安师大环境土壤学讲义10土壤养分循环.docx

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1、10. Soi1NutrientCyc1ing10土壤养分循环目的要求：要求了解土壤养分的概念、种类与形态，土壤氮素、磷素、钾素的含量、形态、影响因素、循环与调节；土壤中硫、钙、镁的形态、影响因素、循环与调节，土壤中微量元素的含量、有效性及其影响因素。土壤养分循环是“土壤圈”物质循环的重要组成部分，也是陆地生态系统中维持生物生命周期的必要条件。现已确定16种植物生长必需的营养元素：大量营养元素：C、H、O-主要来自空气和水（占植物干重的百分之几十至千分之几）N、P、K（肥料三要素）Ca、Mg、S微量营养元素：（占植物干重的千分之几至十万分之几）FeMn.Zn.Cu.B、Mo、C1土壤养分可以反

2、复循环利用，养分的生物循环过程：生物从土壤吸收无机养分一生物残体归还土壤形成有机质一土壤微生物分解有机质释放无机养分一养分再次被生物吸收。养分循环过程:生物从土壤吸收无机养分生物残体归还土壤形成有机质壤微生物分解有机质释放无机养分养分再次被生物吸收。10.1 Nitrogencyc1inginsoi1s土壤氮素循环Nitrogencyc1inginterrestria1andsoi1eco1ogica1systems陆地及土壤生态系统中的氮循环重要生命元素，在农业生产中为“肥料三要素”之首。两个重叠循环构成：大气层的气态氮循环和土壤氮的内循环。1.Sourcesofnitrogeninsoi1

3、s土壤氮素来源生物固N微生物（细菌）逐渐积累土壤空气中的分子态N2T离子态NH4+T有效态N-根瘤菌与豆科植物共生固N能力强（共生固N菌）-腐生菌自生固N菌（包括蓝绿藻）大气降水含氮氧化物（NO3-NO2-NONH4+等）-溶解在雨滴中、随降水进入土壤灌溉水硝态N（NO3-N）“肥水”-N肥、有机肥2 ,土壤氮的形态及其有效性(1) 土壤全氮一含氮总量，其中95%以上为有机态氮，无机态氮一般不超过5%。因此，土壤的全氮和有机质含量之间存在高度正相关关系。土壤有机质和全氮含量的消长，主要决定生物积累和分解的相对强弱，而与气候、植被、耕作制度等因素密切相关。我国土壤全氮与有机质的地理变化趋势一致，

4、在自然植被下，土壤（表土层）全氮量以东北黑土最高（2.566.95gkg）,向西逐渐减少，至西北漠土最少（V0.5gkg=;东部沿海地区森林土壤的全氮量则表现为北高（暗棕壤）、中低（棕壤、褐土、黄棕壤）、南高（红壤、砖红壤）的“V”字形变化。耕地土壤的全氮量一般低于自然土壤，其中水田土壤的全氮量又低于旱地土壤。(2) 土壤无机态氮：主要是钱态氮(NH4-N)和硝态氮(NO3-N),有时有少量亚硝态氮(No2-N)0NH4-N和NCh-N是植物可直接吸收利用的有效态氮或速效氮，NO2-N则对植物有毒害作用。旱地土壤无机氮一般以NO3-N较多，淹水土壤则以NE-N占优势。(3) 土壤有机氮：主要是

5、蛋白质、核酸、氨基酸和腐殖物质四大类，大部分是腐殖物质。它们须经微生物分解矿化成无机氮后才能为植物吸收利用。有机氮的矿化作用随季节而变化，并因土壤质地类型而有所不同，一年中大约有35%的有机氮可矿化为无机氮(一般假定一个生长季节有13%的全氮矿化为无机氮)。有机氮通常按其分解难易和对作物的有效程度分为3组：水溶性有机氮，较易矿化；水解性有机氮，能在不长的时间内矿化；难矿化有机氮。土壤氮的形态及其有效性土壤N)无机氮(No3、NH4+)5%、水溶性有机氮NO3一易溶于水，带负电荷的土壤胶体表面对NE+为正吸附，而保持于土壤中；对NCh一为负吸附(排斥作用)，易被淋失。土壤N03一的淋失主要取决于

6、雨水条件，我国南方雨水多于北方，N03一的淋失就大于北方，故在旱地土壤氮肥施用上，一般有“南钱北硝”的趋势。(2)反硝化作用(denitrification),又称生物脱氮作用在缺氧条件下，N03一在反硝化细菌作用下还原为NO、N2O.N2的过程。NO3-NO2-NON2ON2这种氮素损失主要发生在淹水稻田的还原层，但在通气不良和含有大量易分解有机质的旱作土壤的局部嫌气环境也会产生。据研究：反硝化的临界Eh约为334mv,最适PH为7.08.2,PH小于5.25.8的酸性土壤，或高于8.29.0的碱性土壤，反硝化作用显著下降。这是水田氮素损失的主要途径。水田应不施靖态氮肥，钱态氮肥要深施，以防

7、止反硝化脱氮损失。(3)氨态氮挥发损失(ammoniavo1ati1ization)：主要发生在碱性土壤中。5 .土壤氮的调控维持土壤氮素平衡防氮损失、提高氮肥利用率避免有害物质积累（1）维持土壤氮素平衡土壤氮以有机态氮为空当亨机质平衡是氮素平衡的基础。有机态氮矿质氮（NH4+、NO3-）（2）防止土壤氮的损失“南镂北硝水田土壤不施硝态化肥和避免频繁的干湿交替。氮肥深施（水田和旱地）。碱性土碳钱少施，防止氨的挥发损失。应用氮肥增效剂（硝化作用抑制剂）。（3）避免有害物质一NO2一的积累亚硝酸盐是人的致癌物质，也是植物的有害物质。其产生和积累条件：NH4+NO2（亚硝化过程）Eo=0.345VN

