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1、第九章 土 壤 养 分,第一节 土壤养分概述第二节 土壤中的大量元素第三节 土壤中的微量元素第四节 土壤和植物的营养诊断,1、大量营养元素：有效形态、评价标准2、微量营养元素：有效形态、评价标准、影响微量元素有效性的因素,本 章 提示,第一节、土壤养分概述,1、土壤养分：由土壤提供的植物生长所必须的营养元素。,2、土壤养分分类：大量元素和微量元素 大量元素、中量元素和微量元素,一、土壤养分,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、磷、钾、钙、镁、硫、铁、硼、锰、铜、锌、鉬、氯。镍,Mn,B,Fe,S,N,C,O,H,Ca,K,P,Cu,Cl,Zn,Mg,Mo
2、,必需营养元素,Ni,镍：1987年，P.H.Brown等,必需营养元素的分组,大量元素 植物干重的0.X%X0%碳（C）氢（H）氧（O）氮（N）磷（P）钾（K）中量元素 植物干重的0.1%1%钙（Ca）镁（Mg）硫（S）微量元素 植物干重的0.000X%0.0X%铁（Fe）硼（B）锰（Mn）铜（Cu）锌（Zn）钼（Mo）氯（Cl）镍（Ni）,必需元素的分类,按植物需要的量区分如下：,肥料三要素,氮、磷、钾土壤中的有效含量不能满足植物生长发育需求，需要施肥进行补充。必需养分元素间的相互关系同等重要 不可替代,营养元素的来源,Ni,二、土壤养分来源,三、土壤养分形态,1、水溶态养分：土壤溶液中溶
3、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,根据在土壤中存在的化学形态分为：,根据植物对营养元素吸收利用的难易程度分为：,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,有效养分能够直接或经过转化被植物吸收利用的 土壤养分,速效养分在作物生长季节内，能够直接、迅速为 植物吸收利用的土壤养分。迟效（缓效）养分,无效养分不能被植物吸收利用的土壤养分。,土壤养分状况是指土
4、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 养分的有效化过程 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；,土壤氮素转化过程与氮素循环示意图,第二节 土壤中的大量元素,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（NO3-N)积累及毒害等。,一、土壤中的氮,1、土壤中氮的来源：生物固氮、降水、灌溉、施肥等 土壤氮素的60%来自生物固氮。三叶草固氮量45670 KgN/ha/a。固氮的
5、树木80500 KgN/ha/a 降水带入氮素1020 KgN/ha/a，据测定在温带随降水进入土壤的NO3-和NH4+约为15.0kg/公顷/年,（一）土壤中氮的来源和含量,土壤中氮素的含量受自然因素（气候、地形及植被）和林业措施（耕作、施肥、灌溉及利用方式）的影响，变异性很大。我国耕地土壤含N量一般都在0.02%-0.2%之间，高于0.2%的很少，大部分低于0.1%。而华北、西北大部分地区土壤耕层含N量不足0.1%；南方土壤的含N量介于二者之间。,2、土壤中氮的含量：,P207表10-2 含N量 0.2%0.2-0.1%0.1-0.05%0.05%等级 高 中 低 极低,（一）土壤中氮的来
6、源和含量,与有机质含量有密切关系,分为无机态和有机态两大类,1无机态氮,土壤中无机N数量很少，表土占全氮量的1.0%2.0%，最多不超过5.0%，表土以下的土层含量更少。,铵态氮（NH4+）有三种存在形态：游离态、交换态、固定态硝态氮（NO3-）能直接被植物吸收利用，易流失，不宜在水田中施用亚硝态氮（NO2-）主要以游离态存在,固定态、游离态（空气）,（二）土壤中氮的形态,2有机态氮,土壤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易程度可分为以下三类：,（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 糖与铵的缩合物 铵或蛋白质与木质素类物质作用形
