《土壤养分循环》PPT课件.ppt

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1、第七章 土壤养分,教 学 目 标1、了解土壤养分的概念及分类2、重点学习土壤氮、磷、钾的养分形态、转化过程及调控。3、了解影响土壤养分含量及有效性的各种因素4、了解土壤微量元素种类、含量及微肥的作用。,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。,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壤养分的含量、组成、形态 分布和有效性的高低。,土壤养分指植物所必需的，主要是土壤来提供的营养元素就叫做土壤养分。土壤养分是土壤肥力的物质基础，是土壤肥力的重要组成因素。,土壤养分的基本概念,作物所需的营养元素的标准

2、 亚农（Arnon）1954年对植物“必需”的营养元素定了三条标准：（1）如果缺少这种元素，植物就不能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，它有自己的营养作用。（3）这种养料元素在植物的代谢过程中具有直接的作用。农作物多数属于高等植物，所以其必需的营养元素一般有16个：C、O、H、N、K、P、S、Ca、Mg、Fe、B、Mn、Cu、Zn、Mo、Cl 此外：Na和Co对藻类、细菌与高等植物是必需的；钡、硅、铝、碘与镓几种元素只对少数几种植物必需。,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：大量元素：植物对这种元素的需要量超过1pp

3、m。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。微量元素：植物对这种元素的需要量小于1ppm。通常其总量小于植物干重的0.1%。,大量元素和微量元素,土壤养分三要素：在植物所必需的营养元素中，C、H、O大约占植株干重的95%。碳主要来自与大气中的二氧化碳，而H、O则来自与土壤中的水分，氧可来自空气。氮则除豆科作物外大部分取源于土壤。氮磷钾三要素，简称土壤养分三要素。其所以重要就在于必需经常调节其供不应求的状况，而不是指它们在作物营养中所起的作用。,第一节 土壤氮素,一、陆地及土壤生态系统中的氮循环,陆地生态系统中：氮以不同形态存在与土壤、大气、生

4、物、水圈中。循环过程：大气氮土壤氮植物和水体氮大气氮。氮的整体循环中有两个重要的重叠循环：1.大气层的气态氮循环；2、土壤中氮的内循环。,土壤氮含量:耕地2g/kg，大多数在1g/kg，以有机氮为主。氮不足，影响产量，氮过剩，增加成本，污染环境。本节要求掌握的主要内容：氮循环、土壤氮的来源、形态、转化等内容。,指氮在动植物体、微生物体、土壤有机质、土壤矿物各分室中的转化和迁移，包括有机氮的矿化和无机氮的生物固持作用，粘土对铵的固定和释放作用，硝化和反硝化作用、腐殖质形成和腐殖质稳定化作用等。,土壤氮的内循环,二、土壤氮的获得和转化（一）土壤氮的获得 1、大气中分子氮的生物固定 大气和土壤空气中

5、的分子态氮不能被植物直接吸收、同化，必须经生物固定为有机氮化合物，直接或间接地进入土壤。土壤中有固氮作用的微生物可分为三大类。即：非共生（自生）固氮菌、共生固氮菌、联合固氮菌。自生固氮菌类主要有两种：一种为好气性的细菌，Azotobater。另一种为嫌气性细菌,Clostridiam，都需要有机质作为能源。另外具有光合作用能力的蓝绿藻也能自生固氮，但固氮能力不高。,共生固氮菌类：包括根瘤菌和一些放线菌、兰藻等，以和豆科共生为主，固氮能力比自生固氮菌大得多。如豆科作物共生的固氮菌，其固氮能力很强。可达1020斤/亩。联合固氮菌类：指某些固氮微生物与植物根系有密切关系，有一定的专一性，但不如共生关

6、系那样严格的一类微生物。如：固氮螺菌与玉米、多粘杆菌与小麦具有较强的亲和性，能进行联合固氮。,2、雨水和灌溉水带入的氮 气态氮通过雷电氮氧化NO2、NO及通过降水溶解进入土壤。根据估计，每年由大气降水进入土壤的氮有2-22kg。3、施肥带入的氮 有机肥；无机化肥；它们是土壤氮肥的主要来源。,（二）土壤中氮的转化 土壤全氮量有95%以上是有机氮，其余为无机氮。有机氮必须经微生物的矿化作用才能转化为NH4+-N，进而通过硝化作用转化为NO3-N。1、有机氮的矿化 有机氮可分为：水溶性、水解性和非水解性三类，其矿化过程主要分两个阶段：第一阶段为氨基化阶段。复杂的含氮化合物（如蛋白蛋、核酸、氨基糖及其