8、O2NO3（硝化过程）Eo=0.421VEh:硝化过程要求的通气条件较亚硝化过程高，若通气条件不足以完成硝化过程，即可造成亚硝酸盐的暂时积累。故应改善土壤通气条件。pH：硝化细菌比亚硝化细菌对PH反应敏感。据MoiTiH试验：No2一易在pH7.3的碱性环境积累。游离NH4+的影响：氨对硝化细菌的抑制作用大于对亚硝化细菌，大量施用镂态氮肥（特别是NH4HCO3）,易造成NCh一积累。在旱育秧时，No2一可使水稻幼苗出现青枯病，当N02一5mgkg时，青枯开始出现,15mgkg时，青枯很快出现。N02一可使小麦、玉米烧种、烂芽、烂根以及幼苗死亡。故氮肥施用时应避免NCh一的积累。10.2Phos

9、phorousandsu1furcyc1inginsoi1s土壤磷和硫的循环磷、硫为重要的生命元素，有机质的构成元素。在陆地生态系统中的循环较氮简单,以土壤一植物系统为主体。10.2.1 phosphorouscyc1inginsoi1sP2O5%=P%2.291P%=P2O5%0.441 我国土壤全磷（P）含量一般为0.21.1g/kg,并有从南到北渐增的地域变化趋势。2 .土壤磷的形态和数量土壤含磷量主要取决于母质类型。我国土壤全磷（P）含量一般为0.21.1g/kg,并有从南到北渐增的地域变化趋势。但耕地土壤受耕作施肥等人为因素的影响，全磷量的局部变异很大。土壤磷的形态可分为无机态磷和有

10、机态磷两大类。无机态磷3种相互平衡的形态：（1）水溶态磷一土壤溶液中的磷3种磷酸根离子：H2PO4HPO42PO43-,其相对浓度（比例）随溶液PH而变化。当土壤溶液PH为7.20寸，H2PO4一和HP（V一各占一半；pHV7.2时以H2PO4一为主，pH7.2时以HPO42一为主。水溶性磷离子是植物根系可直接吸收利用的磷，但根际微域土壤多呈酸性，主要吸收H2PO4一离子。水溶态磷还包括部分聚合态磷酸盐和某些有机磷化合物。（2）吸附态磷土壤固相表面吸附的磷酸根离子，主要是配位体交换吸附（专性吸附）。酸性土中磷的专性吸附剂主要是铁、铝氧化物及其水合物。石灰性土壤的方解石（CaeO3）对磷的配位交

11、换吸附亦为常见。（3）矿物态磷占土壤无机态磷的99%以上。石灰性土以磷酸钙盐（CaP）为主，酸性土以磷酸铁盐（Fe-P）和磷酸铝盐（A1P）为主。Ca-P（钙磷），以磷灰石为主。Fe-P（铁磷），以粉红磷铁矿FePO4-2H2O为代表，溶度积=10-34.9。A1-P（铝磷），以磷铝石A1PO4.2H2O为代表,溶度积=10305,oFeP和A1-P的溶解度随PH升高而增大。OP（闭蓄态磷），氧化铁胶膜包被的磷酸盐，无效磷。当Fe2O3胶膜还原溶解后，磷被释放。有机态磷土壤有机磷含量变化大，一般占土壤表层全磷的2080%,随土壤有机质含量增加而增加。有机磷一般须经矿化为无机磷后才能被植物吸收利

12、用。土壤有机磷的化学组成，目前大部分为未知，已知者主要有3种。（1）植素类植酸与钙、镁等离子结合而成。一般占土壤有机磷总量的2030%。（2）核酸类含磷、氮的复杂有机化合物。多数报道占土壤有机磷总量的（3）磷脂类醇、酸溶性的有机磷化合物，一般约占土壤有机磷总量的1%。容易分解矿化为磷酸。土壤有机磷的分解决定于微生物的活性及其适宜环境，尤其是土温，低温限制其分解和有效化。自中Ca-PA1-P是磷物吸3 .土壤磷的循环4 .成土过程中磷的转化在成土过程中，母质的磷矿物（主要灰石）风化释放水溶态磷，并被次生矿附固定，进而形成新的矿物态磷。随着土壤矿物风化程度的提高，逐渐减少，FeP和OP逐渐增多，而

13、在各类土壤中所占的比重均较小。我国几种土壤的无机磷形态构成（引国土壤P.379）土壤PH无机磷形态构成比例（）A1-PFe-PCa-PO-P褐土8.08.53.46.90.00.561-7112-20黄潮土7.58.51.64.10.00763-6531-35黄棕壤6.07.03.7-1025-2713-2045-57红壤4.55.50.35.715-261.5-1652-83豉红壤4.55.50.01.52.5-140.95.384-94成土过程中由于生物作用，土壤中出现有机磷，并随有机质积累而增加。5 .耕地土壤中可溶性磷酸盐的转化可溶性化学磷肥一主要是Ca（H2PO4）2,施入土壤后，很快转变为不溶性磷，称为磷的固定。磷肥在土壤中的生物利用率一般只有1020%,远较氮、钾肥低，磷的固定是主要原因。磷肥在石灰性土中与钙结合形成溶解度低的CaP,最终成为磷灰石。在酸性土则主要形成溶解度低的Fe-P和OP。6 .土壤磷的调节（1）活性磷和磷的固定土壤磷可分为活性磷和非活性磷，在土壤全磷中，活性磷只占极小部分，且与全磷量无相关性，非活性磷则占95%以上。土壤活性磷一有效磷（