7、成复合物。,（三）土壤中氮的转化,（1）有机态氮的氨化：（2）NH4+N的硝化：旱地通气条件下，铵态氮转化为硝态氮。（3）NO3-N的反硝化：通气不良情况下，硝态氮转化为 N2、N2O等，是土壤氮素的损失过程。（4）无机态氮的生物固定（5）无机态氮的晶格固定与释放、吸附与解吸,表3-8 化肥氮在冬小麦季的去向Table 3-8 The fate of nitrogen fertilizer in winter wheat season,氨挥发：小麦：1-7%，玉米：2-8.5%,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,（1）、土壤全氮：凯氏消煮（2）、剖面无机氮：0100 c
8、m 的NO3-N+NH4-N 40 mg/kg（Nmin）（3）、土壤碱解氮：1mol/L NaOH 120 mg/kg,土壤诊断土壤氮素丰缺指标,（化学分析方法）,土壤硝态氮速测箱N-kit,玉米缺氮,二、土壤中的磷,梨 树 缺 磷,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,1、土壤中磷的来源：,（一）土壤中磷的来源和含量,2、土壤中磷的含量：,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
9、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）,（二）土壤中磷的形态,1土壤中的有机磷化合物（简称有机磷）,土壤磷素可分为两大类：有机态磷和无机态磷,一般有机磷含量约占全磷量的10%25%在侵蚀严重的红壤中不足10%，而东北地区的黑土有机磷的含量较高，可达70%以上。粘质土有机磷含量比砂质土高,2无机磷化合物（用P表示）,（1）磷酸钙（镁）类化合物（CaP）,磷酸一钙Ca(H2PO4)2 磷酸二钙CaHPO4磷酸
10、三钙Ca3(PO4)2磷酸八钙Ca8(PO4)65H2O磷酸十钙Ca10(PO4)6(OH)2羟基磷灰石Ca5(PO4)3OH磷灰石Ca5(PO4)3F、,它们是石灰性或钙质土壤中磷酸盐的主要形态,（2）磷酸铁和磷酸铝化合物（FeP,AlP）,在酸性土壤中常见主要有粉红磷铁矿Fe(OH)2H2PO4、磷铝石Al(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。,风化程度较高的南方砖红壤、红壤中，以OP占的比重最大，最高可达90%以上，其次是FeP,AlP;CaP很少。风化程度较低的北方石灰性土壤中，CaP
11、所占比例大，约在60%以上，其次是OP;AlP和FeP极少。,我国主要土壤类型中，一般分布有以下规律：,（三）土壤中磷的转化,（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。吸附固定：非专性吸附、专性吸附 化学沉淀：,（1）有机态磷的矿化：,（3）无机态磷的生物固定（4）难溶性磷的释放,活化,菌根菌,根,土壤难溶性无机磷释放的途径,可溶性磷,50-80%,酸化,螯合,酸化,螯合,有机肥带入的微生物,分泌物,解磷菌,生理酸性肥料,CO2,（四）土壤中磷的有效性,土壤中能直接或经转化为植物所利用的磷，称为有效磷。土壤中有效磷的形态主
12、要有：1）土壤溶液中的磷酸根离子；2）包含在有机物中并较易分解的P；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。,速效态磷,土壤有效磷含量分级指标（0.5 M NaHCO3 浸提),土壤诊断土壤磷素丰缺指标,3-7mg/kg,东北土壤：,15 mg/kg,森林土壤：,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,烟 草,三、土壤中的钾,三要素品质元素限制因素,缺钾的大豆
13、籽粒,（一）土壤中钾的来源和含量,岩石矿物风化施肥,1、土壤中钾的来源：,2、土壤中钾的含量：,（一）土壤中钾的来源和含量,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 2%河北：1.92%135和150mg/kg 东北、内蒙的黑土可达2.6%,这主要是和地区的风化、成土条件、淋失状况等因素有关,（二）土壤中钾的形态,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：,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 K。,4矿物