7、多聚体等）经过微生物酶的系列作用下，逐级分解而形成简单的氨基化合物的过程，称之为氨基化作用。可用下式表示：蛋白质 RCHNH2COOH(或RNH2)+CO2+中间产物+能量,氨基化作用形成的各种简单氨基化合物，在微生物作用下,可进一步再分解成氨（称为氨化作用）,氨化作用可在不同条件下进行：（1）在充分通气条件下:RCHNH2COOH+O2RCOOH+NH3+CO2+能量（2）在嫌气条件下:RCHNH2COOH+2HRCH2COOH+NH3+能量 或 RCHNH2COOH+2H RCH3+CO2+NH3+能量（3）一般水解作用:RCHNH2COOH+H2O RCH2OH+NH3+CO3+能量或

8、RCHNH2COOH+H2O RCHOHCOOH+NH3+能量（两个反应都是酶促反应）,2、铵的硝化 有机氮矿化释放的氨在土壤中转化为铵(NH4+)离子，可进一步被土壤胶体吸附，或被植物吸收。或通过微生物作用氧化成亚硝酸盐和硝酸盐。铵态氮在亚硝化微生物的作用下，转化为硝态氮的作用称之为硝化作用。,（1）亚硝化作用 亚硝化微生物 2HN+4+3O2 2NO2-+2H2O+4H+158千卡以(Nitrosonas为主),条件（1）亚硝化细菌（专性自养型微生物），O2 5%表现良好；（2）pH5.5-10(7-9)适宜;，pH4.5 受抑制！（3）水分5060%，温度35适宜;2 STOP!（4）养

9、分：Cu，Mo等促进硝化作用的进行。缺钙，不利。,（2）硝化作用 硝化微生物 2NO2-+O2 2NO3-+40千卡(以Nitrobacter为主)条件：硝化细菌（以Nitrobacter为主）其它同前。,在通气良好的条件下，各反应的速率是“硝化作用亚硝化作用铵化作用”。因此，在正常土壤中，很少有亚硝态氮和铵态氮及氨的积累。土壤中无机氮的数量很少，占全氮12%(150 ppm)，最多不超过58%。其中：铵态氮(NH+4)在旱田中很少，水田中较多（为什么？）。可被土壤胶体吸附，不易流失，在土壤中有三种存在方式：游离态、交换态、固定态。硝态氮（NO3-N）易流失，在土壤主要以游离态存在。亚硝态氮（

10、NO2-N）在嫌气性条件下有可能存在，数量极少，主要以游离态存在。,3、无机态氮的生物固定 矿化作用生成的铵态氮、硝态氮和某些简单的氨基态氮（NH2）,通过微生物和植物的吸收同化,成为生物有机体组成部分,称为无机氮的生物固定（又称生物固持，immobilization）。4、铵离子的矿物固定(Ammoninm fixation)指的是离子直径大小与2：1型粘粒矿物晶架表面孔穴大小接近的铵离子（NH4+），陷入晶架表面的孔穴内,暂时失去了它的生物有效性,转变为固定态铵过程。这种固定作用在蛭石、伊利石和蒙脱石粘粒为主的土壤中尤其多见。,三、土壤中氮的损失（一）淋洗损失 主要是NO3-的淋洗损失，包

11、括水平淋洗和垂直淋洗。全国化肥氮的淋洗损失率变幅很大为1-19%，平均淋洗损失率定为2%。（Zhu and Chen，2002）（二）气体损失（1）反硝化 在嫌氧条件下，硝酸盐（NO3-）在反硝化微生物作用下,还原为N2、N2O或NO的过程。其反应式如下：,田间持水量条件下，土壤结构内或分散土粒间的小孔隙中已充满水，但其结构间的非毛管孔却仍然充有空气，因此，在这种土壤中硝化作用和反硝化作用往往可以同时并存。,（2）氨挥发 氨挥发易发生在石灰性土壤上，特别表施铵态氮和尿素等化学氮肥时，氨挥发损失可高达施肥氮量的30%以上，这是因为土壤中的氨（NH3）和铵(NH4+)存在下列平衡。,这个反应平衡取

