6.氮磷肥料在土壤中的迁移转 化 61氮素在土壤中的迁移转化 62磷素在土壤中的迁移转化 ·6.3氮、磷肥料对环境的影响 7.固体废弃物对土壤环境的影 响 7.1固体废弃物的概念与分类 7.2固体废弃物对七壤环境的影响 7.3固体废弃物的处理与处置
• 6. 氮磷肥料在土壤中的迁移转 化 • 6.1 氮素在土壤中的迁移转化 • 6.2 磷素在土壤中的迁移转化 • 6.3 氮、磷肥料对环境的影响 • 7. 固体废弃物对土壤环境的影 响 • 7.1 固体废弃物的概念与分类 • 7.2 固体废弃物对土壤环境的影响 • 7.3 固体废弃物的处理与处置
6.1.1土壤氮素的来源 大气中存在大量的氮素来源(3.86×10%吨),每年回到地球表面 的大气氮总量为194吨,通过生物固定的氮为175吨,其中约一半 是豆科作物固氮的结果。这些作物具有能从大气固氮的根部细 菌——根瘤菌。固氮杄菌是根瘤菌属细菌,能独立存在,但是若 不与植物共生结合就不能固氮。 人类的活动使固氮量大大增加,现在估计约占全部固氮的30~40% 这些活动包括肥料的制造、燃料的燃烧、增加豆科植物的耕种等。 ·大气中发生的自然雷电现象,可以使氮、氧转化成氮氧化物,最 后随雨水带入土中,成为土壤中氮的经常来源之一 人为源主要来自化肥及有机肥(包括粪肥、堆肥、绿肥等)的施 用。死亡的动植物的生物降解产物也是有机氮的主要来源
• 6.1.1 土壤氮素的来源 • 大气中存在大量的氮素来源（3.86×109吨），每年回到地球表面 的大气氮总量为194吨，通过生物固定的氮为175吨，其中约一半 是豆科作物固氮的结果。这些作物具有能从大气固氮的根部细 菌——根瘤菌。固氮杆菌是根瘤菌属细菌，能独立存在，但是若 不与植物共生结合就不能固氮。 • 人类的活动使固氮量大大增加，现在估计约占全部固氮的30~40%。 这些活动包括肥料的制造、燃料的燃烧、增加豆科植物的耕种等。 • 大气中发生的自然雷电现象，可以使氮、氧转化成氮氧化物，最 后随雨水带入土中，成为土壤中氮的经常来源之一。 • 人为源主要来自化肥及有机肥（包括粪肥、堆肥、绿肥等）的施 用。死亡的动植物的生物降解产物也是有机氮的主要来源
·6.1.2土壤中氮的形态 表层土的氮大部分是有机氮,约占总氮的90%以上。尽管某些植 物也能直接利用氨基酸,但植物摄取氮几乎都是无机氮,说明氮 绝大多数是以有机氮贮存而以无机氮被植物吸收。 ·6.1.2.1无机氮 土壤中无机氮主要是铵态氮(NH+)和硝态氮(NO3),是植物 摄取的主要形态。 铵态氮是由土壤有机质通过微生物的铵化作用而生成,能被带负电荷 的土壤胶体所吸附,成为交换性离子,也不易流失,在水田中比较稳 定而有可能积累。 硝态氮能直接被植物吸收,由于是阴离孑,不能被土壤吸附而易流失。 亚硝态氮、N2O、NO、NO2等在土壤中停留时间短,只是在特殊条件 下作为微生物转化氮的中间物而存在,如硝化、反硝化过程及硝酸盐 还原。 一还有一些量不大且化学上不稳定仅以过渡态存在,如NH2OH
• 6.1.2 土壤中氮的形态 • 表层土的氮大部分是有机氮，约占总氮的90%以上。尽管某些植 物也能直接利用氨基酸，但植物摄取氮几乎都是无机氮，说明氮 绝大多数是以有机氮贮存而以无机氮被植物吸收。 • 6.1.2.1 无机氮 • 土壤中无机氮主要是铵态氮（NH4 +）和硝态氮（NO3 -），是植物 摄取的主要形态。 – 铵态氮是由土壤有机质通过微生物的铵化作用而生成，能被带负电荷 的土壤胶体所吸附，成为交换性离子，也不易流失，在水田中比较稳 定而有可能积累。 – 硝态氮能直接被植物吸收，由于是阴离子，不能被土壤吸附而易流失。 – 亚硝态氮、N2O、NO、NO2等在土壤中停留时间短，只是在特殊条件 下作为微生物转化氮的中间物而存在，如硝化、反硝化过程及硝酸盐 还原。 – 还有一些量不大且化学上不稳定仅以过渡态存在，如NH2OH
