5、。 一般来说，作物不施氮地区的年生长期间吸收的氮量作为土壤供氮能力的好指标。 固氮作用主要依赖微生物，氮的固定微生物可分为共生和自生两种。 (1)与豆科作物共生的氮的固定，其氮的固定能力很强。 1020斤/亩(2)的自体氮的固定菌可分为好氧和厌氧。 好氧氮的固定能力强，热带林地达1030斤/亩，来源于2的土壤中的氮关联不来源于土壤矿元素。 产生了生物固氮作用。对农田来说，土壤氮素的来源不仅有上述两种方法，包括： (1)含固氮作用的自体氮的固定、共生固氮、联合氮的固定；(2)降水；(3)灌水； 这些个是土壤氮肥的主要来源。 1植被和气候一般：草本植物木本植物草本植物：豆科非豆科木本植物：阔叶木本

6、群落针叶林，影响土壤氮含量的因素，一般温度越高有机质分解越快，OM含量越低，n越少大气湿度越高，有机质分解越慢，OM积累越多，n越多。 2土壤有机质含量土壤氮和土壤有机质具有正相关关系。 土壤氮含量约占土壤有机质含量的5%。 1有机氮占总氮的大部分，为9298%。 有机氮的矿化率只有36%。 (1)可溶性有机氮为5%，主要游离氨基酸、胺盐(速效氮)及酰胺类化合物(2)水解作用性有机氮为5070%，经酸或酶催化剂处理. 蛋白质和肽类、核蛋白质类、氨基糖类(3)的非水解作用性有机氮为3050%，主要为杂环态氮、缩胺类、二土壤氮的存在形态、二无机态氮土壤无机氮占总氮的12%(150ppm )。 最大

7、58%； (1)阿摩尼亚态氮(NH4 )在土壤中有游离态、交换状态、固定状态三种存在方式。 (2)硝态氮(NO3-N )主要以游离态存在于土壤中。 (3)亚硝态氮(NO2-N )主要只能在厌氧条件下存在，而且数量极少。 土壤中主要以游离态存在。 3游离态氮(N2 )、N2、NH4、粘粒、NO3-、NO2-、动植物残体半稳定态有机n土壤生物，挥发损失、化学和生物固氮、放出、矿物固定、还原、硝化、还原、亚硝化、合成作用、阿摩尼亚化作用、淋失、吸收、焚烧或生物遗体分解、损失、化学合成、 脱硝化作用、植物、生物固定、三土中氮的转化和循环、三土中氮的转化、一)土壤氮的有效化过程1有机态氮的矿化过程含有氮

8、的有机化合物，在许多微生物的作用下分解成简单的阿摩尼亚态氮的过程。 条件：亚硝化细菌(专业性自营养型微生物)通气：良好的O2 5% pH 5.5 - 10 (7-9)、4.5被抑制的水分： 5060%温度： 35 2 STOP！ 养分： Cu、Mo等促进硝化作用的发展。 因钙元素不足不利。 (2)硝化作用硝化微生物2NO2- O2 2NO3- 40公里卡在(以Nitrobacter为主)条件：硝化细菌(以Nitrobacter为主)其他亚硝化作用、通气良好条件下硝化作用速度亚硝化作用起铵化作用，因此在正常土壤中亚硝态氮和阿摩尼亚态氮积累较少。 反硝化作用的条件为：1)具有反硝化能力的细菌、反硝

9、化目前已知为3.3属，多为异养型，一些为化学自养型，但在许多农田里并不重要；2 )有机c化合物、还原性硫化物、分子氢等适宜的电子供体有效碳的影响最大；3 )厌氧条件与农田的持水量大小密切相关(1)亚硝酸裂解反应3hno32nh2o条件：酸性越强分解越快。 (2)阿摩尼亚态氮的挥发在碱性条件下，nh4ohnh3h2o土壤中的阿摩尼亚态氮在碱性条件下，以NH3的形式容易从土壤表面直接损失。 2化学反硝化素过程主要是指强酸反应、温度高、水分量低等特殊情况下，亚硝酸与其他化合物(包括有机化合物)发生化学反应生成分子态氮和一氧化氮的过程，在3粘粒矿物固定铵的中国北方的土壤中，能够固定铵的粘粒矿物较多，

10、其土壤中铵极少，南方水田中铵态较多，能固定铵的黏土矿物较少。 因此，铵的黏土矿物固定在我国的意义不大。4生物固定5、硝酸盐的冲刷、4、土壤氮的控制、(1)碳氮比的影响、(2)施肥的影响、(3)淹水、灌溉的影响、(1)水田断面不同水平氮的形态不同2 .水田中无机氮以阿摩尼亚态氮为主3 .反硝化作用明显的第3节土壤磷和硫的循环、(1)土壤中的磷原生矿物的磷含量为0.12%左右。 (二)土壤磷含量和影响因素1土壤磷含量一般来说，土壤磷含量均在0.2%以下，红壤、黄壤磷含量仅为0.04%。 我国土壤总磷含量在0.02%0.11%之间。 总体上，从北向南，土壤磷含量逐渐减少。 2影响土壤磷含量的因素(1

11、)母质中矿物成分的差异基性岩酸性岩碱堆积体的酸性堆积体，如石灰性风化体组成的红土的磷含量远高于红土。 (2)土壤质量不同土壤细粒部分中含有的磷主要是二次磷化合物。 (3)P在土壤剖面上的分布，从上到下，磷的含量逐渐下降。 原因磷迁移率低的植物根系向富积有机胶体或无机胶体的磷酸根的吸附作用，上层很强。 (3)土壤中磷的存在形态土壤磷素可分为有机磷和有机磷两种类型。 有机磷含量占总磷的1020%左右。 1有机磷化合物主要为植酸(肌醇六磷酸)或植酸类、核蛋白质或核酸及磷类化合物。 易溶性磷酸盐有水溶性和弱酸性两种。 易溶性磷酸盐来源于化学肥料，而难溶性磷酸盐的溶解。 一般来说，由于磷酸盐的溶解性，将

