1、第七章 土壤養分循環土壤養分循環土壤養分循環1234土壤養分循環主要內容主要內容 (重點重點)：教學目標與要求：教學方式與手段：課時安排與進度：1.土壤氮素循環土壤氮素循環 （重點）（重點）2.土壤磷和硫的循環土壤磷和硫的循環 （重點）（重點）3.土壤中的鉀鈣鎂土壤中的鉀鈣鎂 4.土壤中的微量元素循環土壤中的微量元素循環 從養分的來源、含量、形態和轉化過從養分的來源、含量、形態和轉化過程來掌握各種土壤養分。重點掌握土程來掌握各種土壤養分。重點掌握土壤氮、磷的轉化過程，尤其是無效化壤氮、磷的轉化過程，尤其是無效化過程；了解土壤鉀、鈣、鎂的狀況以過程；了解土壤鉀、鈣、鎂的狀況以及微量元素的重要性。

2、及微量元素的重要性。幻燈，動畫演示；舉例分析；幻燈，動畫演示；舉例分析；課時數：課時數：4課時課時土壤養分的基本概念有效養分能夠直接或經過轉化被植物吸收利用的土壤養分。速效養分在作物生長季節內，能夠直接、迅速為植物吸收利 用的土壤養分，稱無效養分不能被植物吸收利用的土壤養分，稱土壤養分狀況是指土壤養分的含量、組成、形態分布和有效 性的高低。土壤養分的基本概念土壤養分的基本概念土壤養分指植物所必需的，主要是土壤來提供的營養元 素就叫做土壤養分。土壤養分是土壤肥力的物質 基礎，是土壤肥力的重要組成因素。 指來自土壤的元素通常可以反復的再循環和利用,典型的再循環過程。包括 生物從土壤中吸收養分； 生

3、物的殘體歸還土壤； 在土壤微生物的作用下，分解生物殘體，釋放養分； 養分再次被生物吸收。 土壤養分循環土壤養分循環一、作物所必需的營養元素一、作物所必需的營養元素作物所需的營養元素作物所需的營養元素 亞農（Arnon）1954年對植物“必需”的養料元素定了三條標準： （1）如果缺少這種元素，植物就不能生長或不能完成生 命周期 （2）這種元素不能被其他元素所代替，它有所具有的營 養作用 （3）這種養料元素在植物的代謝過程中具有直接的作用。 Mo對全部高等植物及大部分微生物是必需的；Na和Co對藻類、細菌與高等植物是必需的；Ca、B、Cl對高等植物是必需的，但對微生物，特別是真菌的生長則并不必需。

4、此外，鋇、硅、鋁、碘與鎵幾種元素只對少數幾種植物必需。農作物多數屬于高等植物，所以其必需的營養元素一般有16個：C、O、H、N、K、P、S、Ca、Mg、Fe、B、Mn、Cu、Zn、Mo、Cl其中第一條最重要。但要通過實驗來證明這幾點往往很困難。除了C、H、O三元素外，還有九種元素對所有的植物都是必需的：N、P、K、Mg、S、Fe、Mo、Zn、Cu土壤養分循環土壤養分循環大量元素和微量元素 這是路密斯（Loomis）和許爾（Shull）于1973年首先使用的名稱。按習慣標準： 大量元素：大量元素：植物對這種元素的需要量超過1%。前九種屬之。 前九個占干體重的絕大多數，即植物吸收的數量大，通常占植

5、物干重千分幾到百分之幾十。 微量元素：微量元素：植物對這種元素的需要小于植物干重的0.1%。土壤養分循環土壤養分三要素 在植物所必需的營養元素中，C、H、O大約占植株干重的95%。碳主要來自與大氣中的二氧化碳，而H、O則來自與土壤中的水分，氧可來自空氣。氮則除豆科作物外大部分取源于土壤。 氮磷鉀三要素，簡稱土壤養分三要素。其所以重要就在于必需經常調節其供不應求的狀況，而不是指它們在作物營養中所起的作用。土壤養分循環第一節第一節 土壤氮素循環土壤氮素循環1 1含量含量 我國耕地土壤含氮一般在0.02%0.2%之間；高于0.2%的很少，大部分低于0.1%。而華北、西北大部分地區土壤耕層發含氮量不足