12、决于土壤的pH值：pH=6时,NH3被质子化几乎全部以NH4+形态存在 pH=7时,NH3约占6%pH=9.2-9.3时,则NH3和NH4+约各占一半,植物根系在以下几个方面影响反硝化作用：1）为反硝化细菌提供所需的有机物质作为NO3-的电子 供体；2）通过消耗O2产生厌氧环境;3）通过吸收，减少NO3-积累；4）增加水生植物根际的氧气供应。,四、土壤氮素的调控,土壤氮素调控是指人为活动的调节管理，即通过科学合理施肥、耕作、灌溉等措施，发挥土壤氮素的潜在作物营养功能，以满足作物高产量、高效益和优良品质的需要。氮素纯矿化量等于有机氮的矿化量与矿质氮固定量之差。,（一）C/N比影响,如有机质C/N

13、比值大于30:1，矿化作用不可能对植物产生供氮的效果，反而有可能使植物的缺氮现象更为严重。,如有机质的C/N比值小于15：1时,在其矿化作用一开始,它所提供的有效氮量就会超过微生物同化量,使植物有可能从有机质矿化过程中获得有效氮的供应。,（二）施肥的影响,施用新鲜有机物质如桔秆、绿肥等，能激发土壤原来有机质腐殖的分解，这称为激发效应（又称起爆效应）,施用矿质氮肥也能促进原来土壤有机氮的分解、释放，也称为激发效应（起爆效应）,（三）淹水、灌溉的影响,1、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；3、反硝化作用明显；,土壤中的磷是由岩石风化而来的。故土壤磷的多少与成

14、土母质的矿物成分有关。地壳含磷量为0.12%左右。我国土壤全磷的含量在0.02%0.11%之间。自北而南，土壤磷的含量逐渐降低。如南方的红壤、黄壤含磷只有0.04%。而东北黑土的磷素含量可高达0.2%。,第二节 土壤磷和硫一、土壤磷的形态和数量,影响土壤磷含量的因素：母质类型：基性岩酸性岩，碱性沉积体酸性沉积体 土壤质地：质地粘重磷含量往往较高，反之较低。P在剖面上的分布：从上到下，磷的含量逐渐降低（原因磷的迁移率很低、植物根系富集、上层土壤的胶体对磷酸根的吸附作用较下层强）。耕作制度和施肥的影响；,（一）无机磷化合物1、水溶态磷 土壤溶液中磷浓度依土壤pH、磷肥施用量及土壤固相磷的数量和结合

15、状态而定,含量一般在0.0030.3毫克/升之间。在土壤溶液pH范围内，磷酸根离子有三种解离方式：,在一般土壤pH范围内，磷酸根离子以H2PO4-和HPO42，三种解离方式：,图10-4 各种磷酸离子的pH分布图,2、吸附态磷 指通过配位体交换反应固定在土壤固相表面的磷酸阴离子。如吸附在氧化铁、氧化铝及氧化钙表面的磷：,3、矿物态磷 无机磷主要以矿物态存在（占无机磷99%以上）。（1）磷酸钙盐（磷灰石：Ca5X(PO4)3。X代表阴离子F-、Cl-、OH-、CO32-、O2-）。主要存在于石灰性土壤中，按阴离子种类不同可分为：氟磷灰石（Ca5(PO4)3F）：由原生矿物遗留、稳定性大，溶度小，

16、其它磷灰石有可能向氟磷灰石转化。氢氧磷灰石（Ca5(PO4)3OH）：含量最多，可来自氟磷灰石的同晶置换，还可由磷酸二钙和磷酸三钙转化而成。碳酸磷灰石 不含阴离子的磷酸钙系列化合物：如磷酸一钙(CaH2PO4)、磷酸二钙（CaHPO4）和磷酸三钙（Ca3PO4）、磷酸八钙(Ca8H2(PO4)6)及其的水化物。随 Ca/P的增加，溶解度变小。,（2）磷酸铁、铝 主要存在于酸性土壤中，种类达数十种，主要有：磷铝石：Al(OH)2H2PO4 粉红磷铁矿：Fe(OH)2H2PO4 磷铝铁石：（Al、Fe）（H2PO4）(OH)3-n n 随pH而变，Al和Fe可以互掺,Fe、Al和H2PO4的比例也