·61.22有机氮 土壤中的有机态氮可按其溶解度大小及水解难易分为三类 水溶性有机态氮主要是一些较简单的游离氨基酸、胺盐及酰胺类化合物 般不超过全氮量的5%,这类有机氮化合物不能直接被植物吸收,但很容 易水解放出NH4+,从而成为植物的速效性氮源。 水解性有机态氮用酸、碱或酶处理时,能水解成为简单的易溶性化合物或 直接生成铵化合物的有机态氮属于此类化合物。水溶性有机态氮也包括在 本类,其总量约占总氮量的50~70% 若按化学组成分类,蛋白质及多肽类是土壤氮素的最主要形态,一般占总氮的 1乃3到1/。水解后主要生成多种氨基酸及数量不等的游离氨基,在植物营养上的 有效性相当大。 ·其次是核蛋白类,一般认为核酸态氮是土壤氮素的主要形态之一,水解后生成核 糖(戊糖)、磷酸及含氮的有机碱基衍生物,化学性质比氨基酸稳定得多,因此 作为植物营养的氮源,与蛋白质和多肽类相比属于比较迟效性的。这种形态的氮 般只占总氮的10%以下。 ·另外是氨基糖,主要为葡萄糖胺,在土壤微生物的作用下,可进一步分解而产生 铵。此类化合物约占总氮量的5~10%左右。 非水解性有机态氮这种形态的氮既非水溶也不能用一般的酸碱处理来促使 其水解,主要包括杂环氮化合物、糖类和铵类的缩合物以及铵或蛋白质和 木素类物质作用而成的复杂环状结构物质。这类化合物占土壤总氮量的 30~50%左右
• 6.1.2.2 有机氮 • 土壤中的有机态氮可按其溶解度大小及水解难易分为三类。 – 水溶性有机态氮 主要是一些较简单的游离氨基酸、胺盐及酰胺类化合物， 一般不超过全氮量的5%，这类有机氮化合物不能直接被植物吸收，但很容 易水解放出NH4 + ，从而成为植物的速效性氮源。 – 水解性有机态氮 用酸、碱或酶处理时，能水解成为简单的易溶性化合物或 直接生成铵化合物的有机态氮属于此类化合物。水溶性有机态氮也包括在 本类，其总量约占总氮量的50~70%。 • 若按化学组成分类，蛋白质及多肽类是土壤氮素的最主要形态，一般占总氮的 1/3到1/2。水解后主要生成多种氨基酸及数量不等的游离氨基，在植物营养上的 有效性相当大。 • 其次是核蛋白类，一般认为核酸态氮是土壤氮素的主要形态之一，水解后生成核 糖（戊糖）、磷酸及含氮的有机碱基衍生物，化学性质比氨基酸稳定得多，因此 作为植物营养的氮源，与蛋白质和多肽类相比属于比较迟效性的。这种形态的氮 一般只占总氮的10%以下。 • 另外是氨基糖，主要为葡萄糖胺，在土壤微生物的作用下，可进一步分解而产生 铵。此类化合物约占总氮量的5~10%左右。 – 非水解性有机态氮 这种形态的氮既非水溶也不能用一般的酸碱处理来促使 其水解，主要包括杂环氮化合物、糖类和铵类的缩合物以及铵或蛋白质和 木素类物质作用而成的复杂环状结构物质。这类化合物占土壤总氮量的 30~50%左右
土壤中有机态氮和无机态氮之间可以转化。土壤中的有效氮通过微生物 的吸收同化,把无机态氮转化为有机态氮,从而可以避免淋失,起到保 肥作用。相反地,有机态氮转化为无机态氮的过程称为矿化过程,提供 植物所需的氮素。这两种过程都是通过微生物作用进行的,其平衡结果 决定了土壤有效氮的供给量。 61.3氮素的流失 我国目前氮肥品种主要是碳酸氢铵(碳铵)和尿素,另外还有少量硫铵 氯化铵等。旱地土壤上,化学肥料施入土壤后,氮损失33.3~73.6%;水 田土壤损失357~62.0%。不同的氮肥损失量也各不相同。一般的流失途 径包括以下几种:通过挥发损失约20%左右、淋溶损失10%左右,反硝 化脱氮损失15%左右,地表径流、冲刷和随水流失15%左右,总损失量 达60%左右 全世界有1200~1500万吨氮素通过硝化作用损失,反硝化作用损失同样 数量的氮素。氮素损失量等于世界上全部氮肥的一半,价值60多亿美元 根据IFAC(国际农业生产联盟)和IRRI(国际稻米研究所)的测定,三 袋尿素施用于水稻田,损失两袋,仅有一袋被作物利用
