第9章土壤养分循环 ◆I.土壤氮素循环 ◆江土壤磷素循环 ◆Ⅲ土壤钾素循环 ◆Ⅳv.士壤钙镁硫 ◆V土壤微量元素 ◆Ⅵ土壤养分平衡与有效性评价 土壤氮素循环 ◆一、陆地及土壤生态系统中氮素循环 二、土壤氮素的获得与作用 ◆土壤氮素的获得 ◆土壤氮素的作用 ◆构成植物体内蛋白质的组成分,而蛋白质是构成生命物质的主要成 分 ◆构成植物体内核酸的组成分,而核酸是合成蛋白质和决定生物遗传性 的物质基础 ◆构成植物体内酶的组成分,而醃影响着植物体内各种代谢过程。 ◆构成植物体内叶绿素的组成分,而叶绿素是植物光合作用的场所
第9章 土壤养分循环 Ⅰ.土壤氮素循环 Ⅱ.土壤磷素循环 Ⅲ.土壤钾素循环 Ⅳ.土壤钙镁硫 Ⅴ.土壤微量元素 Ⅵ.土壤养分平衡与有效性评价 Ⅰ.土壤氮素循环 一、陆地及土壤生态系统中氮素循环 二、土壤氮素的获得与作用 土壤氮素的获得 土壤氮素的作用 构成植物体内蛋白质的组成分，而蛋白质是构成生命物质的主要成 分。 构成植物体内核酸的组成分，而核酸是合成蛋白质和决定生物遗传性 的物质基础。 构成植物体内酶的组成分，而酶影响着植物体内各种代谢过程。 构成植物体内叶绿素的组成分，而叶绿素是植物光合作用的场所
◆构成植物体内维生素的组成分,而维生素是辅酶的成分,且参与植物 的代谢过程 三、土壤氮素的形态与化 ◆土壤氮素的形态 ◆士壤氮素的转化 ◆有机氮的矿化及其影响因素 ◆有机氮的矿化作用主要是在氨化细菌作用下进行,故影响氨化细菌活 性的因素也必然影响有机氮的矿化作用,主要影响因素有: ◆土壤温度:氨化细菌适宜的温度为20-35°c ◆土壤pH:中性环境氨化细菌活动最旺盛 ◆土壤通气状况:良好的通气条件矿化作用速度最快且分解较彻底 ◆土壤含水量:最适宜的士壤含水量为出间持水量的60% 土壤铵的硝化作用及其影响因素 ◆铵的硝化作用主要是在亚硝化和硝化细菌作用下进行,故影响亚硝化 和硝化细菌活性的因素也必然影响有铵的硝化侑用,主要影响因素 有 ◆土壤温度:硝化细菌适宜的温度为30-35℃ ◆土壤pH:微酸性和中性环境硝化细菌活动最旺盛
构成植物体内维生素的组成分，而维生素是辅酶的成分，且参与植物 的代谢过程。 三、土壤氮素的形态与转化 土壤氮素的形态 土壤氮素的转化 有机氮的矿化及其影响因素 有机氮的矿化作用主要是在氨化细菌作用下进行，故影响氨化细菌活 性的因素也必然影响有机氮的矿化作用，主要影响因素有： 土壤温度：氨化细菌适宜的温度为20-35℃ 土壤pH：中性环境氨化细菌活动最旺盛 土壤通气状况：良好的通气条件矿化作用速度最快且分解较彻底 土壤含水量：最适宜的土壤含水量为田间持水量的60% 土壤铵的硝化作用及其影响因素 铵的硝化作用主要是在亚硝化和硝化细菌作用下进行，故影响亚硝化 和硝化细菌活性的因素也必然影响有铵的硝化作用，主要影响因素 有： 土壤温度：硝化细菌适宜的温度为30-35℃。 土壤pH：微酸性和中性环境硝化细菌活动最旺盛