12、难溶性磷酸盐，例如氟磷灰石、羟基磷灰石等分布于石灰性土壤中的大头针磷铁元素矿和磷铝石较多。 1土壤磷的有效化过程有机磷和难溶性磷酸盐在一定条件下转化为植物可利用的水溶性或弱酸性磷酸盐的过程，通常称为磷的释放。 (四)土壤磷的转化、易溶性或速效磷酸盐转化为难溶性迟效性和缓效性的过程通常被称为磷的固定。 土壤中磷的固定非常普遍。 2土壤磷的无效化过程；(1)化学沉淀机理；该固磷作用发生在土壤固相表面。 具体而言，表面交换反应(pH 5.56.5 )通过土壤固相表面的OH-和溶液中的磷根交换，表面上次的生化反应在土壤CaCO3的核的表面通过化学反应、吸附形成CaHPO4的膜状沉淀。 正络离子吸附机理

13、(中性土壤)、(2)表面反应机理(3)将磷在土壤中固定在大头针的磷铁元素矿后，当土壤的局部pH升高时，在大头针的磷铁元素矿表面形成非晶质体的氧化铁薄膜，并复盖原磷的机理称为存储机理。 Fe(OH)3 PKs=3738大头针克林铁元素矿： PKs=3335凝胶膜中有铁元素铝质、钙元素质。 (4)生物固定有机质的C/P比为20013001，微生物的C/P比小于土壤有机质时可以进行生物固定。 如果土壤中的磷过少，会对磷素、微生物、作物产生竞争。 特点：表聚合性暂时无效的无机磷有机磷。 (五)土壤磷的调节，1、活性磷和磷的固定，只有不溶性磷化合物和粘粒和有机质中保持的静态磷称为静态磷，这一部分的磷占土

14、壤全磷的95%以上，也称为非活性磷。 土壤中被植物吸收的磷成分是土壤的有效磷、磷素转化和循环、含磷的土壤母质、易溶性磷酸盐、水溶性磷酸盐、河川湖的海的磷酸盐、有机磷化物、难溶性磷酸盐：、分解、生物吸收、分解、风化、堆积(1)在土壤酸盐基度pH6.5-6.8之间，可以减少磷的固定作用，提高土壤磷的有效性。 (2)土壤有机质有机阴络离子和磷酸根竞相在固相表面的吸附点，减少土壤对磷的吸附。 有机物分解产生的有机酸和其他鳌合剂的作用，使一部分固定状态的磷释放为可溶状态。 腐殖质在铁元素、铝氧化物等胶体表面形成保护膜，减少对磷酸根的吸附。 有机质分解生成的CO2溶于水形成H2CO3，增加钙元素、镁、磷酸

15、盐的溶解度。 (3)土壤淹水酸性土壤pH值上升会导致铁元素、铝形成氢氧化合物沉淀，减少对磷固定的碱性土壤pH值下降，能提高磷酸钙元素的溶解度，相反淹水土壤干燥会降低土壤磷的有效性。 土壤氧化还原电势(Eh )降低，昂贵的铁元素还原成廉价的铁元素，磷酸低，铁元素溶解度高，磷有效度增加。 磷酸表面被复的铁元素质凝胶膜被还原，封闭状态磷的有效度提高了。 第四节土壤中的钾元素一、土壤中的钾元素形态和含量；(一)土壤钾元素素来源土壤钾元素的岩石来源风化。 地壳岩石中，钾元素含量远高于磷，岩界总钾元素含量平均为2.45%。 因此，在氮、磷、以外的三要素中，钾元素在土壤中的含量最高。 (二)钾元素元素形态1

16、矿物钾元素土壤矿物中的钾元素一般称为结构钾元素，占总钾元素量的92-98%。 钾长石(KAlSi3O8)含有7.512.5%的钾元素，微斜长石(CaI Na KAlSi3O8)含有7.0-11.5%的钾元素，白云母(K(AlSi3O8)Al2(OH2F)2)含有6.0 %的5.9，二、非交换状态钾元素也称为缓效钾元素占总钾元素量的2-8%。 3、交换状态钾元素是指吸附在土壤胶体表面的钾元素络离子。 土壤中的含量一般为40-600mg/kg，占土壤总钾元素量的1-2%。 1土壤中的钾元素含量远远超过氮、磷，几乎不超过3% (K2O )。 中国自南向北含钾元素量逐渐增加，如华南地辖区，其平均水平达到2%，东北、内蒙的黑土达到2.6%。 这主要与地区风化、成土条件差异有关。 (3)土壤钾元素含量和影响因素；(1)富母质钾元素矿物：长石类长石钾元素微斜长石等钾元素含量在约7- 12%之间。 云母类白云母黑云母的钾元素含量约在5- 9%之间。 二次粘粒矿物水合云母(伊利类)绿泥石等四川紫色土钾元素丰富，影响2钾元素含量的因素；(2)风化和成土条件北方高温、雨多，润湿强度大，k。 (3)质地粒径越小，含k越多的面团儿越粘着，含k越多。 1钾元素的有效化(1)矿物风化在土壤风化和土壤形成过程中产生的各种有机酸和无机酸会释放含钾元素矿物中的钾元素。 所释放的钾元素均为水溶性速效钾元素。 (4