17、随pH条件而改变。磷铝铁石常被被氧化铁包被闭蓄态磷。,（二）有机磷化合物 有机磷变辐很大，占全磷的2080%。有机质含量23%的耕地土壤中，有机磷占2550%。有机质含量不足1%的南方红壤中，有机磷占10%以下。有机质含量高达35%的东北黑土中，有机磷占2/3。一般粘质土有机磷含量要比轻质土多。土壤中已知的有机磷化合物主要有3种：1、植素类 即植酸盐，是由植酸（又称环已六醇磷酸）与钙、镁、铁、铝等离子结合而成。普遍存在于植物体中，植物种子中特别丰富。土壤中植素类有机磷含量一般占有机磷总量的2050%。植素可在植素酶和磷酸酶作用下，分解脱去部分磷酸离子，为植物提供有效磷。植酸钙镁（中、碱性土壤）

18、溶解度较大，可直接被植物吸收。植酸铁铝（酸性土壤）的溶度较小，脱磷困难，生物有效性较低。,2、核酸类 是一类含磷、氮的复杂有机化合物。土壤中的核酸与动植物和微生物中的核酸组成和性质基本类似。土壤中核酸类为有机磷的110%。3、磷酯类 是一类醇、醚溶性的有机磷化合物，普遍存在于动植物及微生物组织中。土壤中的含量不高，一般约占有机磷总量的1%。磷脂类容易分解，有的甚至可通过自然界纯化学反应分解，简单磷脂类水解后可产生甘油、脂肪酸和磷酸。,二、土壤磷循环与转化（一）土壤中磷的循环 磷循环主要在土壤、植物和微生物中进行，其过程为植物吸收土壤有效态磷，动植物残体磷返回土壤再循环；土壤有机磷（生物残体中磷

19、）矿化；土壤固结态磷的微生物转化；土壤粘粒和铁铝氧化物对无机磷的吸附解吸，溶解沉淀。,（二）土壤中磷的转化 1、成土过程中磷的转化 矿物风化释放磷被新生矿物吸附，固定 随风化成土过程的加深，土壤钙结合态磷（磷灰石和其它含磷化合物）-降低，铁、铝磷酸盐-增加。在风化度较低并有石灰反应的土壤中，钙磷的比例大，铁、铝磷的比例较减小。在风化程度高的砖红壤中铁磷含量最高，其次铝磷，钙磷的含量较少。风化程度居中的黄棕壤，无机磷组成介于前者之间，属于过渡类型。有机磷随腐殖质增加而积聚，成为土壤中磷的重要成分。,2、施入耕地土壤中的可溶性磷酸盐的转化,3土壤磷的有效化过程 土壤中的有效磷：又称活性磷，指可为植

20、物可以吸收利用磷，包括全部水溶性磷、部分吸附态磷和有机态磷，有的突然中还包括某些沉淀态磷。土壤磷的有效化过程：是指在一定条件下，难溶性磷酸盐（非活性磷）转化为植物可以吸收利用的水溶性的磷酸盐或弱酸溶性的磷酸盐的过程，通常称之为磷的释放过程。活性磷与非活性磷处在相互转化的动态平衡过程中。,4土壤磷的无效化过程 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。土壤中磷的固定是非常普遍的。主要机制有：,（1）化学沉淀机制,该固磷作用发生在土壤固相的表面。具体可分为：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。表面上次生化学反应 在土壤CaC

21、O3晶核的表面通过化学反应或吸附形成一层 CaHPO4的膜状沉淀。也是一种配位体交换反应。形成过程：Ca/P的提高，有效性降低，23年。阳离子吸附机制（中性土壤）磷酸根的有效性降低。,（2）表面反应机制,（3）闭蓄机制 当磷在土壤中固定为粉红磷铁矿后，若土壤局部的pH升高，可粉红磷铁矿的表面形成一层无定形的氧化铁薄膜，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。,（4）生物固定 有机质C/P比为20013001，当微生物的C/P比小于土壤有机质时，就可产生生物固定。当土壤中的磷太少时，微生物和作物就会发生对磷素

