土壤学 第9章土壤养分循环.ppt

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1、第八章提问1、什么叫潜性酸？表示其大小的指标是什么？2、土壤缓冲性的概念？和意义？3、交换性交换性Al3和和H+何者是南方土壤酸化的主要何者是南方土壤酸化的主要原因，为什么原因，为什么?4、在砂质和粘质土壤上施入同品种等量的化、在砂质和粘质土壤上施入同品种等量的化肥，在何种土壤上见效快？为什么肥，在何种土壤上见效快？为什么?5、对于等量的交换性、对于等量的交换性Ca2+而言，它在酸性土上的而言，它在酸性土上的有效高？还是在碱性土上的有效性高？为什么？有效高？还是在碱性土上的有效性高？为什么？华中农业大学资源与环境学院吕国安第九章 土壤养分循环Soil Nutrient Cycling 土土壤壤

2、养养分分是是指指主主要要依依靠靠土土壤壤来来供供给给的的植植物物必必需需营营养养元元素素。土土壤壤养养分分是是土土壤壤肥肥力力的的物物质质基基础础，是是土土壤壤肥肥力力的的重要组成部分，是四大肥力因素之一。重要组成部分，是四大肥力因素之一。土壤养分的基本概念土壤养分的基本概念在植物必需的在植物必需的17种营养元素中：（种营养元素中：（碳、氢、氧、氮、磷、钾、碳、氢、氧、氮、磷、钾、钙、镁、硫、硼、铁、锰、铜、锌、钼、氯和镍钙、镁、硫、硼、铁、锰、铜、锌、钼、氯和镍）碳、氢、氧、氮碳、氢、氧、氮四种元素约占植物体干重的四种元素约占植物体干重的95。碳碳主要来自空气中的二氧化碳；主要来自空气中的二

3、氧化碳；氢氢来自水；来自水；氧氧可来自水，也可来自空气；可来自水，也可来自空气；氮氮除豆科作物大部分取自于根瘤菌固定空气中的氮除豆科作物大部分取自于根瘤菌固定空气中的氮外，其它所需的矿质养料都是作物从土壤中吸取的。外，其它所需的矿质养料都是作物从土壤中吸取的。华中农业大学资源与环境学院吕国安 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吸收利用的土壤养分。不能被植物吸收利用的土

4、壤养分。土壤养分状况土壤养分状况是指土壤养分的含量、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。土壤养分的基本概念土壤养分的基本概念华中农业大学资源与环境学院吕国安 作物所必需的营养元素作物所必需的营养元素 亚农（Arnon）1954年对植物“必需”的养料元素定了三条标准：（1）如果缺少这种元素，植物就不能正常生长或不能完成 生命周期 （2）这种元素不能被其他元素所代替，它有其本身所具有 的营养作用。（3）这种养料元素在植物的代谢过程中具有直接的作用。华中农业大学资源与环境学院吕国安17种必需的营养元素一般根据植物体内含量的多少划分为大量一般根据植物体内含

5、量的多少划分为大量营养元素和微量营养元素：营养元素和微量营养元素：大量元素（macronutrients）：C、H、O N、P、K、S、Mg、Ca（9种）微量元素（micronutrients）：B、Cl、Mn、Fe、Cu、Zn、Mo、Ni （8种）这是路密斯（Loomis）和许尔（Shull）于1973年首先使用的名称。按习惯标准：大大量量元元素素：植物对这种元素的需要量超过1%。前九种属之。前九个占干体重的绝大多数，即植物吸收的数量大，通常占植物干重千分几到百分之几十。微微量量元元素素：植物对这种元素的需要小于植物干重的0.1%。大量元素和微量元素大量元素和微量元素华中农业大学资源与环境学

6、院吕国安 土壤养分三要素氮氮、磷磷、钾钾称称为为“氮氮、磷磷、钾钾三三要要素素”或或“肥肥料料三三要要素素”。简简称称土土壤壤养养分分三三要要素素。其其所所以以重重要要就就在在于于必必需需经经常常调调节节其其供供不不应应求求的的状状况况，而而不不是是指指它它们们在在作作物物营养中所起的作用。营养中所起的作用。华中农业大学资源与环境学院吕国安 指来自土壤的养分元素通常可以反复的再循环和利用指来自土壤的养分元素通常可以反复的再循环和利用,典典型的再循环过程。包括：型的再循环过程。包括：生物从土壤中吸收养分；生物从土壤中吸收养分；生物的残体归还土壤；生物的残体归还土壤；在土壤微生物的作用下，分解生物

7、残体，释放养分；在土壤微生物的作用下，分解生物残体，释放养分；养分再次被生物吸收。养分再次被生物吸收。土壤养分循环土壤养分循环 是土壤圈物质循环的重要组成部分，是一个复杂的生物地球化学循环过程。华中农业大学资源与环境学院吕国安本章要求要求深刻理解和熟练掌握的重点内容有：1、土壤中各种养分的含量、形态和转化规律。2、影响土壤养分有效性的因素。3、土壤养分状况的调节途径。4、土壤养分的动态平衡。要求一般理解和掌握的内容有：土壤养分的含量。难点：土壤养分的循环与转化，养分的调节，影响土壤 养分有效性的因素。本章内容第一节 土壤氮素循环第二节 土壤磷和硫的循环 第三节 土壤中的钾钙镁 第四节 土壤中的

