第五章化肥施用对土壤环境的影响课件

第五章

肥料对土壤环境的影响

重点：肥料中有毒有害物质对土壤环境的污染

化肥对土壤的影响

土壤肥料污染的调控措施与防治措施

第五章肥料对土壤环境的影响重点：肥料中有毒有害物质对内容提要

?肥料的使用概况

?主要化肥在土壤中的转化和固定

?肥料对土壤环境的效应

?土壤肥料污染的调控措施与防治措施

内容提要?肥料的使用概况?主要化肥在土壤中的转化和固定§5.1肥料的使用概况

?一、肥料的种类

有机肥料

N：尿素、碳酸氢氨等

化学肥料

(主要成分)P：来自磷酸盐，主要成分是氟磷灰石

[Ca3(PO4)2]3CaF2K：在蔬菜中大量使用

§5.1肥料的使用概况?一、肥料的种类有机肥料N：二、我国肥料的利用现状（P115）

有机肥料使用概况：绝对数量在逐年增加，但所占的比重有所下降

绝对量大、比重大，品种多

单一施N肥

化肥使用概况

使用结构变化

N、P肥配合施

N、P、K肥配合施

使用方法：撒施

底施、深施、与有机肥配施等

二、我国肥料的利用现状（P115）有机肥料使用概况：绝对数三、肥料使用中存在的问题

1、盲目过量施用，肥料利用率低，易流失

化肥利用率%＝100×施入化肥的有效量/作物吸收量

?各种作物对肥料的平均利用率为：氮40％～50％，磷10％～20％，钾30％～40％。

?据试验统计，我国尿素氮、碳铵氮、普钙中磷利用率分别约为20％～40％、15％～30％、15％～30％，钾肥与磷肥相当。而发达国家氮肥利用率可达50％，磷钾肥利用率可达35％。

因此，盲目施入过量化肥，一是造成经济损失，二是造成土壤环境问题。

三、肥料使用中存在的问题1、盲目过量施用，肥料利用率低，易2、施肥结构不合理，养分施用不平衡

3、地区间施肥不平衡

4、有机物料收集利用率低下

2、施肥结构不合理，养分施用不平衡3、地区间施肥不平衡4§5.2主要化肥在土壤中的转化和固定

一、氮素肥料在土壤中的转化和固

土壤有机氮（95％以上）

水解性有机氮（50％～70％）

含非水解性有机氮（30％～50％）

氮化物的形+-态

无机氮：NH4-N、NO3-N水溶性有机氮（小于5％）

§5.2主要化肥在土壤中的转化和固定一、氮素肥料在土壤中氮素肥料在土壤中的转化和固定

1、有机氮的矿化作用

?水解过程

蛋白质

蛋白水解酶

RCHNH2COOH+其他产物+能量

氨基酸

?氨化过程

水解RCHNH2COOH+H2O氧化RCHNH2COOH+O2还原RCHNH2COOH+H2RCH2OH+NH3+CO2+能量

RCHCOOH+NH3+能量

RCOOH+NH3+CO2+能量

RCH2COOH+NH3+能量

氮素肥料在土壤中的转化和固定1、有机氮的矿化作用?水解过

因此，氨化作用产生的铵以及施入土壤中的铵态氮肥可被植物和微生物吸收利用，未被吸收利用的铵，可被土壤胶体吸收保存。但在通气良好的条件下，铵态氮可进一步被微生物转化为硝态氮。

因此，氨化作用产生的铵以及施入土壤中的铵态氮肥可2、铵态氮的硝化作用

第一步亚硝化：

亚硝化微生物2NH4++3O2

第二步硝化：

2HNO2

+2H2O+能量

2HNO2

+O2

硝化微生物

2HNO3

+能量

2、铵态氮的硝化作用第一步亚硝化：亚硝化微生物2NH43、硝态氮的反硝化作用

硝态氮在反硝化细菌作用下的反硝化反应大致趋势为：

-2[O]-2[O]-2[O]