◆上壤通气状况:亚硝化和硝化细菌均为好气微生物,但硝化细菌对通 气条件要求高于亚硝化细菌,故铵的硝化作用必须以良好的通气条件 为前提,-般要求土壤空气含氧量>5%,Eh>400my ◆其它:Cu、Mo等微量元存在可促进硝化酶活性而有助于于硝化作 用,大量施用氨态氮导致土壤中氨大量积累时会抑制硝化细菌的活 性 ◆氮的固定作用 ◆无机氨的生物固定矿化作用生成的铵态氨、硝态氮和某些简单氨基 态氮,通过微生物和植物的吸收同化,形成新的有机态氮而构成生物 有机体组成部分的过程。从氮素循环来看,该过程有利于土壤氮素的 保存和周转。 ◆铵离子的矿物固定—离子直径与2:型粘土矿物晶架表面孔穴大小接 近的铵离子陷入晶架表面的孔穴内,暂时失去其生物有效性而转变为 固定铵的过程。该固定作用主要发生于以:型粘士矿物为主的士壤 中 ◆四、土壤氮素的损失 ◆士壤氮素的损失 ◆淋洗损失
土壤通气状况：亚硝化和硝化细菌均为好气微生物，但硝化细菌对通 气条件要求高于亚硝化细菌，故铵的硝化作用必须以良好的通气条件 为前提，一般要求土壤空气含氧量＞5%，Eh＞400mv。 其它：Cu、Mo等微量元素存在可促进硝化酶活性而有助于于硝化作 用，大量施用氨态氮导致土壤中氨大量积累时会抑制硝化细菌的活 性。 氮的固定作用 无机氮的生物固定—矿化作用生成的铵态氮、硝态氮和某些简单氨基 态氮，通过微生物和植物的吸收同化，形成新的有机态氮而构成生物 有机体组成部分的过程。从氮素循环来看，该过程有利于土壤氮素的 保存和周转。 铵离子的矿物固定—离子直径与2:1型粘土矿物晶架表面孔穴大小接 近的铵离子陷入晶架表面的孔穴内，暂时失去其生物有效性而转变为 固定铵的过程。该固定作用主要发生于以2:1型粘土矿物为主的土壤 中。 四、土壤氮素的损失 土壤氮素的损失 淋洗损失
◆主要是硝态氮的淋失,是引起水体富营养化的主要原因之一。 ◆气体损失 ◆反硝化作用(生物脱氮) ◆嫌氧条件下,硝态氮在反硝化细菌作用下发生一系列生化还原作用而 形成气态氮(NO、N2O和N2)的过程 ◆反硝化作用实质上是硝化作用的逆过程,必须以严格的嫌气条件为前 提,其影响因素主要有: ◆通气条件土壤含水量超过田间持水量的60%,Eh<320-350mV,即 可产生反硝化作用,当土壤空气氧浓度<03%时,土壤整体被反化 作用所控制。 ◆pH-最适宜的pH为70-82 ◆温度在10-75℃之间,反硝化作用随温度的升高而增强 ◆其它一反硝化作用需要有一定的能源,缺少有机质(<1%)的土壤 中反硝化作用通常因缺少能源而受到抑制。 ◆氨挥发(化学脱氮) ◆在碱性土壤中,NH转变为NH而挥发损失 ◆在氨态氨和亚硝态氮同时并存的土壤中,NHNO2发生双分解作用形 成N而损失。该反应要求较酸的条件(pH5.565)、较高的温度和较
主要是硝态氮的淋失，是引起水体富营养化的主要原因之一。 气体损失 反硝化作用（生物脱氮） 嫌氧条件下，硝态氮在反硝化细菌作用下发生一系列生化还原作用而 形成气态氮（NO、N2O和N2 ） 的过程。 反硝化作用实质上是硝化作用的逆过程，必须以严格的嫌气条件为前 提，其影响因素主要有： 通气条件—土壤含水量超过田间持水量的60%，Eh＜320-350mv，即 可产生反硝化作用，当土壤空气氧浓度＜0.3%时，土壤整体被反硝化 作用所控制。 pH—最适宜的pH为7.0-8.2 温度—在10-75℃之间，反硝化作用随温度的升高而增强 其它—反硝化作用需要有一定的能源，缺少有机质（＜1%）的土壤 中反硝化作用通常因缺少能源而受到抑制。 氨挥发（化学脱氮） 在碱性土壤中，NH4 +转变为NH3而挥发损失 在氨态氮和亚硝态氮同时并存的土壤中，NH4NO2发生双分解作用形 成N2而损失。该反应要求较酸的条件（pH5.5-6.5）、较高的温度和较