8、微量元素循环第五节 土壤养分平衡及有效性第一节土壤氮素循环SOIL NITROGEN CYCLING第一节土壤氮素循环SOIL NITROGEN CYCLING土壤氮素循环土壤氮素循环华中农业大学资源与环境学院吕国安一、土壤氮的来源、形态和含量Sources、forms and content of Soil Nitrogen 1含量含量 土壤中氮素的含量受自然因素（气候、地土壤中氮素的含量受自然因素（气候、地形及植被）和农业措施（耕作、施肥、灌溉及形及植被）和农业措施（耕作、施肥、灌溉及利用方式）的影响，变异性很大。我国耕地土利用方式）的影响，变异性很大。我国耕地土壤含壤含N量一般都在量一般

9、都在0.02%-0.2%之间，高于之间，高于0.2%的很少，大部分低于的很少，大部分低于0.1%。而华北、西。而华北、西北大部分地区土壤耕层含北大部分地区土壤耕层含N量不足量不足0.1%；南方；南方土壤的含土壤的含N量介于二者之间。（如表量介于二者之间。（如表11-1）。）。华中农业大学资源与环境学院吕国安含含N量量0.2%0.2-0.1%0.1-0.05%95%迟（无）效无机态溶液中的NO3-、溶液和胶体上的NH4+、气态 5%速 效华中农业大学资源与环境学院吕国安1有机态氮 占全氮的绝大部分，9298%。有机氮的矿化率只有 36%。（1）可溶性有机氮 木本植物木本植物豆科植物豆科植物禾本科

10、植物禾本科植物阔叶植物阔叶植物针叶植物针叶植物落叶植物落叶植物常绿植物常绿植物(2)气候气候对有机质的累积有极大的影响。其中起决定作用的是温对有机质的累积有极大的影响。其中起决定作用的是温度和湿度。度和湿度。温度越高，有机质分解越快，温度越高，有机质分解越快，OM含量低，含量低，N少。少。湿度越高，有机质分解越慢，湿度越高，有机质分解越慢，OM累积多，累积多，N多。多。(3)质地质地粘土粘土壤土壤土砂土砂土(4)地形和地势地形和地势地形和地势影响土壤水、热条件的再分布地形和地势影响土壤水、热条件的再分布地势愈高地势愈高,含氮量愈多含氮量愈多土壤氮素南坡低于北坡土壤氮素南坡低于北坡(5)耕作措施

11、及其它耕作措施及其它华中农业大学资源与环境学院吕国安二、土壤N循环华中农业大学资源与环境学院吕国安（一）固氮作用Nitrogen FixationN2 +6H+6e-2NH31、共生固氮 Symbiotic nitrogen fixation豆科植物：固氮细菌（苜蓿根瘤菌、三叶草根瘤菌）豆科植物（紫花苜蓿、三叶草、大豆、苕子）根瘤豆科植物供养固氮细菌，固氮细菌固氮华中农业大学资源与环境学院吕国安 结构根瘤菌根瘤华中农业大学资源与环境学院吕国安华中农业大学资源与环境学院吕国安共生关系：植物光合作用向根瘤菌提供C源 根瘤菌向植物提供N 共生根瘤菌organic-Corganic-CN N2 2or

12、ganic-Norganic-N华中农业大学资源与环境学院吕国安固氮量：4 紫花苜蓿 100-250 kg N/ha/yr大豆和豌豆 较低 4 施氮肥 降低氮的固定华中农业大学资源与环境学院吕国安华中农业大学资源与环境学院吕国安共生固氮 非豆科 微生物放线菌-Frankia 植物：非豆科木本双子叶植物与固氮放线菌 Frankia共生形成根瘤固氮,这些植物对绿化 荒山、防止水土流失和保护生态环境等具有 重要的作用,它们是陆地生态系统中的重要供 氮者.（能与25个属的植物共生固氮，如桤木 、杨梅、苏铁、罗汉松等）华中农业大学资源与环境学院吕国安2、非共生固氮Nonsymbiotic N-fixat

13、ion*细菌和蓝绿藻 blue-green algae-好气和嫌气 -固氮量很低:5-50 kg/ha/yr-与土壤中有效N有关华中农业大学资源与环境学院吕国安（二）矿化作用和同化作用Mineralization vs.Immobilization1、概念：土壤中的有机氮在土壤微生物的作用下逐渐分解成氨的过程。华中农业大学资源与环境学院吕国安2、步骤：有机氮氨基化作用aminizationRNH2NH3ammonification氨化作用H2O华中农业大学资源与环境学院吕国安3、条件：通气和嫌气条件营养条件（异养型的微生物、细菌、真菌和放射菌）温度敏感pH 4.8 5.2华中农业大学资源与环境