2HNO3

2HNO2

-[H2O]

N2O

N2

反硝化作用约有30％的氮经过一系列转化，以N2O和

N2的形式进入大气，释放到空气的N2O不溶于水，可以到达平流层的臭氧层，与臭氧作用，生成NO，使臭氧层破坏。

3、硝态氮的反硝化作用硝态氮在反硝化细菌作

因此，向农田施入过量的氮肥，易出现下列情况：

?硝化作用释放的氢离子会导致土壤酸化；

?导致水体中的氮的富营养化；

?导致地下水受硝态氮污染，尤其质地较轻的土壤。

?导致臭氧层遭到破坏

因此，向农田施入过量的氮肥，易出现下列情况：?硝化4、氮素肥料在土壤中的保持、固定

土壤胶体的吸附

无机氮的生物固定

有机质固定

无机氮的化学固定

粘土矿物固定

4、氮素肥料在土壤中的保持、固定土壤胶体的吸附无机氮的生?主要指土壤微生物在其生命活动过程中，需要吸收土壤中的氮素以组成生物躯体以及合成更为复杂的微生物代谢产物——腐殖质等。

?一些示踪试验结果表明，施入土壤的氮，大约有25％～60％被生物固定。

?是暂时的固定。残留在土壤中死的微生物组织很容易通过矿化作用把固定的氮释放出来。

?主要指土壤微生物在其生命活动过程中，需要吸收土壤中的氮素以?指氧化程度低的有机质，通过氧化缩合作用，将铵转化成为有机杂环化合物。这种固定在酸性腐殖质土易于发生，在土壤由酸性变成中性或碱性的情况下也会发生。

?指氧化程度低的有机质，通过氧化缩合作用，将铵转化成为有机杂二、磷素肥料在土壤中的转化和固定

有机磷：存在于腐殖质和其他有机物中，主要为磷脂、核酸和磷酸肌醇

土壤中磷的形态

水溶性含磷化合物

无机磷

弱酸溶性含磷化合物

难溶性含磷化合物

二、磷素肥料在土壤中的转化和固定有机磷：存在于腐殖质和其他磷素肥料在土壤中的转化与固定

土壤中各种形态磷的相互转化：

有机磷

不溶磷化合物

吸收磷

溶液磷

活性磷

磷素肥料在土壤中的转化与固定土壤中各种形态磷的相互转1、有机磷的转化

途径一：

M分解

有机磷

无机磷

M吸收

途径二：

水

解

有机磷

磷

酸

植物吸收

植物吸收

低溶解度的磷酸盐，为微生物吸收

1、有机磷的转化途径一：M分解有机磷无机磷如磷脂、植素、核蛋白的水解过程如下;

卵磷脂

水

解

磷酸甘油

水

解

H3PO4H3PO4H3PO4植

素

水

解

植

酸

核

酸

水

解

核蛋白

水

解

水

解

?影响有机磷转化的因素主要有：

土壤温度、湿度、pH值、耕作技术和有机磷化合物中的C/P比。

如磷脂、植素、核蛋白的水解过程如下;卵磷脂水解磷

至于C/P比对有机磷转化的影响在于，如果C/P比过大的有机物存在时，土壤微生物又可能把大部分已矿化的磷酸盐重新固定，因为在土壤有机质转化过程中，C、N、P是一个整体，并保持一定的比例关系（即C:N:P约为110:10:1)至于C/P比对有机磷转化的影响在于，如果C/P2、土壤中无机磷的转化