干燥的土壤环境,故在-般士壞中很少发生 ◆在酸性土壤中HNO2壤自动分解产生NO ◆五、士壤氮素的调控 ◆土壤氨素的矿化和硝化作用是土壤氮素的有效化过程,反硝化作用和 化学脱氨是土壞氮素的涢失过程,而氮素的生物同化和粘士矿物的固 定作用则是氨素的难效或迟效化过程 ◆土壤氮素调控的目标是通过人为眢种啁周控措施(如耕作、施肥、灌溉 等),最大限度地减少氮素的损失,减少氨素的固定,科学合理地调 控氮素的有效化,以满足作物正常生长发育的需要。 ◆调控土壤氮素有效化速率及氮素的固定 ◆利用土壤酸度调节、水分状况调节(科学灌排)以及适时中耕等措施, 调节土壤中氨化硝化等细菌的活性,从而调控土壤氮素矿化和硝化 作用的速率或强度。 ◆以2:1型粘土矿物为主的土壤应尽可能避兔频繁的干湿交替尤其是在 施用氮肥以后),从而减少铵的粘士矿物固定作用。 ◆合理施用氨肥,减少氮素的损失 ◆施用氮肥是调节土壤氮素状况的重要措施,合理施用氮肥应注意以下 几点:
干燥的土壤环境，故在一般土壤中很少发生。 在酸性土壤中HNO2壤自动分解产生NO。 五、土壤氮素的调控 土壤氮素的矿化和硝化作用是土壤氮素的有效化过程，反硝化作用和 化学脱氮是土壤氮素的损失过程，而氮素的生物同化和粘土矿物的固 定作用则是氮素的难效或迟效化过程。 土壤氮素调控的目标是通过人为各种调控措施（如耕作、施肥、灌溉 等），最大限度地减少氮素的损失，减少氮素的固定，科学合理地调 控氮素的有效化，以满足作物正常生长发育的需要。 调控土壤氮素有效化速率及氮素的固定 利用土壤酸度调节、水分状况调节（科学灌排）以及适时中耕等措施， 调节土壤中氨化、硝化等细菌的活性，从而调控土壤氮素矿化和硝化 作用的速率或强度。 以2:1型粘土矿物为主的土壤应尽可能避免频繁的干湿交替（尤其是在 施用氮肥以后），从而减少铵的粘土矿物固定作用。 合理施用氮肥，减少氮素的损失 施用氮肥是调节土壤氮素状况的重要措施，合理施用氮肥应注意以下 几点：
◆在施肥数量上,提倡因士科学配方施肥,避免过量施肥导致烧茁、徒 长及水体污染,以提高氮肥的利用率。 ◆在化肥种类上,避免水田施用硝态氮肥,以减少氮素的损失。 ◆在施肥技术上,砂质土施用颤肥应提倡少量多次,水田土壤施用氮肥 应提倡氨态氮深施,同时避免不必要的、频繁的干湿交替,以减少氮 素的反硝化作用。 ◆施用有机肥应注意CN比 ◆有机肥的CN比最好应低于2530:1,尤其是氨素缺乏的土壤,否则会 导致微生物与作物争夺士壤中有限的素而引起作物更严重的缺氮 l.土壤磷素循环 ◆一、土壤磷素的形态 二、土壤磷素的循环及作用 ◆士壤磷素的循环 ◆土壤磷素的作用 ◆植物体内重要化合物(如核酸、核苷酸等)的组成元素 ◆加强光合作用和碳水化合物的合成与运输 ◆促进氮素代谢 提高农作物的抗寒、抗病和抗旱能力
在施肥数量上，提倡因土科学配方施肥，避免过量施肥导致烧苗、徒 长及水体污染，以提高氮肥的利用率。 在化肥种类上，避免水田施用硝态氮肥，以减少氮素的损失。 在施肥技术上，砂质土施用氮肥应提倡少量多次，水田土壤施用氮肥 应提倡氨态氮深施，同时避免不必要的、频繁的干湿交替，以减少氮 素的反硝化作用。 施用有机肥应注意C/N比 有机肥的C/N比最好应低于25-30:1，尤其是氮素缺乏的土壤，否则会 导致微生物与作物争夺土壤中有限的氮素而引起作物更严重的缺氮。 Ⅱ.土壤磷素循环 一、土壤磷素的形态 二、土壤磷素的循环及作用 土壤磷素的循环 土壤磷素的作用 植物体内重要化合物（如核酸、核苷酸等）的组成元素 加强光合作用和碳水化合物的合成与运输 促进氮素代谢 提高农作物的抗寒、抗病和抗旱能力