14、学院吕国安4、铵离子的去向与土壤胶体上的阳离子进行阳离子交换被晶格固定和土壤有机质形成氨基和酰氨基.挥发硝化同化华中农业大学资源与环境学院吕国安同化作用：土壤中的无机态N被土壤微生物（或植物）吸收转变为有机氮的过程。华中农业大学资源与环境学院吕国安（三）硝化作用Nitrification1、概念：氨在亚硝化细菌和硝化细菌的作用下氧化成硝酸的过程。华中农业大学资源与环境学院吕国安2、步骤：亚硝化细菌nitrosomonas+3 O2+O2硝化细菌nitrobacter（1）亚硝化作用（nitrosification）（2）硝化作用（nitrification）华中农业大学资源与环境学院吕国安3、

15、特点：需要分子态氧的参加酸化吸附态的转化成非吸附态的华中农业大学资源与环境学院吕国安4、条件好气条件（空气中氧气的含量不能小于5%）温度25 35湿度：田间持水量的50%70%pH:5.5 10，最适：7 9营养：Cu和Mo有利，但过量的NH4+有害 华中农业大学资源与环境学院吕国安（四）反硝化作用Denitrification1、概念：土壤中硝酸盐，在反硝化细菌的作用下，最后还原成氧化氮或氮气的过程。华中农业大学资源与环境学院吕国安2、过程：3：条件：嫌气（土壤空气中的氧气含量小于1%）湿度：淹水有利有机质含量：高（异养型，还原需要能量）pH：7 8.2温度：30 35 NO3-，NO2-，

16、N2O的存在（基质，电子接受体）华中农业大学资源与环境学院吕国安注意!*代谢还原不是反硝化作用，因为没有产生氮气。NO3-生物生物NO3-NH4+organic-N -N 被还原成蛋白质的形态华中农业大学资源与环境学院吕国安旱地土壤中能否存在反硝化作用？局部存在嫌气条件；施用过量的有机质；根际范围内。即使在通气良好的旱地土壤中，氮肥的反硝化损失可达15%以上。华中农业大学资源与环境学院吕国安反硝化作用带来的问题植物有效氮的损失；增加了大气中N2O的含量。反硝化作用的益处：减少了NO3-和NO2-对地下水的污染。华中农业大学资源与环境学院吕国安（五）氮的淋失Nitrogen Leaching华中

17、农业大学资源与环境学院吕国安Nitrogen(nitrate)Leaching富营养化 Eutrification华中农业大学资源与环境学院吕国安（六）氨的挥发Ammonia Volatilization尿素Urea:CO(NH2)2 NH3+CO2+H2O氨或铵离子NH4OH（NH3 H2O）NH3 H2O 华中农业大学资源与环境学院吕国安有利于氨挥发的条件pH值高；CEC低；质地轻；土壤含水量低；施肥深度浅。华中农业大学资源与环境学院吕国安（七）晶格固定Crystal lattice fixation of nitrogenP=层面 I=层间 e=边华中农业大学资源与环境学院吕国安2：1型

18、 蒙脱石华中农业大学资源与环境学院吕国安发生固定的条件：粘土矿物类型水分条件氨离子的数量华中农业大学资源与环境学院吕国安水分条件湿干华中农业大学资源与环境学院吕国安三、土壤氮素调节土壤氮素的调控土壤氮素的调控华中农业大学资源与环境学院吕国安土壤氮素调节土壤氮素调节有效化过程：有效化过程：氨化和硝化作用氨化和硝化作用无效化过程：无效化过程：反硝化、氨挥发、化学脱氮作用反硝化、氨挥发、化学脱氮作用缓效化过程：缓效化过程：晶格固定晶格固定 1利用有机物质利用有机物质C/N比值与土壤有效氮的相互关系，来调比值与土壤有效氮的相互关系，来调节土壤氮素状况（节土壤氮素状况（如图所示如图所示）C/N 30，3

19、015，15 2人为施用肥料人为施用肥料一一是施用是施用化学氮肥化学氮肥，以增加土壤有效氮素的不足。，以增加土壤有效氮素的不足。二二是施用是施用鲜嫩的秸秆、绿肥鲜嫩的秸秆、绿肥等，因等，因C/N很小，开始分解就很小，开始分解就有多余的氮素供给，又能激发原有有机质的分解，称为有多余的氮素供给，又能激发原有有机质的分解，称为激激发效应发效应。同时，施用矿质氮肥后，也有激发效应。目前，。同时，施用矿质氮肥后，也有激发效应。目前，这一现象的机理不十分清楚。这一现象的机理不十分清楚。华中农业大学资源与环境学院吕国安 C/N华中农业大学资源与环境学院吕国安Alfalfa,peas,grassLow C:N

20、(high N content)华中农业大学资源与环境学院吕国安straw,bark,sawdustHigh C:N(low N)华中农业大学资源与环境学院吕国安 施肥施肥华中农业大学资源与环境学院吕国安 淹水、灌溉淹水、灌溉1、在水田剖面的不同层次上，氮素的形态不同；、在水田剖面的不同层次上，氮素的形态不同；2、在水田中无机氮素以铵态氮为主；、在水田中无机氮素以铵态氮为主；3、反硝化作用明显；、反硝化作用明显；华中农业大学资源与环境学院吕国安第二节 土壤磷和硫的循环Soil Phosphorus and Sulfur黄瓜水体的质量 富营养化藻类的生长-嫌气（一）土壤P含量 0.02%0.11

