第八章 养分循环课件

第八章

土壤氮素土壤磷素土壤钾素土壤中微量元素的循环主要内容土壤养分三要素：在植物所必须的营养元素中，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，而不是指它们在植物营养中所起的作用。土壤养分循环：指来自土壤的元素通常可以反复的在循环和利用，典型的再循环过程，包括：生物从土壤中吸收养分；生物的残体归还土壤；在土壤微生物的作用下，分解生物残体，释放养分；养分再次被生物吸收。一.土壤中氮素含量及其影响因素二.土壤中氮素的存在形态及其有效性三.土壤中氮素的循环转化及其调节第一节：土壤氮素循环Zouetal.,2010115.7GgN2O-Nyr-1210.5GgN2O-Nyr-1农业生产碳排放的2/3以上来自肥料的施用（Chengetal.,2011）施用氮肥是提高作物产量不可替代的措施之一；氮肥的施用已经在区域和全球尺度上对大气、气候变化、水体、生态系统产生了深刻的负面影响。而我国的情况更为严重。（一）

土壤中氮素的含量

我国耕地土壤含氮一般在0.02%-0.2%之间；高于0.2%的很少，大部分低于0.1%。而华北、西北大部分地区的土壤耕层含氮量不足0.1%；南方土壤的含氮量介于二者之间。

一般把土壤含氮量>0.2%者为高；0.2%-0.1%之间者中；0.1%-0.05%者为低，<0.05%者为极低。一般把作物在不施氮区的全年生长期所吸收的氮量为土壤供氮能力的良好指标。一.土壤中氮素的含量及其影响因素（二）

土壤中氮含量的影响因素二.土壤中氮素的存在形态及其有效性2.无机态氮土壤无机态氮占全氮1-2%（1-50ppm）。最多不超过5-8%；（1）铵态氮（NH4-N）在土壤里有三种存在形式：游离态、交换态、固定态。（2）硝态氮（NO3-N）在土壤主要以游离态存在。（3）亚硝态氮（NO2-N）主要在嫌弃性条件下才有可能存在，而且数量也极少。在土壤中主要以游离态存在。3.游离态氮（N2）：一般不计算在土壤氮素之内陆地生态系统中的氮循环三.土壤氮素的循环转化及其调节1矿化作用；2生物固氮作用；3铵的粘土矿物固定作用；4固定态铵的释放作用；5硝化作用；6腐殖质形成作用；7氨和铵的化学固定作用；8腐殖质稳定化作用（一）土壤氮素的有效化过程1.有机态氮的矿化过程

含氮的有机化合物，在多种微生物的作用下降解为简单的氨态氮的过程。条件：真菌，细菌放线菌等；在通气性良好；温度较高；水分60%-70%；pH值适中；C/N比适当2.硝化过程氨、胺、酰胺硝态氮化合物（1）亚硝化作用条件：

亚硝化细菌（专性自养型微生物）

通气：良好O2<5%pH5.5-10（7-9），<4.5受抑制水分：50%-60%温度：35℃，<2℃STOP!养分：Cu，Mo等促进消化作用的进行。缺钙，不利。亚硝酸分解反应土壤中的铵态氮在碱性条件下，很容易以NH3的形式直接从土壤表面损失掉。3.粘粒矿物对铵的固定我国北方土壤中，能固铵的粘粒矿物较多，但其土壤中铵极少，而南方水田的铵态氮较多，而能固定铵的粘土矿物不多。因此，铵的粘土矿物固定在我国的意义不大。4.生物固定5.硝酸盐的淋洗四、土壤氮的调控

1、维持土壤氮素平衡土壤氮以有机态氮为主，土壤有机质平衡是氮素平衡的基础。（1）有机肥与无机氮肥（化肥）配合施用。有机质C/N＞3030～15＜15氮的固定量＞矿化量固定量＝矿化量固定量＜矿化量补充化肥补充有机质