6、0.1%；南方土壤的含氮量介于二者之間。 一般把土壤含氮量 0.2%者為“高”；0.2%0.1%之間者為“中”；0.1%0.05%者為“低”， 0.05%者為“極低”。一般把作物在不施氮區的全年生長期所吸收的氮量為土壤供氮能力的良好指標。土壤養分循環 固氮作用主要是靠微生物，固氮微生物分共生和自生兩類。 （1）與豆科作物共生的固氮菌，其固氮能力很強。1020斤/畝 （2）自生固氮菌，有分為好氣和嫌氣兩類。好氣性固氮能力強，在熱帶林地，可達1030斤/畝2 2來源來源土壤中的氮素關非來源于土壤礦物質。是生物固氮作土壤中的氮素關非來源于土壤礦物質。是生物固氮作用產生的。用產生的。土壤養分循環 對于

7、農田來說，土壤氮素的來源不止以上兩種途徑，包括： （1）固氮作用；自生固氮 、共生固氮和聯合固氮 （2）降水； （3）灌水； （4）施肥； 有機肥； 無機化肥；它們是土壤氮肥的主要來源。土壤養分循環1植被與氣候 一般：草本植物 木本植物 草本植物：豆 科 非豆科木本植物：闊 葉 林針葉林 一一 影響土壤氮素含量的因素影響土壤氮素含量的因素 一般而言： 溫度愈高，有機質分解愈快，OM含量低，N少； 濕度愈高，有機質分解愈慢，OM積累的多，N多。 土壤養分循環土壤養分循環2土壤有機質含量土壤氮素和土壤有機質二者呈正相關關系。土壤氮素土壤氮素和土壤有機質二者呈正相關關系。土壤氮素的含量大致占土壤有的

8、含量大致占土壤有機質含量的機質含量的5%左右。左右。3質地質地質地 砂性土砂性土 壤性土壤性土 粘性土粘性土N% 低低 高高 4地形及地勢 土壤養分循環二二 土壤氮素的存在形態土壤氮素的存在形態1有機成氮占全氮的絕大部分，9298%。有機氮的礦化 率只有36%。（1）可溶性有機氮 5%，主要為： 游離氨基酸、胺鹽 （速 效 氮）及酰胺類化合物（2）水解性有機氮5070%，用酸堿或酶處理而得。包 括：蛋白質及肽類、核蛋白類、氨基糖類（3）非水解性有機氮3050%，主要可能是雜環態氮、 縮胺類 土壤養分循環2 2無機態氮無機態氮 土壤無機氮占全氮 12%(150ppm)。最多不超過58%； （1）

9、銨態氮銨態氮(NH4) 在土壤里有三種存在方式： 游離態、交換態、固定態。 （2）硝態氮硝態氮（NO3-N）在土壤主要以游離態存在。 （3）亞硝態氮亞硝態氮（NO2-N）主要在嫌氣性條件下才有可能存在，而且數量也極少。在土壤里主要以游離態存在。3 3游離態氮游離態氮（N2） 土壤養分循環三三 土中氮素的轉化土中氮素的轉化 （1）水解過程 水解 水解 蛋白質 多肽 氨基酸、酰胺等 朊酶 肽酶 條件： 真菌、細菌、放線菌等； 在通氣良好； 溫度較高； 水分6070%； pH值適中； C/N比適當 （一）（一）土壤氮素的有效化過程土壤氮素的有效化過程 1 1有機態氮的礦化過程有機態氮的礦化過程 含氮