21、%（P）（P2O5）0.44=P一、土壤磷的含量和形态华中农业大学资源与环境学院吕国安土壤磷含量土壤磷含量土壤中磷素的来源 自然土壤中的全磷最初来源是由岩石矿物风化而来的，原生矿物的含磷量为0.12%左右，主要取决于母质类型和风化成土条件；耕作土壤与施肥密切相关。土壤磷的含量及影响因素土壤磷的含量及影响因素 1土壤磷的含量土壤磷的含量 一一般般来来说说，土土壤壤的的磷磷素素含含量量都都在在0.2%以以下下，红红壤壤、黄黄壤壤含含磷磷只只有有0.04%。我我国国土土壤壤全全磷磷的的含含量量在在0.02%0.11%之之间。间。从总体来说，自北而南，土壤磷的含量是逐渐降低的从总体来说，自北而南，土壤

22、磷的含量是逐渐降低的。华中农业大学资源与环境学院吕国安2影响土壤磷含量的因素影响土壤磷含量的因素 （1）母质中矿物成分的不同；）母质中矿物成分的不同；基性岩基性岩 酸性岩酸性岩 碱性沉积体酸性沉积体碱性沉积体酸性沉积体 如，由石灰性风化体形成的红壤的含磷量比别的如，由石灰性风化体形成的红壤的含磷量比别的红壤多得多。红壤多得多。（2）土壤质地的差别）土壤质地的差别 土壤细粒部分所含的磷主要是次生的磷化合物。土壤细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在土壤剖面上的分布华中农业大学资源与环境学院吕国安从上到下，磷的含量逐渐降低。原因从上到下，磷的含量逐渐降低。原因 磷的迁移

23、率很低；磷的迁移率很低；植物根系的富积；植物根系的富积；有机胶体或无机胶体对磷酸根的吸附作用，有机胶体或无机胶体对磷酸根的吸附作用，上层较强。上层较强。耕作制度和施肥的影响；耕作制度和施肥的影响；华中农业大学资源与环境学院吕国安（二）土壤中P的形态：总的分为：无机形态（无机磷）有机形态（有机磷）（1）无机磷形态1.水溶态P 含量在0.0030.3mg/L，以三种磷酸离子的不同比例存在，取决与溶液pH值。华中农业大学资源与环境学院吕国安acid soilsacid soilsalkalinealkaline soils soils华中农业大学资源与环境学院吕国安2.吸附态P*与土壤胶体产生强烈的

24、吸附作用(专性吸附）-与铁铝氧化物的吸附-硅酸盐粘土矿物的边面吸附(特别是与高岭石)华中农业大学资源与环境学院吕国安 占无机磷的99以上。酸性土Fe P和 Al PFePO42H2O,（粉红铁矿）AlPO42H2O（磷铝石）石灰性和碱性土 Ca P和 Mg P 闭蓄态P（Occluded P）O P3.矿物态P华中农业大学资源与环境学院吕国安不同种类的Ca PpH68溶解度高低有效性高低 Ca(H2PO4)2 磷酸一钙CaHPO4 磷酸二钙Ca3(PO4)2 磷酸三钙Ca8H2(PO4)磷酸八钙Ca5(PO4)3OH 羟基磷灰石华中农业大学资源与环境学院吕国安（二）有机 P有机P：20-80%

25、（表土）植素类核酸类（nucleic acid）磷脂类（phospholipids）华中农业大学资源与环境学院吕国安二、土壤磷循环与转化（一）土壤磷的循环华中农业大学资源与环境学院吕国安（二）土壤磷的转化1.磷的固定（P Fixation)土壤中的有效态P转化成无效态的P的过程。2.固磷机制：（1）化学沉淀机制Fe3+2H2PO4-+2H2O 2H+Fe(OH)2H2PO4可溶的粉红磷铁矿（不溶的）华中农业大学资源与环境学院吕国安（2）表面反应机制土壤OHOHOH+H2PO4-土壤OHOHH2PO4华中农业大学资源与环境学院吕国安（3）闭蓄机制H2PO4-HPO4=Fe(OH)3 当磷在土壤中

26、固定为粉红磷铁矿后，若土壤局部的pH升高，可在粉红磷铁矿的表面形成一层无定形的氢氧化铁薄膜，把原有的磷包被起来，这种机制叫闭蓄机制。Fe(OH)3 PKs=3738 粉红磷铁矿：PKs=3335 胶膜有铁铝质的、钙质的。华中农业大学资源与环境学院吕国安溶度积：土壤中Fe3+的含量与土壤的pH 关系密切华中农业大学资源与环境学院吕国安(4）生物固定机制C:P 200:1 300:1 有机质C/P比为20013001，当微生物分解C/P比大的土壤有机质时，微生物和作物对磷素就会发生竞争吸附，产生生物固定。特点：表聚性；暂时无效；把无机磷 有机磷。华中农业大学资源与环境学院吕国安（三）提高土壤有效磷