22、竞争。特点：表聚性；暂时无效；把无机磷 有机磷。,（三）提高土壤磷有效性的途径 1、通过调节土壤的酸碱性提高磷的有效性 pH6.5-6.8之间可减少磷的固定作用，磷的有效性较高。酸性土壤可施用石灰，碱性土壤可施用石膏和硫酸盐改良剂。2、通过增加土壤有机质含量提高磷的有效性 有机质可降低磷的固定，提高磷的有效性，其机理如下：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,

23、（3）通过土壤淹水调节磷的有效性 一般情况下，土壤淹水后磷的有效性往往有所提高，其原因：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，提高了闭蓄态磷的有效度。,三、土壤中硫的含量和形态（一）土壤硫的含量:土壤硫来自母质、灌水、大气湿沉降和施肥等。土壤中硫含量在0.01%0.05%;滨海、城市、矿区土壤硫高。自然界含硫矿物不少：如硫磺矿、硫铁矿、石膏矿都是高含硫的矿

24、物。此外,含硫金属矿石,如黄铜矿(CuFeS2,含硫35%),闪锌矿(ZnS，含硫33%)，辉铜矿(CuS,含硫20.2)，方铅矿(PbS,含硫13.4%)等等,植物对硫的需量同磷相近，但缺硫不像磷严重（原因是：一是土壤对S的固定弱，二是含硫肥料的施用可带入一定数量的硫）。,（二）土壤硫的形态 土壤中硫可分为无机态硫和有机硫两大类：1、无机态硫 难溶态硫（固体矿物硫），如黄铁矿（FeS2）、闪锌矿(ZnS)、石膏硫酸盐矿物等。水溶性硫，硫酸根（SO42-），硫化物（S2-）等。吸附态硫，胶体吸附的SO42-与溶液SO42-保持着平衡，吸附态硫容易被其它阴离子交换。2、有机硫 存在于动植物残体和

25、腐殖质中，以及一些较简单的有机化合物中。硫和碳结合形成半胱氨酸，以R-SH基团存在。硫也可以磺酸、SO3H基团存在，在胱氨酸中硫呈还原态，磺酸中硫呈氧化态。,四、土壤中硫的循环及转化(一)土壤硫的输入与输出1、硫输入的主要途径:大气无机硫(SO2)的沉降。含硫矿物质和有机质 2、硫输出的主要途径：主要是植物吸收和土壤淋洗。,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。,(二)土壤硫的转化1、有机硫的矿化和固定 有机质的C/S300-400,则就有可能产

26、生生物固硫。,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。FeS2FeS+S 2FeS+2H2O+9/2 O Fe2O3+2H2SO4 2S+3O2+2H2O 2H2SO4 S2-+2O2 SO42-S氧化结果：SO42-，酸化,土壤钾源于岩石。地壳岩石的平均含钾量为24.5g/kg。土壤全钾量在5-25 g/kg，平均为10g/kg。按化学组成可分为：矿物钾、非交换性钾、交换性钾和水溶性钾。按有对植物的效性可分为：无效钾、缓效性钾及速效性钾。,（一）矿物钾 为含钾原生矿物和次生矿物的总称。占土壤全钾量的92-98%。土壤学中，把存在于矿物晶格内或深受晶格束缚的矿物钾

27、，称为结构钾。据此，结构钾应包括下列含钾矿物：1、钾长石（KAlSi3O8）含钾 7.512.5%2、微斜长石（CaNaKAlSi3O8）含钾 7.0-11.5%3、白云母（K(AlSi3O8)Al2(OH2F)2）含钾 6.59.0%而伊利石、蛭石及黑云母K(AlSi3O8)(MgFeMn)3(OH2F)2（含钾 5.07.5%）等矿物中的钾，归在非交换性钾之中。,第三节 土壤中的钾钙镁,一、土壤中钾的形态和含量,（二）非交换态钾 又称缓效钾，指存在于膨胀性粘土矿物层间和层状硅酸盐矿物边缘上的部分钾。黑云母、伊利石、蛭石、蒙脱石的层间钾属此类。非交换态钾占全钾量的2-8%。不同类型土壤，非交