◆三、土壤磷素的形态转化(固定作用) ◆土壤磷的固定作用 ◆土壤中的水溶性或速效态磷转变为不溶性或缓(难)态磷过程 ◆土壤磷固定作用的机制 ◆化学沉淀 ◆表面反应(专性吸附) ◆闭蓄作用 ◆粉红磷铁矿当遇到土壤局部pH升高时,发生闭蓄作用。 ◆生物固定 ◆士壤水溶性无机磷因植物和微生物的吸收而转化为难效或缓效的有 机磷 ◆四、土壤磷素有效性及其调控 ◆士壤磷有效性及其影响因素 ◆士壤中的有效磷 ◆土壤中的有效磷包括(1)溶液中的磷酸根离子,(2)较易分解鮪有 机磷和(3)一些易溶性的无机磷化合物(如磷酸二钙和磷酸三钙等) 和交换性吸附态磷。 ◆影响土壤磷有效性的因素
三、土壤磷素的形态转化（固定作用） 土壤磷的固定作用 土壤中的水溶性或速效态磷转变为不溶性或缓（难）态磷过程 土壤磷固定作用的机制 化学沉淀 表面反应（专性吸附） 闭蓄作用 粉红磷铁矿当遇到土壤局部pH升高时，发生闭蓄作用。 生物固定 土壤水溶性无机磷因植物和微生物的吸收而转化为难效或缓效的有 机磷。 四、土壤磷素有效性及其调控 土壤磷有效性及其影响因素 土壤中的有效磷 土壤中的有效磷包括（1）溶液中的磷酸根离子，（2）较易分解的有 机磷和（3）一些易溶性的无机磷化合物（如磷酸二钙和磷酸三钙等） 和交换性吸附态磷。 影响土壤磷有效性的因素
◆全磷量—士壤磷有效性与全磷量呈正相关 ◆土壤胶体和质地土壤质地愈粘,SiO2/R2O比值愈低,1:1型粘土矿 物愈多,土壤磷固定作用愈强,磷素的有效性也愈低 ◆中性条件下(pH6.0-70),土壤磷固定作用最弱,磷素有效性最高 ◆土壤有机质土壤有机质含量高,磷固定作用较弱,有效性高 ◆土壤有机质含量高,不仅全磷量高,且有机磷易于分解释择放。 ◆腐殖质以胶膜形态包被在粘土矿物表面,减少磷酸裉与矿质成分直接 接触,防止矿质成分对磷的化学固定作用。 ◆有机酸对AP、Fe、Ca2离子的络合作用,降低土壤溶液中AP、Fe、 Ca2离子的浓度,减少磷的化学沉淀固定作用 ◆土壤氧化还原电位一Eh值低,壤磷固定作用弱,有效性高。其原因: ◆h值下降,土壤pH趋亍中性,土壤固磷作用减弱,磷酸盐的溶解度 也提高。 ◆Eh值下降,土壤中的Fe被还原为Fe,磷酸高铁被还原成溶解度较 高的磷酽亚铁,此外,土壤中闭蓄态磷在还原条件下也可能因氧保鉄 胶膜的还原而释放。 ◆Eh值下降,通气性差,有机质分解产生大量的有机酸,对士壤AF
全磷量—土壤磷有效性与全磷量呈正相关 土壤胶体和质地—土壤质地愈粘，SiO2 /R2O3比值愈低，1:1型粘土矿 物愈多，土壤磷固定作用愈强，磷素的有效性也愈低。 pH 中性条件下（pH 6.0-7.0)，土壤磷固定作用最弱，磷素有效性最高。 土壤有机质—土壤有机质含量高，磷固定作用较弱，有效性高。 土壤有机质含量高，不仅全磷量高，且有机磷易于分解释放。 腐殖质以胶膜形态包被在粘土矿物表面，减少磷酸根与矿质成分直接 接触，防止矿质成分对磷的化学固定作用。 有机酸对Al3+、Fe3+、Ca2+离子的络合作用，降低土壤溶液中Al3+、Fe3+、 Ca2+离子的浓度，减少磷的化学沉淀固定作用。 土壤氧化还原电位—Eh值低，土壤磷固定作用弱，有效性高。其原因： Eh值下降，土壤pH趋于中性，土壤固磷作用减弱，磷酸盐的溶解度 也提高。 Eh值下降，土壤中的Fe 3+被还原为Fe 2+，磷酸高铁被还原成溶解度较 高的磷酸亚铁，此外，土壤中闭蓄态磷在还原条件下也可能因氧化铁 胶膜的还原而释放。 Eh值下降，通气性差，有机质分解产生大量的有机酸，对土壤Al3+