10、的有機合化物，在多種微物物的作用下降解為簡單的氨態氮的過程。（2）氨化過程）氨化過程RCHNH2COOH + O2 RCH2COOH + NH3 + E條件： 真菌、細菌、放線菌等； 在通氣良好； 對低溫特別敏感；特別敏感； 水分6070%； pH值要求在值要求在4.85.2C/N比適當。氨化微生物氨化微生物土壤養分循環 酶酶土壤養分循環 （1）亞硝化作用 亞硝化微生物 2HN4 + 3O2 2NO2- + 2H2O + 4H+ + 158千卡 以(Nitrosonas為主) 條件：亞硝化細菌（專性自養型微生物） 通氣：良好 O2 5% pH 5.5 - 10 (7-9), 4.5 受抑制！受

11、抑制！ 水分：5060% 溫度：35 2 STOP!STOP! 養分：Cu，Mo等促進硝化作用的進行。缺鈣，不利。2 2硝化過程硝化過程 氨、胺、酰胺 硝態氮化合物土壤養分循環（2）硝化作用 硝化微生物 2NO2- + O2 2NO3- + 40千卡 以(Nitrobacter為主) 條件：硝化細菌（以Nitrobacter為主）其它同亞硝化作用。 在通氣良好的條件下，硝化作用的速率亞硝化作用在通氣良好的條件下，硝化作用的速率亞硝化作用銨化作用，因此，在正常土壤中，很少有亞硝態氮和銨態氮銨化作用，因此，在正常土壤中，很少有亞硝態氮和銨態氮及氨的積累。及氨的積累。土壤養分循環土壤養分循環反硝化作

12、用的條件是1）具反硝化能力的細菌，反硝化細菌現已知有33個屬，多數是 異養型，也有幾種是化學自養型，但在多數農田都不重要；2）合適的電子供體，如有機C化合物、還原性硫化合物或分子態 氫；有效態碳的影響最大;3）厭氧條件，與田間持水量大小密切相關； 嫌氣狀態 O2 5%或土壤溶液中 O2 4 10-6M Eh 344mv (pH = 5時)4）有硝態氮存在5）pH 7 - 8.2 pH 8.2 - 9時，反硝化 作用減弱。 土壤養分循環（1）亞硝酸分解反應）亞硝酸分解反應 3HNO2 HNO3 + 2NO + H2O條件：酸性愈強，分解愈快。條件：酸性愈強，分解愈快。（2）氨態氮的揮發）氨態氮的

13、揮發在堿性條件下，在堿性條件下， NH4+ + OH- NH3 + H2O土壤中的銨態氮在堿性條件下，很容易以土壤中的銨態氮在堿性條件下，很容易以NH3的形式直接的形式直接從土壤表面從土壤表面損失掉。損失掉。2 2化學脫氮過程化學脫氮過程 主要是指在一些特殊的情況下，如強酸反應，溫度較高和水主要是指在一些特殊的情況下，如強酸反應，溫度較高和水分含量很低等，亞硝酸協與一些其他化合物（包括有機化合物）分含量很低等，亞硝酸協與一些其他化合物（包括有機化合物）進行化學反應而生成分子態氮或氧化亞氮的過程進行化學反應而生成分子態氮或氧化亞氮的過程 土壤養分循環3粘粒礦物對銨的固定粘粒礦物對銨的固定 我國北

14、方的土壤中，能固銨的粘粒礦物較多，但其土壤中銨極少，而南方水田的銨態較多，而能固定銨的粘土礦物不多。因此，銨的粘土礦物固定在我國的意義不大。4生物固定生物固定5、硝酸鹽的淋洗、硝酸鹽的淋洗土壤養分循環四、土壤氮素的調控四、土壤氮素的調控土壤養分循環（一）（一） C/NC/N比影響比影響土壤養分循環（二）施肥的影響（二）施肥的影響土壤養分循環（三）淹水、灌溉的影響（三）淹水、灌溉的影響1、在水田剖面的不同層次上，氮素的形態不同；、在水田剖面的不同層次上，氮素的形態不同；2、在水田中無機氮素以銨態氮為主；、在水田中無機氮素以銨態氮為主；3、反硝化作用明顯；、反硝化作用明顯；土壤養分循環土壤養分循環