27、的途径调节土壤酸碱度提高土壤有机质含量土壤淹水集中施肥，或与有机肥堆沤后施用。华中农业大学资源与环境学院吕国安水溶性P植 物 有 效 性酸性土壤中中性和碱性土壤中1.调节土壤酸碱度华中农业大学资源与环境学院吕国安有效性较高的是在 pH 6-7华中农业大学资源与环境学院吕国安2.提高土壤有机质含量作用：有机质含有有机P有机质的屏蔽作用有机酸的溶解作用华中农业大学资源与环境学院吕国安 土壤有机质的作用机理：土壤有机质的作用机理：有机阴离子与磷酸根竞争固相表面专性吸附点 位，从而减少了土壤对磷的吸附。有机物分解产生的有机酸和其它螯合剂的作用，将部分固定态磷释放为可溶态。腐殖质可在铁、铝氧化物等胶体表

28、面形成保护 膜，减少对磷酸根的吸附。有机质分解产生的CO2,溶于水形成H2CO3,增加钙、镁、磷酸盐的溶解度。华中农业大学资源与环境学院吕国安3.降低土壤的Eh值4.提高土温5.集中施肥，缩短与土壤根系的距离。华中农业大学资源与环境学院吕国安 土壤淹水对提高磷有效性的机理土壤淹水对提高磷有效性的机理 酸生土壤pH上升促使铁、铝形成氢氧化物沉 淀，减少了它们对磷的固定；碱性土壤pH有所 下降，能增加磷酸钙的溶解度；反之，若淹水 土壤落干，则导致土壤磷的有效性下降。土壤氧化还原电位(Eh)下降，高价铁还原成低 价铁,磷酸低铁的溶解度较高，增加了磷的有效 度。包被于磷酸表面铁质胶膜还原，提高了闭蓄

29、态磷的有效度。华中农业大学资源与环境学院吕国安SULFUR IN SOILS三、土壤硫（一）概述*无机态硫和有机态硫*植物吸收SO4=*缺S症状 植株矮小 新叶发黄*环境问题：酸化-酸雨-硫酸氧化 华中农业大学资源与环境学院吕国安华中农业大学资源与环境学院吕国安Acid Mine DrainageResult of Acid Mine Drainage华中农业大学资源与环境学院吕国安（二）S的循环（Sulfur Cycle）有机有机S SS S-2-2SOSO4 4-2-2(S(So o)1.1.矿化矿化2.2.同化同化3.3.氧化氧化3 34 44 44.4.还原还原植物植物&动物动物华中农

30、业大学资源与环境学院吕国安 土壤中硫的循环及转化 土壤硫的输入主要途径有:大气无机硫(SO2)的沉降。含硫矿物质和生物有机质 土壤硫的输出：主要是植物吸收和土壤淋洗。华中农业大学资源与环境学院吕国安1、有机硫的矿化和固定 有机质的C/S300-400,则就有可能产生生物固硫。2、矿物质的吸附和解吸 在富含铁、铝氧化物和水化氧化物、水铝英石及1:1型粘粒矿物为主的土壤，硫酸根(SO42-)有可能被带正电荷的土壤胶体所吸附,但吸附的SO42-容易被其它阴离子交换。3、硫化物和元素硫的氧化 土壤Eh和pH值是影响硫化物氧化的重要因素。土壤硫转化主要包括土壤硫转化主要包括:华中农业大学资源与环境学院吕

31、国安 FeS2 FeS+S (10.20)2FeS+2H2O+9/2O2 Fe2O3+2H2SO4 (10.21)2S+3O2+2H2O 2H2SO4 (10.22)S2-+2O2 SO42-(10.23)华中农业大学资源与环境学院吕国安S 的氧化和还原*氧化（Oxidation）S-2(O2)SO4-2 *自养型的微生物从S 的氧化中获得能量*酸化过程S or S-2(O2)H2SO4华中农业大学资源与环境学院吕国安还原（Reduction）+e-+e-SO4-2 So S-2*嫌气的过程微生物利用S作为电子接受体 通过硫酸还原细菌进行华中农业大学资源与环境学院吕国安*S-2 具有毒害作用：

32、-形成 H2S气体 -与 Pb,Cd,Zn反应生成有毒的化合 物*绝大部分是异养型的微生物 -有机质提供能源华中农业大学资源与环境学院吕国安第三节 土壤中的钾钙镁Potassium Calcium and Magnesium in soils一、土壤钾的形态和含量（一）含量土壤全K 含量：0.5 2.5%(525g/kg)K1.2=K2O影响含量的因素：母质风化及成土条件质地华中农业大学资源与环境学院吕国安（二）形态及有效性形态有效性存在位置相对含量%水溶性钾交换性钾速效的溶液中的K胶体上的K1 2%非交换性钾缓效的黑云母、伊利石、蛭石和晶穴中的K1 10%矿物钾无效钾长石、白云母90 99%