28、换态钾的数量差异很大，低的仅为40mg/kg（如红壤），高的可达1000 mg/kg（如黑土）。,（三）交换态钾 指吸附在土壤胶体表面的钾离子。为土壤速效钾的主体，含量为40-600mg/kg，占土壤吸收量的1-5%，占土壤全钾量的1-2%。交换态钾与非交换态钾可以相互转换，两者间无截然界限。,（四）水溶性钾（溶液钾）指以离子形态存在于土壤溶液中的钾。属速效钾，浓度为2-5mg/L。交换态钾和水溶性钾合称速效钾。,图108 土壤中不同形态钾的平衡关系,二、土壤钾的转化,1、矿物钾与其它形态钾的平衡 风化作用 矿物钾 非交换性钾、交换性钾、钾离子 该过程缓慢，对速效钾的贡献不大。2、交换态钾和水

29、溶性钾的平衡 两者处在动态平衡中，特点是平衡速度快，有效性高。3、非交换性钾与速效性钾的平衡 非交换态钾与速效钾可相互转换。,（一）钾的固定及其影响因素 钾的固定是指交换性钾转化为缓效钾的过程。1、钾固定的机制：土壤发生干湿交替、冻融交替、灼烧等变化时，吸附在晶层表面的交换性钾就会进入晶穴（直径0.28nm）里，当晶层间距变小时，钾离子便被封闭在里面。伊利石、拜来石、蒙脱石等21型矿物具有较强的固钾能力。2、影响钾固定的因素：粘粒矿物类型（蛭石拜来石伊利石蒙脱石）；土壤质地；土壤水分条件；土壤反应（羟基铝含量）,三、土壤中钾的固定和释放及其影响因素,钾的释放是指非交换性钾转化为交换性和水溶性钾

30、的过程。有如下特点：1、主要为非交换性钾转化为交换性和水溶性钾的过程 主要来自于固定态和黑云母中的钾。2、只有交换性钾减少时非交换性钾才能转化为交换性钾。3、土壤的释钾能力主要取决于非交换性钾的含量水平。4、干湿交替、冻融交替、灼烧等影响钾的释放。,（二）钾的释放及其影响因素,Ca主要存在于细胞壁果胶质的结构成分。Mg是叶绿素的必需成分。很多植物对钙的需要量大于镁，但真正缺钙的土壤却不多见，缺镁现象则比较容易发生（如：湿润多雨地带的砂质土，常常严重缺镁）。有两方面的原因：（1）土壤含有效钙量一般比有效镁量多好几倍。（2）酸性土壤通过施用石灰，钙的补充也比镁多得多。,四、土壤中的钙和镁,土壤中的

31、钙，一部分以角闪石、辉石、钙长石、磷灰石的形态存在，另一部分则以较简单的碳酸盐（方解石CaCO3及白云石CaCO3MgCO3)，硫酸盐（石膏CaSO42H2O）等形态存在。镁除了和钙共同存在于白云石、角闪石、辉石等矿物中外，还来自蛇纹石、橄榄石、绿泥石、黑云母、蛭石等矿物。土壤中镁含量一般在0.06-2.4g/kg。我国土壤华北、西北东北土壤中钙镁含量较高，一般可以满足作物需求。华南土壤中钙镁含量很低，可施用钙镁肥料加以补充。,第四节 土壤中的微量元素,图109 土壤中的微量元素循环,Fe Mn Cu Zn Mo B Cl 土壤和植物0.01%,一、土壤中微量元素的来源及转化（一）土壤微量元素

32、的来源与损失 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。因为不同元素间存在不同的亲、疏特性。硼、锰亲硅：Na(Mg,Fe)2Al6(BO3)Si6O18(OH)4电气石 MnSiO3含锰辉石 锌亲硫和铁:闪锌矿（ZnS）铜和钼亲硫和铁：黄铜矿（CuFeS2）、辉钼矿（MoS2）。上述矿物必须经风化作用才能释放出有效态的微量元素。此外，施用石灰、有机肥、粪肥等都会带相当数量微量元素进入土壤。,微量元素的输出：主要由植物吸收和收获物带走，淋洗和侵蚀导致它的损失。土壤植物系统中的微量元素和其它元素一样，不易保持平衡，处于动态变化之中。,（二）微量元素转化,二、土壤中微量元素的形态（