15、第三節第三節 土壤磷和硫的循環土壤磷和硫的循環（一）土壤中磷素的來源（一）土壤中磷素的來源 土壤中的磷是由巖石風化而來的。原生礦物的含磷量為0.12%左右。 （二）土壤磷的含量及影響因素（二）土壤磷的含量及影響因素 1土壤磷的含量土壤磷的含量 一般來說，土壤的磷素含量都在一般來說，土壤的磷素含量都在0.2%以下，紅壤、黃壤以下，紅壤、黃壤含磷只有含磷只有0.04%。我國土壤全磷的含量在我國土壤全磷的含量在0.02%0.11%之之間。間。從總體來說，自北而南，土壤磷的含量是逐漸降低的從總體來說，自北而南，土壤磷的含量是逐漸降低的 。土壤養分循環2影響土壤磷含量的因素影響土壤磷含量的因素 （1）母

16、質中礦物成分的不同；母質中礦物成分的不同； 基性巖基性巖 酸性巖酸性巖 堿性沉積體酸性沉積體堿性沉積體酸性沉積體 如，由石灰性風化體形成的紅壤的含磷量比由的如，由石灰性風化體形成的紅壤的含磷量比由的紅壤多得多。紅壤多得多。 （2）土壤質地的差別土壤質地的差別 土壤細粒部分所含的磷主要是次生的磷化合物。土壤細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土壤養分循環 從上到下，磷的含量逐漸降低。原因從上到下，磷的含量逐漸降低。原因 磷的遷移率很低；磷的遷移率很低； 植物根系的富積；植物根系的富積； 有機膠體或無機膠體對磷酸根的吸附作有機膠體或無機膠體對磷酸根的

17、吸附作 用，上層較強。用，上層較強。 耕作制度和施肥的影響耕作制度和施肥的影響；土壤養分循環（三）土壤中磷的存在形態（三）土壤中磷的存在形態土壤磷素可分為兩大類：有機態磷和機態磷。有機態磷的含量占全磷的1020%左右。 1有機磷化合物有機磷化合物 主要是植素（肌醇六磷酸）或植酸類，核蛋白或核酸以及磷類化合物。土壤養分循環土壤養分循環 易溶性磷酸鹽易溶性磷酸鹽 包括水溶性和弱酸溶性兩種。 易溶磷酸鹽，一方面來自與化肥，另一方面來自于難溶磷酸鹽的溶解。一般來說，根據磷酸鹽的溶解性，可分為： 難溶性磷酸鹽難溶性磷酸鹽 如氟磷灰石、羥基磷灰石等存在于石灰性土壤中；粉紅磷鐵礦和磷鋁石在酸性土壤中較多。土

18、壤養分循環 1 1土壤磷的有效化過程土壤磷的有效化過程 有機態磷和難溶性磷酸鹽在一定條件 下，轉化為植物可以吸收利用的水溶性的 磷酸鹽或弱酸溶性的磷酸鹽的過程是其有 效性提高的過程，通常稱之為磷的釋放。 （四）土壤磷的轉化（四）土壤磷的轉化土壤養分循環土壤養分循環 易溶性或速效態磷酸鹽轉化為難溶性遲效態和緩效態的過程，通常稱之為磷的固定。 土壤中磷的固定是非常普遍的。 2土壤磷的無效化過程土壤磷的無效化過程土壤養分循環（1 1）化學沉淀機制）化學沉淀機制土壤養分循環 該固磷作用發生在土壤固相的表面。具體可分為： 表面交換反應（pH 5.56.5）通過土壤固相表面的OH-和溶液中的磷根交換， 表