33、释放二、土壤钾的转化无效钾速效钾缓效钾淋失有机体固定吸收分解华中农业大学资源与环境学院吕国安三、土壤钾的固定和释放及其影响因子（一）土壤钾的固定及影响因素1.钾的固定概念：土壤中的速效钾转化为缓效钾的过程。2.影响因素：粘土矿物类型 土壤质地 土壤水分条件 土壤酸碱性（聚合铝离子的作用）华中农业大学资源与环境学院吕国安归纳：华中农业大学资源与环境学院吕国安（二）土壤钾的释放及影响因子1.钾的释放：土壤中缓效钾转化为速效钾的过程。2.释放特点：释放的速效性钾主要是来自固定态及黑云母 种的易风化钾；土壤交换性钾减少时，非交换性钾才释放；转化的强度和数量取决于土壤速效钾和缓效 钾的含量，缓效钾含量可

34、作为土壤供钾潜力 的指标；干燥、灼烧和冰冻一般有利于钾的释放。华中农业大学资源与环境学院吕国安（一）土壤中（一）土壤中CaCa的含量、形态和转化的含量、形态和转化含量：地壳中钙的平均含量为含量：地壳中钙的平均含量为36.4g/36.4g/(Ca),(Ca),土壤中全钙土壤中全钙 的含量主要受成土母质、风化条件、淋溶强度、耕的含量主要受成土母质、风化条件、淋溶强度、耕 作利用方式的影响，不同的土壤差异很大。作利用方式的影响，不同的土壤差异很大。形态：形态：矿物态钙矿物态钙存在于矿物晶格中的钙，占全存在于矿物晶格中的钙，占全CaCa的的 4090%4090%，植物难以吸收利用，植物难以吸收利用 交

35、换性钙交换性钙土壤胶体表面吸附钙，植物可利用钙土壤胶体表面吸附钙，植物可利用钙 溶液钙溶液钙土壤溶液中的土壤溶液中的CaCa离子，植物可利用钙离子，植物可利用钙转化：矿物态钙风化后以离子形态进入土壤溶液，一部转化：矿物态钙风化后以离子形态进入土壤溶液，一部 分被土壤胶体吸附成为交换性钙，而交换性钙与分被土壤胶体吸附成为交换性钙，而交换性钙与 溶液中的钙处在一种动态平衡之中。溶液中的钙处在一种动态平衡之中。四、土壤中的钙镁华中农业大学资源与环境学院吕国安（二）土壤中二）土壤中MgMg的含量、形态和转化的含量、形态和转化含量：地壳中镁的平均含量为含量：地壳中镁的平均含量为19.3g/19.3g/(

36、Mg),(Mg),土壤中土壤中 全镁的含量主要受成土母质、风化条件的影响，全镁的含量主要受成土母质、风化条件的影响，不同的土壤差异很大。不同的土壤差异很大。形态：形态：矿物态镁矿物态镁占全占全Mg的的4090%4090%，植物难以吸收利用，植物难以吸收利用 交换性镁交换性镁土壤胶体表面吸附的镁，植物可利用的镁土壤胶体表面吸附的镁，植物可利用的镁 非交换性镁非交换性镁能被酸提出的潜在镁能被酸提出的潜在镁 溶液镁溶液镁土壤溶液中的土壤溶液中的MgMg离子，植物可利用钙离子，植物可利用钙转化：转化：矿物态镁矿物态镁非交换性镁非交换性镁交换性镁交换性镁溶液镁溶液镁华中农业大学资源与环境学院吕国安（三）

37、（三）几个特点1、土壤中钙的含量大于镁；2、缺镁土壤常见于缺钙土壤；3、酸性土中钙镁较低，需要施肥补充4、南方酸性土壤缺钙镁的原因华中农业大学资源与环境学院吕国安第四节 土壤中的微量元素循环图109 土壤中的微量元素循环华中农业大学资源与环境学院吕国安一、土壤中微量元素的来源一、土壤中微量元素的来源 土壤中微量元素主要来自岩石和矿物，母质不同的土 壤，微量元素种类和含量不同（0.1mg kg-1）。植物必需的微量元素有铁、锰、铜、锌、硼、钼、氯 和镍。酶和辅酶的成分或激活剂、作用专一。二、土壤中微量元素的形态二、土壤中微量元素的形态 （4 4级或级或6 6级）级）（一）（一）水溶态水溶态 （二

38、）（二）交换态交换态（三）专性吸附态（三）专性吸附态 （四）（四）有机态有机态（五）铁、锰氧化物包被态（五）铁、锰氧化物包被态 （六）（六）矿物态矿物态华中农业大学资源与环境学院吕国安三、影响微量元素有效性的因素 1 1土壤的酸碱度土壤的酸碱度在土壤正常的在土壤正常的pHpH变幅内，对于变幅内，对于阳离子型阳离子型的微量元素（的微量元素（FeFe、MnMn、CuCu、ZnZn）其溶解度随其溶解度随pHpH的下降而增大，有效度也随之的下降而增大，有效度也随之增大。而对于增大。而对于阴离子型阴离子型的微量元素如的微量元素如MoMo，则相反。则相反。在在强酸性土壤强酸性土壤中，中，FeFe、MnMn