有机质丰富的土壤，施用绿肥等新鲜有机肥产生正激发效应，促进土壤原来有机氮的矿化和更新。有机质缺乏的土壤，施用富含木质素的粗有机肥，产生负激发效应，增加土壤有机质和氮的积累。“南铵北硝”。水田土壤不施硝态化肥和避免频繁的干湿交替。氮肥深施（水田和旱地）。碱性土碳铵少施，防止氨的挥发损失。应用氮肥增效剂（硝化作用抑制剂）。2、防止土壤氮的损失（2）应用“激发效应”调节土壤有机质和氮素平衡

亚硝酸盐是人的致癌物质和植物的有害物质。其产生和积累条件：（1）EhNH4+→NO2-（亚硝化过程）E0＝0.345VNO2-→NO3-

（硝化过程）E0＝0.421V（2）pH

硝化细菌比亚硝化细菌对pH反应敏感。

NO2-易在pH＞7.3的碱性环境积累。3、避免有害物质—NO2-的积累（3）游离NH4+的影响氨对硝化细菌的抑制作用大于对亚硝化细菌，大量施用铵态氮肥（特别是NH4HCO3），易造成NO2-积累。旱育秧NO2-可使水稻幼苗出现青枯病当NO2-＞5mg/kg时，青枯开始出现＞15mg/kg时，青枯很快出现。

NO2-可使小麦、玉米烧种、烂芽、烂根以及幼苗死亡第二节土壤磷的循环

磷素的含量及其影响因素存在形态及其有效性循环转化及其调节土壤中磷素的来源：土壤中的磷是由岩石分化而来的。原生矿物的含磷量为0.12%左右。1.土壤中磷的含量一般来说，土壤的磷素含量都在0.2%以下，红壤、黄壤含磷只有0.04%。我国土壤全磷的含量在0.02%-0.11%之间。从总体来说，自北而南，土壤磷的含量是逐渐减低的。2影响土壤磷含量的因素（1）母质中矿物成分的不同基性岩>酸性岩碱性沉积体>酸性沉积体（2）土壤质地的差别土壤细粒部分所含的磷主要是次生的磷化合物（3）P在土壤剖面上的分布从上到下，P的含量逐渐降低，原因：磷的迁移率很低植物根系的富集有机胶体或无机胶体对磷酸根的吸附作用，上层较强耕作制度和施肥的影响磷的循环转化及其调节土壤磷的调节第三节：钾素土壤中K的含量及其存在形态土壤中K的转化与调节土壤中K的固定与释放含量影响因素一、土壤钾的形态和含量

非交换性钾（2～8%）

土壤钾的形态（占全钾%）

矿物钾(9～98%)

交换性钾（1～2%）

水溶性钾（很少）

无效钾

缓效钾

速效钾

1、矿物钾土壤胶体静电吸附的K+,与溶液中K+保持动态平衡，速效钾的主体。与非交换性钾之间也有某种平衡关系。

3、交换性钾

包括水云母和黑云母等固有的钾和2∶1型粘土矿物所固定的钾。可逐渐转化为植物吸收利用的速效钾。土壤缓效钾的分级指标：

K＞600mg/kg600～300mg/kg＜300mg/kg

高中低2、非交换性钾，又称缓效钾主要指原生矿物钾——结构钾，极难风化，为无效钾。4、水溶性钾（溶液钾）为植物可直接吸收的速效钾，数量很少。土壤速效钾与全钾含量之间无相关性。土壤速效钾含量（K，mg/kg）与钾肥肥效的关系

土壤速效钾供钾水平作物对钾的反应＜30极低反应较明显30～60低一般有肥效60～100中一定条件下有肥效，肥效大小因作物、其它肥效配合、耕作制度和缓效钾含量而异100～160高施钾肥一般无效＞160极高不需施用钾肥二、土壤钾的转化及其调节

三、土壤钾的固定和释放及其影响因子

1、土壤钾的固定及影响因子土壤钾的固定：交换性钾→非交换性钾影响因子：（1）粘粒矿物类型（2∶1型粘粒矿物）；（2）土壤质地（粘粒含量）；（3）土壤的水分条件（强烈干燥和频繁干湿交替有利于钾的固定）；（4）土壤酸碱度（酸性土中水化铝离子阻塞晶层表面六角形孔穴，减少对钾的固定）。