14、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，有效性低。（潜在储备）也称无效态 K。,（三）土壤中钾的转化,钾的固定,释放、固定、吸收、流失,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,P,e,i,钾的固定,（四）土壤中钾的有效性,80-100 mg/kg,（1）、土壤速效钾(醋酸铵浸提火焰光度计)（2）、缓效钾：硝酸消煮（供应潜力）,缺钙,玉米,苹果,黑麦草,第三节 土壤中的微量元素,微量元素：铁、锰、铜、锌、钼、硼、氯,果 树 缺 铁,苹 果 缺 锌,梨、苹果等的“缩果病”,苹果缺铜,苹果缺锰,一、土壤中微量元素的来源
15、及含量,1、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,（1）水溶态 一般含量很低。,（2）代换态 一般土壤中交换态微量元素含量不高，少的不足1g/g，多的可达几十g/g。,（3）专性吸附态 Cu 2+、Zn 2+、MoO42-、H4BO4-。,（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、锰氧化物包被态 钼+铁（近于矿物态）。,二、土壤中微量元素的形态,（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。,元素,极低,低,中,丰,高,B,0.25,0.25,-,0.5,0.5,-,1.0,1.0,-,2.0,2.0,Cu,0.,
16、1,0.1,-,0.2,0.2,-,1.0,1.0,-,1.8,1.8,Fe,2.5,2.5,-,4.5,4.5,-,10,10,-,20,20,Mn,5.0,5,-,10,10,-,20,20-,30,30,Zn,0.5,0.5,-,1.0,1.0,-,2.0,2.0,-,5.0,5.0,微量元素丰缺标准（单位 mg/kg）,土壤中微量元素的全量并不能表征对植物是否充足，而微量元素的有效形态则与植物生长关系更为密切。,缺乏临界值,DTPA浸提,土壤微量元素的形态、临界值及缺乏状况,pH 3.3草酸草酸铵,四、影响微量元素有效性的因素,在土壤正常的pH变幅内，对于阳离子型的微量元素（Fe、Mn
17、、Cu、Zn）其溶解度随pH的下降而增大，有效度也随之增大。而对于阴离子型的微量元素如Mo，则相反。,1土壤的酸碱度,强酸性土壤中，Fe、Mn、Cu、Zn有时会超出植物的忍耐范围，产生毒害。pH值升高，土壤的固定作用增强,石灰性土壤，pH较高，CaCO3对微量元素的固定作用强，所以植物易于缺乏微量元素，如Fe、Mn、Cu、Zn、B，单施效果差，,可以施用络合态微量元素或叶面喷施,2土壤氧化还原状况,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Fe、Mn、Cu 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Fe、Mn的含量增加；,3有机质和微生物的活动,有机物络合，如泥
18、炭对铜、锌的固定；生物固定。,4固定作用,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。,第四节 土壤和植物的营养诊断,一、土壤和植物营养诊断的概念和原理,浓度：指单位植物干物质中某一特定元素的量（w/w），含量：指特定植物干物质总量中某养分的量(w/plant organ)。因此，浓度是与植株大小没有关系的强度指标，而含量是一个依存于植株大小的容量指标。,含量=浓度*干重总量,1.养分组成的表示,2.诊断的基本原理,植物生长、养分浓度和养分含量与养分供应之间关系,三个植物营养状态：养分缺乏、奢侈消耗和毒害,稀释效应,在进行植物的培养试验时，通过植物分
19、析常可发现，当提高一种限制性养分的供应量，并使得植物生长量增加时，常会降低其它非限制性营养元素在植物组织中的浓度，即所谓的“稀释效应”,二、营养诊断的应用,土壤养分分析法 用土壤养分含量多少来反映林木的营养状况具有很大的实用价值，形态症状分诊断法 当某一元素供应失调时，必然会影响某些功能正常发挥或器官的正常生长，植物的外观就会表现出特定的症状。植物组织分析法 分析测定植物组织中某一营养元素的含量。有组织汁液速测和全量分析两种。,1.营养诊断的方法,（1）施肥 根据评定土壤养分供应状况的要求，一般土壤测定的主要项目是：土壤全氮、土壤水解性氮(即有效氮)、速效磷、速效钾和土壤腐殖质，其他土壤养分及化学性质则视情况而定（2）植物缺素症,2.营养诊断的应用,针叶树严重缺素的主要表现症状,思考题,一、名词解释 土壤养分的有关概念、土壤磷固定、土壤钾固定、闭蓄态磷、缓效钾,1、土壤中N、P、K的形态及与植物吸收利用的关系；2、评价土壤养分丰缺的指标及其临界值；3、土壤氮素损失的途径有哪些？4、土壤微量元素的种类与形态；5、哪些因素影响土壤微量元素的有效性？,