土壤中难溶性磷的释放

土壤中有效磷的固定

2、土壤中无机磷的转化土壤中难溶性磷的释放土壤中有效磷?途径1：

土壤酸度增强或施用生理酸性肥料时，难溶性磷酸盐、特别是磷酸钙盐可逐步转化为易溶性磷酸盐。

?途径2：土壤淹水和有机物质存在时，能促进难溶性磷酸盐转化为易溶性磷酸盐。因为：

淹水时，一方面土壤的pH增高能促进磷酸盐沉淀的水解；另一方面土壤Eh降低，使溶解度低的磷酸高铁还原成溶解度高的磷酸低铁。

有机物质的存在，有机胶体可以在矿质颗粒表面形成一层胶膜，防止矿质胶体对磷的固定；此外，3+、3+2+有机胶体还可以络合土壤溶液中的FeAl、Ca、Hg2+，从而减少他们对磷的化学固定。

?途径1：土壤酸度增强或施用生理酸性肥料时，难溶性磷?途径1：化学固定

石灰性土壤中，与钙镁化合物结合，产生沉淀；酸性土壤中，与铁、铝化合物作用生成磷酸铁铝沉淀，或者进一步与三氧化铁铝（Fe2O3·Al2O3)转化为更难溶的盐基性磷酸铁铝。

?途径2：阴离子代换固定

?途径3：生物固定

?途径1：化学固定石灰性土壤中，与钙镁化合物结合，

因此，只有当土壤pH在中性范围时，磷的相对有效性最高，因为：

pH＜5.0时，大部分磷被土壤中可溶性铁、铝、锰和含水氧化铁、铝、锰所固定；

pH在6.5左右时，部分磷又固定在硅酸盐矿物的表面；

pH＞7.5时，大部分磷和土壤中碳酸钙化合而沉淀；

pH在8.5时，将形成极不溶解的盐基磷酸盐。

因此，只有当土壤pH在中性范围时，磷的相对三、钾素肥料在土壤中的转化和固定

矿物钾：指构成矿物晶格或深受结构束缚的钾，如长石、白云母中的钾

土壤中钾的形态

缓效钾：主要是层状硅酸盐矿物层间和颗粒边缘一部分的钾

速效钾：包括了大部分吸附于颗粒表面的钾以及水溶性钾

三、钾素肥料在土壤中的转化和固定矿物钾：指构成矿物晶格或深钾素肥料在土壤中的转化与固定

土壤中各种形态的钾的相互转化：

矿物K非交换性K极慢

快

交换性K更快

水溶性K钾素肥料在土壤中的转化与固定土壤中各种形态的钾的相互转化：1、钾的释放

指矿物态钾在长时期的风化中，经作物和微生物如硝化细菌、硫化细菌以及纤维分解细菌、硅酸盐细菌产生各种有机酸和无机酸的作用下，逐渐水解释放出钾的过程。反应如下：

K2O·Al2O3·6SiO2+H2O+2H2CO3正长石

水

解

Al2O3·2SiO2·2H2O+2KHCO3+4SiO21、钾的释放指矿物态钾在长时期的风化中，经作物和微生2、钾的固定

晶格固定：能固定钾的粘土矿物有伊利石类、蒙脱石类和蛭石类等2:1型粘土矿物

吸附固定

生物固定

2、钾的固定晶格固定：能固定钾的粘土矿物有伊利石类、蒙脱石§5.3肥料对土壤环境的效应

一、肥料中的有毒有害物质对土壤环境的污染

重金属污染

放射性污染

氟污染

有毒有机化合物的污染

有机肥中有毒有害物质对土壤的污染

§5.3肥料对土壤环境的效应一、肥料中的有毒有害物质对土二、化肥对土壤和环境的影响

对土壤的影响导致土壤板结、土壤肥力下降

造成土壤硝酸盐的污染

引起土壤酸化

二、化肥对土壤和环境的影响对土壤的影响导致土壤板结、土壤肥水体富营养化

对环境的影响对水体的影响

地下水受NO3--N污染

地下水硬度增大

对大气的影响

向大气排放NH3、氮氧化物、CH4直接或间接地影响温室效应和臭氧层破坏

污染空气

水体富营养化对环境的影响对水体的影响地下水受NO3--N三、肥料对生物的影响（P131～134）

对人类和