• 土壤中有机态氮和无机态氮之间可以转化。土壤中的有效氮通过微生物 的吸收同化，把无机态氮转化为有机态氮，从而可以避免淋失，起到保 肥作用。相反地，有机态氮转化为无机态氮的过程称为矿化过程，提供 植物所需的氮素。这两种过程都是通过微生物作用进行的，其平衡结果 决定了土壤有效氮的供给量。 • 6.1.3 氮素的流失 • 我国目前氮肥品种主要是碳酸氢铵（碳铵）和尿素，另外还有少量硫铵、 氯化铵等。旱地土壤上，化学肥料施入土壤后，氮损失33.3~73.6%；水 田土壤损失35.7~62.0%。不同的氮肥损失量也各不相同。一般的流失途 径包括以下几种：通过挥发损失约20%左右、淋溶损失10%左右，反硝 化脱氮损失15%左右，地表径流、冲刷和随水流失15%左右，总损失量 达60%左右。 • 全世界有1200~1500万吨氮素通过硝化作用损失，反硝化作用损失同样 数量的氮素。氮素损失量等于世界上全部氮肥的一半，价值60多亿美元， 根据IFAC（国际农业生产联盟）和IRRI（国际稻米研究所）的测定，三 袋尿素施用于水稻田，损失两袋，仅有一袋被作物利用
61.3.1挥发损失 在pH大于7的石灰性土壤上,氮肥作表施,氨的挥发非常迅速。在旱地 土壤20℃下,碳铵一天挥发损失达16%,20天达到50-64.5%,硫铵也达 到51%,尿素与碳铵接近或略低,大约为50%左右。在石灰性水稻田中 硫铵作表施时,氮素损失高达41.5~51.2%6,作基肥混施时也达到 503~544%。氨挥发后进入大气,除少部分被绿色植物吸收外,其余随 风飘起,其主要部分被大气中的尘埃吸附,以干湿沉降物的形式重新回 到地面,其中很大一部分将进入地表水中,增加了水体额外的氮负荷。 6.1.3.2淋溶损失 ·各种铵态氮肥和尿素进入土壤后,只要20天就可完全被硝化转化为硝酸 盐(NO3),硝酸根不能被土壤吸附,存在于土壤溶液中,易被灌溉水 和雨水淋溶至还原层。我国各地气候比较复杂,土壤性质各异,淋失量 差别很大。在干旱和半干旱地区,只有降雨量大于150mm的月份和灌溉 水定额使水下渗超过30cm的土层时,质地轻的土壤才会发生硝态氮淋失。 各地试验结果表明,氮肥淋失量为8.5~28.7%。结果将污染地下水源和 部分地面水
• 6.1.3.1 挥发损失 • 在pH大于7的石灰性土壤上，氮肥作表施，氨的挥发非常迅速。在旱地 土壤20℃下，碳铵一天挥发损失达16%，20天达到50~64.5%，硫铵也达 到51%，尿素与碳铵接近或略低，大约为50%左右。在石灰性水稻田中， 硫铵作表施时，氮素损失高达41.5~51.2%，作基肥混施时也达到 50.3~54.4%。氨挥发后进入大气，除少部分被绿色植物吸收外，其余随 风飘起，其主要部分被大气中的尘埃吸附，以干湿沉降物的形式重新回 到地面，其中很大一部分将进入地表水中，增加了水体额外的氮负荷。 • 6.1.3.2 淋溶损失 • 各种铵态氮肥和尿素进入土壤后，只要20天就可完全被硝化转化为硝酸 盐（NO3 -），硝酸根不能被土壤吸附，存在于土壤溶液中，易被灌溉水 和雨水淋溶至还原层。我国各地气候比较复杂，土壤性质各异，淋失量 差别很大。在干旱和半干旱地区，只有降雨量大于150mm的月份和灌溉 水定额使水下渗超过30cm的土层时，质地轻的土壤才会发生硝态氮淋失。 各地试验结果表明，氮肥淋失量为8.5~28.7%。结果将污染地下水源和 部分地面水