Fe3、Ca2离子产生络合作用,减少磷的化学沉淀固定作用 ◆士壤磷素有效性的调控 ◆科学施用磷肥 ◆采用集中施肥(穴施、条施、拌种种衣肥和蘸秧根等),即可减少 磷肥与土粒的接触而固定,又能局部提高磷的饱和度。此外,也可 用根外追肥 提倡磷肥与有机肥混合施用,减少磷的固定 ◆调节士壤酸碱度 ◆酸性土壤施用石灰,碱性土壤施用石膏,调节土壤p至中性,降低磷 的固定作用。 ◆增施有机肥 ◆提倡施用有机肥,提高士壤有机质含量。 ◆水改种稻 ◆利用淹水种稻,降低Eh值,提高士壤pH值,减少磷的固定作用。 Ⅲl.土壤钾素循环 一、土壤钾素的形态 ◆二、土壤钾素的作用 ◆促进光合作用,提高二氧化碳利用率
Fe3+、Ca2+离子产生络合作用，减少磷的化学沉淀固定作用。 土壤磷素有效性的调控 科学施用磷肥 采用集中施肥（穴施、条施、拌种、种衣肥和蘸秧根等），即可减少 磷肥与土粒的接触而固定，又能局部提高磷的饱和度。此外，也可采 用根外追肥。 提倡磷肥与有机肥混合施用，减少磷的固定。 调节土壤酸碱度 酸性土壤施用石灰，碱性土壤施用石膏，调节土壤pH至中性，降低磷 的固定作用。 增施有机肥 提倡施用有机肥，提高土壤有机质含量。 水改种稻 利用淹水种稻，降低Eh值，提高土壤pH值，减少磷的固定作用。 Ⅲ.土壤钾素循环 一、土壤钾素的形态 二、土壤钾素的作用 促进光合作用，提高二氧化碳利用率
◆促进蛋白酶的活性,增加植物对氮的吸收,提高植株和果实的蛋白质 含量。 ◆增强原生质胶体的亲水性,提高植物的持水能力,增强抗旱能力 提高植株体內糖的储备和细胞渗透压,增强抗寒能力。 提高纤维素含量,增强抗病虫害能力。 三、土壤钾素的形态转化 ◆土壤矿物钾的风化 ◆土壤中含钾原生矿物通过风化作用转变为非交换性钾、交换性钾豆释 放出钾离子的过程。 ◆大多数含钾矿物具有很强的抗风化前力,在地球热力学条件下,其风 化作用十分缓慢,故通过风化作用直接转化为速效钾的数量是微不足 道的。 含钾矿物抗风化作用的顺序 ◆黑云母<伊利石<钾长石、蒙脱石<高岭石、白云母 ◆钾长石<微斜长石 ◆士壤钾的释放及其影响因素 ◆土壤钾的释放 ◆土壤中非交换性钾转变为交换性钾和水溶性钾的过程
促进蛋白酶的活性，增加植物对氮的吸收，提高植株和果实的蛋白质 含量。 增强原生质胶体的亲水性，提高植物的持水能力，增强抗旱能力。 提高植株体内糖的储备和细胞渗透压，增强抗寒能力。 提高纤维素含量，增强抗病虫害能力。 三、土壤钾素的形态转化 土壤矿物钾的风化 土壤中含钾原生矿物通过风化作用转变为非交换性钾、交换性钾或释 放出钾离子的过程。 大多数含钾矿物具有很强的抗风化能力，在地球热力学条件下，其风 化作用十分缓慢，故通过风化作用直接转化为速效钾的数量是微不足 道的。 含钾矿物抗风化作用的顺序 黑云母＜伊利石＜钾长石、蒙脱石＜高岭石、白云母 钾长石＜微斜长石 土壤钾的释放及其影响因素 土壤钾的释放 土壤中非交换性钾转变为交换性钾和水溶性钾的过程