19、面上次生化學反應在土壤CaCO3晶核的表面通過化學反應或吸附形成一層 CaHPO4的膜狀沉淀。 陽離子吸附機制（中性土壤）（2 2）表面反應機制）表面反應機制土壤養分循環（3 3）閉蓄機制）閉蓄機制 當磷在土壤中固定為粉紅磷鐵礦后，若土壤局部的pH升高，可粉紅磷鐵礦的表面形成一層無定形的氧化鐵薄膜，把原有的磷包被起來，這種機制叫閉蓄機制。Fe(OH)3 PKs = 3738 粉紅磷鐵礦：PKs = 3335 膠膜有鐵鋁質的、鈣質的。（4 4）生物固定）生物固定有機質C/P比為20013001，當微生物的C/P比小于土壤有機質時，就可產生生物固定。當土壤中的磷太少時，對磷素、微生物和作物就會發生

20、競爭。特點：特點： 表聚性；表聚性； 暫時無效；暫時無效； 把無機磷把無機磷 有機磷有機磷土壤養分循環土壤養分循環（五）土壤磷的調節（五）土壤磷的調節 1 1、活性磷和磷的固定、活性磷和磷的固定 只有那些不溶性磷化合物和保持在粘粒或有機質中的固持態磷才稱為固定態的磷，這部分磷占土壤全磷的95%以上，又稱為非活性磷。非活性磷。 土壤中可被植物吸收的磷組分稱為土壤的有效磷。土壤的有效磷。 土壤養分循環土壤養分循環2 2、提高土壤磷有效性的途徑。、提高土壤磷有效性的途徑。（1） 土壤酸堿度土壤酸堿度 pH6.5-6.8之間為宜，可減少磷的固定作用，提高土壤磷的有效性。（2 2） 土壤有機質土壤有機質

21、 有機陰離子與磷酸根競爭固相表面專性吸附點位，從而減少了土壤對磷的吸附。 有機物分解產生的有機酸和其它螯合劑的作用，將部分固定態磷釋放為可溶態。 腐殖質可在鐵、鋁氧化物等膠體表面形成保護膜，減少對磷酸根的吸附。土壤養分循環 有機質分解產生的CO2,溶于水形成H2CO3,增加鈣、鎂、磷酸鹽的溶解度。 （3 3） 土壤淹水土壤淹水 酸生土壤pH上升促使鐵、鋁形成氫氧化物沉淀，減少了它們對磷的固定；堿性土壤pH有所下降，能增加磷酸鈣的溶解度；反之，若淹水土壤落干，則導致土壤磷的有效性下降。 土壤氧化還原電位(Eh)下降，高價鐵還原成低價鐵,磷酸低鐵的溶解度較高，增加了磷的有效度。 包被于磷酸表面鐵質

22、膠膜還原，提高了閉蓄態磷的有效度。土壤養分循環第四節第四節 土壤中的鉀土壤中的鉀 （一）土壤鉀素的來源（一）土壤鉀素的來源 土壤鉀的來源于巖石的風化。 在地殼巖石中，鉀的含量比磷高得多，整個巖石界 含鉀量平均為2.45%。因此在氮、磷、外三要素中， 鉀在土 壤中的含量最高。一、土壤中鉀的形態和含量一、土壤中鉀的形態和含量土壤養分循環（二）鉀素的形態（二）鉀素的形態 1、 礦物鉀 土壤礦物中的鉀一般稱為結構鉀，占全鉀量的92-98%。 鉀長石 （KAlSi3O8）含鉀7.512.5% 微斜長石（CaI Na KAlSi3O8）含鉀7.0-11.5%， 白云母（K(AlSi3O8)Al2(OH2F