33、一）水溶态 存在于土壤溶液或可用水提取的微量元素离子或分子，含量一般在5mg/L以下，多数为离子形态，但由于有些微量元素化合物的离解度很小，也有相当数量呈分子态，例如H3BO3等。离子态与交换态呈动态平衡，一般按照离子交换规律相互转化。水溶态微量元素还可与有机无机配位替配合形成配位化合物。,（二）交换态 吸附于胶体表面而可为其它离子交换出来的微量元素。土壤中交换态微量元素含量，少的不足1mg/L，多的不过10mg/L。交换态阳离子除Fe3+、Fe2+、Mn2+、Zn2+、Cu2+外,还包括它们的水解离子,如Fe(OH)2+、Fe(OH)2+、Mn(OH)+、Zn(OH)+、Cu(OH)+等。交

34、换态钼和硼以HMoO4-、MoO42-、H4BO4-等形式存在，它们可以为其他阴离子所交换，粘粒矿物表面吸附的硼很易为水浸提。,（三）专性吸附态 在双电层内层通过共价键结合被吸附的微量元素，不能和另一种交换性离子发生交换，但比晶格中矿物态的易释放。层状硅酸盐、铁锰铝氧化物和有机物表面的羟基是主要专性吸附位置。Cu2+、Zn2+阳离子或如MoO42-、H4BO4-阴离子较易产生专性吸附。,（四）有机态 存在于动植物残体、微生物体、土壤腐殖物质中。当有机物分解时，较容易释出，因此有效性较高。,（五）铁、锰氧化物包被态 包裹在铁、锰氧化物中。如亲铁元素的钼常与铁同存，当铁从原生矿物中风化释放出来、形

35、成非晶形含水氧化铁，逐渐结晶时，钼便被包裹在氧化铁的结晶里。包裹态微量元素只有在包膜破坏后才得以释放，实际上近于矿物态。（六）矿物态 存在于固体矿物中称之为矿物态。土壤原生矿物、次生粘粒矿物和金属氧化物中含有一定数量的微量元素。这些矿物很难溶解，溶度积可低于10-50以下(如钼铁矿)。,三、土壤中微量元素有效性及其影响因素,1、pH：pFe=3pH-4.6+1pH-1000倍 Fe Mn Cu Zn:pH 升高，降低有效性 2、Eh：Eh降低，Fe Mn Cu 溶解度增加 3、OM.简单有机物络合,增加有效性；复杂有机物络合,降低有效性。4、质地：粘质土电荷高,吸附微量元素多,增加有效性 5、

36、耕作管理,第五节 土壤养分平衡及有效性,一、土壤中养分的动态平衡,二、土壤中养分向植物根的移动 1、截获：根与土壤表面的离子接触交换，称为截获。这 种方式获得的养分数量比例很小，如钾仅为4-6%。2、质流：由蒸腾作用引起的水分及有效养分向根表的移动 称为质流。NO3-、Cl-，在土壤中不易为土壤吸附，质流则是移动重要方式。3、扩散：依靠浓度差,养分由高浓度处向低浓度处移动。符合扩散方程。磷、钾一般以扩散输送为主。Dc=D1QF1 dc1/dcx 式中：D1溶液中的扩散系数；Q溶液所占的土壤体积（扩散截面；F1为阻抗因素（孔隙的弯曲和水的粘滞系数）；dc1/dcx为土体（c1）与根表（cx）养分

37、的浓度梯度。,三、土壤溶液中养分的补给 土壤养分在“土壤-溶液-植物”三者间可相互补充和转移，维持一定程度的平衡。其中，土壤溶液是植物营养的重要纽带，也是“瓶颈”。溶液中养分离子浓度的高低，直接影响作物养分的丰缺。,（一）养分的容量和强度指标 衡量植物养分有效性的指标有两类：一是养分的强度因素指标（指土壤溶液中养分离子的浓度）；二是养分的容量因素指标（指土壤有效养分的总量，即固相能补给土壤溶液养分的总贮量）。两者既有联系又相互补充。,1、土壤磷的缓冲容量：土壤磷的缓冲容量可通过等温吸附试验求得。其方法是：称取相同重量的土壤若干份，分别加入不同浓度的磷酸盐溶液，在恒定温度下震荡一定时间，使溶液与