·61.3.3反硝化脱氮损失 反硝化脱氮作用主要发生在稻田地区。日本脱氮损失30~50%,印度 20~30%,中国1540%。江苏试验结果,水稻田氮损失0~66.1%,平均 16.5~39.4%。脱氮强度与土壤pH值、有机质含量、施肥方式、氮磷混 合、农业措施等因素有关。 61.3.4随水流失 ·稻田施用氮素化肥后24小时内排水,损失氮10~20%,尿素大于碳铵, 因为尿素要经过2~3天水解后方转化为铵而被水稻吸收或被土壤胶体吸 附。在有串灌习惯的地区尤为突出。 61.3.5地表径流和冲刷 指水土流失,不仅土壤中的化肥,连同土壤本身也被剥蚀。在严重的 地区,化肥的损失可达100%
• 6.1.3.3 反硝化脱氮损失 • 反硝化脱氮作用主要发生在稻田地区。日本脱氮损失30~50%，印度 20~30%，中国15~40%。江苏试验结果，水稻田氮损失0~66.1%，平均 16.5~39.4%。脱氮强度与土壤pH值、有机质含量、施肥方式、氮磷混 合、农业措施等因素有关。 • 6.1.3.4 随水流失 • 稻田施用氮素化肥后24小时内排水，损失氮10~20%，尿素大于碳铵， 因为尿素要经过2~3天水解后方转化为铵而被水稻吸收或被土壤胶体吸 附。在有串灌习惯的地区尤为突出。 • 6.1.3.5 地表径流和冲刷 • 指水土流失，不仅土壤中的化肥，连同土壤本身也被剥蚀。在严重的 地区，化肥的损失可达100%
6.1.4氮污染 氮是蛋白质及其他生命物质的基本组分,植物在富氮的土壤中生长,不 仅能获得较高的产量,而且往往富含蛋白质。但是,植物能从土壤中吸 附过量的硝态氮,特别是在干旱条件下施肥过量的土壤中。含过量硝酸 盐的植物用作动物的青饲料时,会使人类受害 ·在一些农业地区,硝酸盐污染已经成为地表水及地下水的主要问题。与 肥料的污染有关,牧场也是硝酸盐污染的一个主要来源。畜牧群的发展 和密度增加所引起的问题更加严重,即使人口少,污染水平仍然很高 在这种地区的河流及水库的污染水平与人口密集及工业区的污染水平相 当。反刍类动物对硝酸盐毒害特别敏感,原因是反刍类动物的胃液是一 种还原介质,含有能使NO3还原成有毒的NO2的细菌 在厌氧条件下,从牧场废物降解产生的氮多数以NH4+形式存在,NH4与 土壤的结合很强,只有小部分是以非交换的NH4+被固定在黏土矿物的晶 格内。NO与土壤的结合较弱,易被水冲走,因此土壤的类型、湿度及 有机物含量都能影响NH3及NO3的产生、变化及分布
• 6.1.4 氮污染 • 氮是蛋白质及其他生命物质的基本组分，植物在富氮的土壤中生长，不 仅能获得较高的产量，而且往往富含蛋白质。但是，植物能从土壤中吸 附过量的硝态氮，特别是在干旱条件下施肥过量的土壤中。含过量硝酸 盐的植物用作动物的青饲料时，会使人类受害。 • 在一些农业地区，硝酸盐污染已经成为地表水及地下水的主要问题。与 肥料的污染有关，牧场也是硝酸盐污染的一个主要来源。畜牧群的发展 和密度增加所引起的问题更加严重，即使人口少，污染水平仍然很高。 在这种地区的河流及水库的污染水平与人口密集及工业区的污染水平相 当。反刍类动物对硝酸盐毒害特别敏感，原因是反刍类动物的胃液是一 种还原介质，含有能使NO3 -还原成有毒的NO2 -的细菌。 • 在厌氧条件下，从牧场废物降解产生的氮多数以NH4 +形式存在，NH4 +与 土壤的结合很强，只有小部分是以非交换的NH4 +被固定在黏土矿物的晶 格内。NO3 -与土壤的结合较弱，易被水冲走，因此土壤的类型、湿度及 有机物含量都能影响NH3及NO3 -的产生、变化及分布