39、、CuCu、ZnZn有时会超出植物的忍有时会超出植物的忍耐范围，产生毒害。耐范围，产生毒害。pHpH值升高，土壤的固定作用增强。值升高，土壤的固定作用增强。石灰性土壤石灰性土壤，pH较高，较高，CaCO3对微量元素的固定作用对微量元素的固定作用强，所以植物易于缺乏微量元素，如强，所以植物易于缺乏微量元素，如Fe、Mn、Cu、Zn、B，单施效果差。单施效果差。可以施用络合态微量元素或叶面喷施。可以施用络合态微量元素或叶面喷施。华中农业大学资源与环境学院吕国安土壤微量元素养分有效性与土壤微量元素养分有效性与pH的关系图的关系图华中农业大学资源与环境学院吕国安2 2土壤氧化还原状况土壤氧化还原状况

40、土壤氧化还原状况可用土壤氧化还原状况可用Eh表示；表示；土壤的氧化还原状况主要影响那些具有多种化合价土壤的氧化还原状况主要影响那些具有多种化合价 的元素，如的元素，如Fe、Mn、Cu。随着土壤的氧化还原电位降低，土壤中还原态的物随着土壤的氧化还原电位降低，土壤中还原态的物质增多，如还原态质增多，如还原态FeFe、MnMn的含量增加；的含量增加；不同的离子的氧化还原电位是不同的；不同的离子的氧化还原电位是不同的；pH对对Eh影影响较大响较大:酸性酸性中性中性pH8MnMn2+Mn3+MnO2在同样的电位下，不同离子被还原的次序、数量都在同样的电位下，不同离子被还原的次序、数量都是不一样的。是不一

41、样的。华中农业大学资源与环境学院吕国安3 3有机质和微生物的活动有机质和微生物的活动 有机物络合，如泥炭对铜、锌的固定；有机物络合，如泥炭对铜、锌的固定；生物固定生物固定 。4 4质地质地 过量施用化学磷肥，可以导致一部分有效性的过量施用化学磷肥，可以导致一部分有效性的Fe、Mn、Cu、Zn等与磷酸根作用，形成沉淀，产生等与磷酸根作用，形成沉淀，产生固定作用。固定作用。5.5.施肥施肥质地较细含量高，作物微量元素缺乏症状在砂质地较细含量高，作物微量元素缺乏症状在砂质土中比粘质土中常见质土中比粘质土中常见华中农业大学资源与环境学院吕国安第五节第五节 土壤养分平衡及有效性土壤养分平衡及有效性 一、

42、一、土壤养分的动态平衡过程土壤养分的动态平衡过程 土壤溶液是植物吸取养分的主要介质，而且以吸收离子土壤溶液是植物吸取养分的主要介质，而且以吸收离子态养分为主。土壤溶液与固相土壤胶体（包括无机、有态养分为主。土壤溶液与固相土壤胶体（包括无机、有机和无机有机复合胶体）表面吸附的离子或分子、土壤机和无机有机复合胶体）表面吸附的离子或分子、土壤有机质及生物有机体（主要微生物），以及土壤空气间有机质及生物有机体（主要微生物），以及土壤空气间相互影响，相互依存，土壤养分始终处在动态的平衡中相互影响，相互依存，土壤养分始终处在动态的平衡中（图（图94）。）。华中农业大学资源与环境学院吕国安图图 94土壤中养

43、分的动态平衡示意图土壤中养分的动态平衡示意图 华中农业大学资源与环境学院吕国安土壤溶液中养分元素与土壤溶液中养分元素与土壤固相矿物土壤固相矿物处于平衡状态处于平衡状态土壤溶液中的养分元素与土壤溶液中的养分元素与土壤胶体表面土壤胶体表面也保持着平衡也保持着平衡土壤溶液的养分元素与土壤溶液的养分元素与有机质，微生物体有机质，微生物体之间保持着平衡之间保持着平衡土壤气体土壤气体也趋向于同土壤溶液保持平衡也趋向于同土壤溶液保持平衡土壤溶液中养分元素与土壤溶液中养分元素与植物生长植物生长也趋向保持某种平衡关系也趋向保持某种平衡关系 在作物生产中，植物从土壤溶液吸取矿质营养，养分元素随在作物生产中，植物从

44、土壤溶液吸取矿质营养，养分元素随着农产品收获，不断从土壤中输出，就需对土壤溶液补充着农产品收获，不断从土壤中输出，就需对土壤溶液补充“缺乏缺乏”的元素，以维持其平衡。的元素，以维持其平衡。养分补给途径养分补给途径：一是靠固液间相互转化、移动，即靠土壤自身调节。一是靠固液间相互转化、移动，即靠土壤自身调节。二是靠人为施肥补给，补给多少要依据作物对养分的需要量、二是靠人为施肥补给，补给多少要依据作物对养分的需要量、需肥规律和土壤有效养分的供应能力来确定。需肥规律和土壤有效养分的供应能力来确定。华中农业大学资源与环境学院吕国安二、二、土壤中养分向植物根的移动的方式土壤中养分向植物根的移动的方式1、截