23、)2）含鉀量6.59.0%， 2、 非交換態鉀 又稱緩效鉀，是指存在于膨脹性粘土礦物層間和邊緣上的一部分鉀。占全鉀量的2-8%。土壤養分循環4 4、水溶性鉀（溶液鉀）、水溶性鉀（溶液鉀）是指以離子形態存在于土壤溶液中的鉀。濃度一般為2-5mg/L.土壤全鉀量一般在5-25g/kg，平均為10g/kg。3 3、交換態鉀、交換態鉀 指吸附在土壤膠體表面的鉀離子。在土壤中的含量一般為40-600mg/kg，占土壤全鉀量的1-2%。土壤養分循環 1 1土壤中鉀的含量遠遠超過氮、磷，大體不超高3% K2O）。我國自南向北含鉀量是逐漸增加的，如華南地區，其平均水平 2%，東北、內蒙的黑土可達2.6%。這主

24、要是和地區的風化、成土條件不同有關。（三）土壤鉀的含量及影響因素（三）土壤鉀的含量及影響因素土壤養分循環（1 1）母質）母質 富鉀礦物：富鉀礦物：長石類長石類 正長石正長石 鉀微斜長石等鉀微斜長石等 含鉀量約在含鉀量約在7- 12%之之間。間。云母類云母類 白云母白云母 黑云母黑云母 含鉀量約在含鉀量約在 5- 9%之間。之間。次生粘粒礦物次生粘粒礦物 水化云母（伊利石類）綠泥石等四川的水化云母（伊利石類）綠泥石等四川的紫色土含鉀較豐富紫色土含鉀較豐富2 2影響鉀含量的因素影響鉀含量的因素土壤養分循環（2）風化及成土條件）風化及成土條件北方北方 南方南方高溫、多雨而淋溶強度大，高溫、多雨而淋溶

25、強度大，K K。 （3）質地）質地粒徑越小，含粒徑越小，含K越多；越多；質地越粘，含質地越粘，含K越多。越多。土壤養分循環 1 1鉀的有效化鉀的有效化（1）礦物風化）礦物風化在土壤風化和成土過程中所產生的各種有機或無機在土壤風化和成土過程中所產生的各種有機或無機酸可以把含鉀礦物中的鉀釋放出來。所釋放的鉀都是水溶酸可以把含鉀礦物中的鉀釋放出來。所釋放的鉀都是水溶性的速效鉀。性的速效鉀。（四）土壤鉀的轉化（四）土壤鉀的轉化土壤養分循環（2）微生物分解）微生物分解一些微生物可以將鋁硅酸鹽分解，從而將其中的鉀一些微生物可以將鋁硅酸鹽分解，從而將其中的鉀釋放出來。如硅酸鹽細菌。釋放出來。如硅酸鹽細菌。（

26、3）緩效鉀的釋放）緩效鉀的釋放土壤養分循環圖圖108 土壤中不同形態鉀的平衡關系土壤中不同形態鉀的平衡關系土壤養分循環 （1）鉀固定的機制 在土壤條件變化時，如干濕交替、凍融交替、灼燒等，被土壤吸附在晶層表面的代換性鉀就會掉進晶穴里，當晶層間距變小，鉀離子便被封閉在里面，伊利石、拜來石、蒙脫石等，它們都屬21型礦物，但前二者比后者固鉀能力更強。 （2）影響鉀固定的因素 有粘粒礦物組成、結構，水分；土壤反應，農業措施。2 2土壤中鉀的無效過程鉀的固定土壤中鉀的無效過程鉀的固定 鉀的固定是指代換性鉀轉化為緩效鉀的過程。土壤養分循環 土壤中硫的循環及轉化 土壤硫的輸入主要途徑有: 大氣無機硫(SO2)的沉降。 含硫礦物質和生物有機質 土壤硫的輸出： 主要是植物吸收和土壤淋洗。 土壤養分循環土壤養分循環1、有機硫的礦化和固定 有機質的C/S300-400,則就有可能產生生