62.1土壤磷素的来源 磷的天然源主要来自岩石的风化作用,许多岩石中所含的磷通常 以PO43形态结合至矿物结构中。当岩石发生风化的时候,这些磷 酸盐大量被溶解,变成可被植物利用。发育于不同母岩的土壤其 含磷量也会有明显差异。人为源主要是磷矿废水及施用磷肥。我 国磷肥总产量约300万吨P2O3,其中过磷酸钙和钙镁磷肥占总磷肥 量的98.02%。自然界磷参与沉积循环 622土壤中磷的形态 ·622.1无机态磷 ·土壤中的无杋态磷几乎全部是正磷酸盐,根据其结合的主要阳离 子的性质不同,可把土壤通常存在的磷酸盐化合物分为四个类型:
• 6.2.1 土壤磷素的来源 • 磷的天然源主要来自岩石的风化作用，许多岩石中所含的磷通常 以PO4 3-形态结合至矿物结构中。当岩石发生风化的时候，这些磷 酸盐大量被溶解，变成可被植物利用。发育于不同母岩的土壤其 含磷量也会有明显差异。人为源主要是磷矿废水及施用磷肥。我 国磷肥总产量约300万吨P2O5，其中过磷酸钙和钙镁磷肥占总磷肥 量的98.02%。自然界磷参与沉积循环。 • 6.2.2 土壤中磷的形态 • 6.2.2.1 无机态磷 • 土壤中的无机态磷几乎全部是正磷酸盐，根据其结合的主要阳离 子的性质不同，可把土壤通常存在的磷酸盐化合物分为四个类型：
(1)磷酸钙(镁)化合物(以Ca-P表示) 土壤中磷酸根可以和钙、镁离子按不同比例形成一系列不同溶解度的磷 酸钙、镁盐类,钙盐溶解度小于镁盐而数量远远大于镁盐,是石灰性或 钙质土壤中磷酸盐的主要形态。钙盐化合物中以磷灰石类溶解度最小 常见的有氟磷灰石Cas(PO4F、羟基磷灰石Cas(PO4)3OH等。共同特点是 CaP为5乃3,溶解度极小,对植物营养无效。土壤存在的磷灰石很多是从 母岩转化而来。 施用化学磷肥也可在土壤中形成一系列磷酸钙类化合物,如施用过磷酸 钙肥料,其主要有效成分磷酸一钙可与石灰性土壤中的钙质成分作用依 次转化为磷酸二钙Ca2HPO、磷酸八钙CasH2(PO4)和磷酸十钙 Ca1o(PO)6(OH)2等。随着CaP比的增加,这些化合物在土壤中稳定性增 加,溶解度迅速下降。 ·(2)磷酸铁和磷酸铝类化合物(分别以Fe-P和A-P表示) ·在酸性土壤中,无机磷大部分和土壤中的铁、铝化合物形成各种形态的 磷酸铁和磷酸铝类化合物,如粉红磷铁矿Fe(OH2H2PO4、磷铝石 Al(OH2H2PO4,溶解度极小。在水稻田土壤和其它沼泽型积水土壤中还 有蓝铁矿Fe3PO4)28H2O
• （1）磷酸钙（镁）化合物（以Ca-P表示） • 土壤中磷酸根可以和钙、镁离子按不同比例形成一系列不同溶解度的磷 酸钙、镁盐类，钙盐溶解度小于镁盐而数量远远大于镁盐，是石灰性或 钙质土壤中磷酸盐的主要形态。钙盐化合物中以磷灰石类溶解度最小， 常见的有氟磷灰石Ca5 (PO4 )3F、羟基磷灰石Ca5 (PO4 )3OH等。共同特点是 Ca/P为5/3，溶解度极小，对植物营养无效。土壤存在的磷灰石很多是从 母岩转化而来。 • 施用化学磷肥也可在土壤中形成一系列磷酸钙类化合物，如施用过磷酸 钙肥料，其主要有效成分磷酸一钙可与石灰性土壤中的钙质成分作用依 次 转 化 为 磷 酸 二 钙 Ca2HPO4 、 磷 酸 八 钙 Ca8H2 (PO4 )6 和 磷 酸 十 钙 Ca10(PO4 )6 (OH)2等。随着Ca/P比的增加，这些化合物在土壤中稳定性增 加，溶解度迅速下降。 • （2）磷酸铁和磷酸铝类化合物（分别以Fe-P和Al-P表示） • 在酸性土壤中，无机磷大部分和土壤中的铁、铝化合物形成各种形态的 磷酸铁和磷酸铝类化合物，如粉红磷铁矿Fe(OH)2H2PO4、磷铝石 Al(OH)2H2PO4，溶解度极小。在水稻田土壤和其它沼泽型积水土壤中还 有蓝铁矿Fe3 (PO4 )2·8H2O