45、获、截获 由于根系的发育，穿透土壤伸展至土壤粘粒表面，根表与由于根系的发育，穿透土壤伸展至土壤粘粒表面，根表与粘粒表面吸附的离子接触交换称粘粒表面吸附的离子接触交换称截获截获，它是通过接触交换，它是通过接触交换而不经土壤溶液移动直接吸收养分离子，而不经土壤溶液移动直接吸收养分离子，量很小量很小。植物根土体积比（）玉米0.40冬黑麦0.85燕麦0.55大豆0.91表层20cm土壤中根系体积与土壤体积之比华中农业大学资源与环境学院吕国安2、质流、质流由由植物蒸腾作用植物蒸腾作用引起的水分及有效养分向根表的移动称引起的水分及有效养分向根表的移动称之为之为质流质流。可根据土壤溶液的养分浓度、单位重量地

46、上。可根据土壤溶液的养分浓度、单位重量地上部分组织蒸腾耗水量，或每公顷水的蒸腾量，来估计通部分组织蒸腾耗水量，或每公顷水的蒸腾量，来估计通过质流所供植物养分的量。过质流所供植物养分的量。由质流引起的移动对于非吸由质流引起的移动对于非吸附态离子是非常重要的附态离子是非常重要的，如，如NO3-、Cl-。其流速主要决定其流速主要决定于植物蒸腾速度、土壤含水量和土壤孔隙状况。于植物蒸腾速度、土壤含水量和土壤孔隙状况。华中农业大学资源与环境学院吕国安3、扩散、扩散通过土壤水溶质运动。养分从通过土壤水溶质运动。养分从高浓度向低浓度高浓度向低浓度区域的移动。区域的移动。它与土壤条件、根的生长及根表面积等因素

47、密切相关。它与土壤条件、根的生长及根表面积等因素密切相关。质流和扩散质流和扩散是土壤中养分向植物根移动的是土壤中养分向植物根移动的两个重要过程两个重要过程，它，它们的相对重要性视养分的种类含量，植物的需要量和吸收速们的相对重要性视养分的种类含量，植物的需要量和吸收速率而定，也受土壤的粘粒种类、含量、率而定，也受土壤的粘粒种类、含量、pHpH等化学性质及土壤等化学性质及土壤结构、孔度、土壤水势等物理性质的影响结构、孔度、土壤水势等物理性质的影响。华中农业大学资源与环境学院吕国安三、三、土壤养分的容量、强度指标及缓冲性土壤养分的容量、强度指标及缓冲性 土壤溶液是植物营养的土壤溶液是植物营养的“瓶颈

48、瓶颈”，它把植物和土壤紧紧的连，它把植物和土壤紧紧的连接起来。当土壤溶液中的养分离子被植物吸取而降低时，接起来。当土壤溶液中的养分离子被植物吸取而降低时，土壤固相就向溶液补给养分，以维持土壤固相就向溶液补给养分，以维持土壤溶液植物土壤溶液植物间间养分的某种平衡。但这种平衡十分复杂，各种形态的养分养分的某种平衡。但这种平衡十分复杂，各种形态的养分性质特殊，释放机理和影响因素不同。因此，养分补给问性质特殊，释放机理和影响因素不同。因此，养分补给问题，还处在不断探索中。题，还处在不断探索中。华中农业大学资源与环境学院吕国安几个概念：几个概念：容量因素容量因素(Q)是指土壤有效养分的总量是指土壤有效养

49、分的总量，即固相能补给即固相能补给土壤溶液养分的总贮量。土壤溶液养分的总贮量。强度因素强度因素(I)是指土壤溶液中养分离子的浓度。是指土壤溶液中养分离子的浓度。二者的概念既有区别，又有联系，相互补充。因为影响养分二者的概念既有区别，又有联系，相互补充。因为影响养分离子有效度的因素十分复杂，仅用养分容量、强度因素作指离子有效度的因素十分复杂，仅用养分容量、强度因素作指标，难以反映土壤养分的真实情况。标，难以反映土壤养分的真实情况。缓冲容量缓冲容量：是指固相维持溶液中养分强度的能力，是强：是指固相维持溶液中养分强度的能力，是强度因素和容量的度因素和容量的综合指示综合指示，通常以，通常以Q/I比值表

50、示，即当溶液中比值表示，即当溶液中养分强度改变一个单位，所引起的固相吸附态养分的变化量。养分强度改变一个单位，所引起的固相吸附态养分的变化量。华中农业大学资源与环境学院吕国安 影响因素影响因素 不同的不同的土壤类型、粘粒含量、类型土壤类型、粘粒含量、类型不同，其缓冲容量不同，不同，其缓冲容量不同，即使同一土类中，即使同一土类中，质地、酸碱度质地、酸碱度等性质的差异，缓冲容量等性质的差异，缓冲容量也不一样。也不一样。供肥指标供肥指标缓冲容量可以作为土壤养分的供肥特性：缓冲容量可以作为土壤养分的供肥特性：缓冲容量不同缓冲容量不同，虽然有效养分同等，则虽然有效养分同等，则养分补给也会明显差异养分补给