38、土壤达到平衡。将土壤与溶液分离，测定平衡溶液中磷的浓度，计算出单位重量土壤对磷的吸附量（X），作平衡溶液中磷（C）的浓度与磷的吸附量间的关系曲线，即为磷的吸附等温线（见下图）。,为了能够真实反映土壤养分的有效性，提出了土壤养分缓冲容量的概念：即土壤固相维持溶液中养分强度的能力，通常以Q/I关系图表示,即当溶液中养分强度（I）改变一个单位,所引起的土壤固相吸附态养分的变化量（Q）。养分的缓冲容量广泛应用于土壤磷、钙、镁等营养元素有效性研究上，一般可通过等温吸附试验求得。,图中，任意一段曲线两点间连线的斜率（B=X/C）即为这一浓度范围内磷的缓冲容量。取微分即可得到某一特定浓度时的瞬间缓冲容量。由

39、图可见：（1）磷的缓冲容量是随C和X的变化而变化的。（2）土壤溶液中磷浓度与土壤吸附的磷量相等时，称平衡磷浓度。当溶液磷浓度高于平衡浓度时，磷被吸附；反之被解吸。（3）缓冲容量大的土壤，需施用较多的磷肥才能提高土壤溶液磷的浓度。（4）影响磷缓冲容量的因素主要是质地、粘粒含量及类型等。,2、土壤钾的缓冲容量（PBCK）土壤对钾的缓冲容量如图所示：PBCK=(K)/ARK（式中：K为土壤钾增加或减少的量；ARK为溶液中钾的活度比）,吸附曲线的上部为直线，其斜率(K)/ARK即为缓冲容量；下部曲线，表明土壤钾的降低比活度比的降低更快。在K=0时的ARK称为平衡活度比AReK，代表土壤的供钾强度。AR

40、K=0时的K，代表土壤交换钾。当ARK=0时，曲线截距与直线外推的截距间的差数（Kx），可看作为专性吸附的钾。,（1）PBCK的意义：它可反映土壤补充和吸收溶液中钾的 能力。PBCK高的土壤，钾的饱和度高，保持供钾能力 的时间长，反之，供钾能力有限。不同土壤相比时，只有在供钾强度（ARK）相等时才有实际意义。（2）PBCK不随胶体上钾的饱和度和溶液中钾的（浓度）活度比的改变而改变。即使由于施肥或其它原因，使K和ARK发生了变化，但曲线的斜率保持不变。即PBCK保持不变。（3）影响钾的缓冲容量的因素主要有：土壤粘粒含量、类型及表面性质。,1、养分位的概念 假定土壤胶体为若电解质，平衡溶液中的养分

41、离子是胶体电解质解离产生的。根据热力学原理，在常温常压下，土壤溶液中某一组分的化学位就是它的浓度的函数，其关系式为：,用化学位来衡量土壤养分的有效度，称为养分位。可用不同数学处理得出的各种养分的养分位。例如土壤中磷酸一钙化学位与养分位的关系式为：,磷酸一钙位,（二）养分的能量概念,2、结合能的概念 Marshall，C.E.（1964），根据化学反应的热力学原理，将土壤胶体看作若电解质，而把平衡溶液中的养分离子看作是胶体电解质解离产生的。提出了养分与土壤胶体平均结合自由能的（简称结合能）的概念，其计算公式为：G=RT ln（c/a）=RT ln（1/f）式中：f=a/c G可以反映某一交换性离

42、子的平均结合能。G越大，离子与胶体的吸附就越强，反之越弱。当a=c时，G等于零，胶体上吸附的离子全部解离。,本章小结,一、需掌握的名词 1.土壤养分 2.大量元素 3.微量元素 4.交换态钾 5.有效养分 6.氨化作用闭蓄态磷 7.硝化作用 8.反硝化作用 9.矿物钾 10.非交换性钾 11.交换性钾 12.水溶性钾 13.养分的强度指标 14.养分的容量指标 15.土壤养分的缓冲容量 16.养分位,二、思考题1、铵态氮和硝态氮在性质上有何区别?二者在土壤中的行 为有何异同?2、如何提高磷肥的利用率?应采取哪些具体措施?3、把N、P、K称为肥料三要素?其道理何在?4、施用NH+4-N 肥时为什么要强调深施覆土和集中施用?5、土壤养分向根表移动一般有那几个途径？,