第六章土壤养分.

第六章土壤养分一、土壤养分1、土壤养分：由土壤提供的植物生长所必须的营养元素。2、土壤养分分类：大量元素和微量元素大量元素、中量元素和微量元素MnBFeSNCOHCaKPCuClZnMgMoMnBFeSNCOHCaKPCuClZnMgMoNi目前，国内外公认的高等植物所必需的营养元素有17种。它们是碳、氢、氧、氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁、硼、锰、铜、锌、鉬、氯。镍MnBFeSNCOHCaKPCuClZnMgMo必需营养元素Ni镍：1987年，P.H.Brown等大量元素植物干重的0.X%~X0%碳（C）氢（H）氧（O）氮（N）磷（P）钾（K）中量元素植物干重的0.1%~1%钙（Ca）镁（Mg）硫（S）微量元素植物干重的0.000X%~0.0X%铁（Fe）硼（B）锰（Mn）铜（Cu）锌（Zn）钼（Mo）氯（Cl）镍（Ni）必需元素的分类按植物需要的量区分如下：二、土壤养分来源1、土壤养分的基本来源——矿物岩石P、K、Ca、Mg、Fe、B、Mo、Cu、Mn、S等2、土壤养分的主要来源——森林凋落物3、土壤养分的其他来源生物固氮、大气降水、人工施肥、客土、灌溉等N灰分元素凋落物灌、草、伐根等保存聚集三、土壤养分形态水溶态：土壤溶液中溶解的离子和少量的低分子有机化合物代换态：是水溶态养分的来源之一矿物态：大多数是难溶性养分，有少量是弱酸溶性的（对植物有效）有机态：矿质化过程的难易强度不同根据在土壤中存在的化学形态分为：四、土壤养分的有关概念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。迟效养分－不能直接利用，只有经分解转化为速效态才能被植物利用的养分。五、土壤养分转化与消耗1、养分形态的转化养分的有效化过程养分的固定过程。2、养分的消耗土壤内部复杂的转化过程；植物吸收利用；损失：淋失；气态损失；侵蚀流失；人为活动引起的损失；土壤养分可以反复循环利用，典型的土壤养分再循环过程包括：（1）生物从土壤中吸收养分；（2）生物的残体归还土壤；（3）在土壤微生物的作用下，分解生物残体，释放养分；（4）养分再次被生物吸收。（一）土壤氮素含量及影响因素1、土壤氮素含量耕作土壤：耕作层(0.05%－0.5%)心土层、底土层(0.02%)草地、林地：0.5%－0.6%。一、土壤氮的获取、形态和转化第一节土壤氮素2、影响土壤氮素含量的因素(1)有机质含量:氮素主要存在于有机质中，二者呈平行正相关关系。(2)植被:归还氮素、固定氮素(3)气候:主要是水、热条件引起有机质的分解与合成(4)质地:质地愈粘重、有机质含量愈高(5)地势:主要是引起水热条件变化（二）土壤氮素的获取1、生物固氮自生固氮菌：好气性细菌、嫌气性细菌共生固氮菌：根瘤菌、放线菌、蓝藻等，与豆科作物共生为主联合固氮菌：某些固氮微生物与植物根系有一定的专一性，但不如共生关系那样严格，如固氮螺菌与玉米，多黏杆菌与小麦2、雨水和灌溉水带入氮雨水：氮氧化合物灌水：硝态氮3、施肥（有机肥和化学肥）土壤学资源环境学院土地资源与农业化学系其中95%以上为有机态氮，无机态氮一般不超过5%。土壤的全氮和有机质含量之间存在高度正相关关系。（三）土壤氮的形态及其有效性耕地土壤的全氮量一般低于自然土壤，其中旱田土壤的全氮量又低于水地土壤。1、土壤全氮四川耕地土壤全氮分级面积统计土壤面积构成（%）土壤全氮分级（N，g/kg）高(＞1.5)中等(1.5～1.0)较低(1.0～0.75)低(≤0.75)水田土壤17.858.420.92.9旱地土壤14.922.728.234.2全省水田土壤全氮分级面积是高、低两头小，中等大；旱地土壤则以低等和较低为主（占62.4%）。据四川第二次土壤普查资料:2、无机态氮包括NH4+－N、NO3-－N、NO2-－N。旱地土壤无机氮一般以NO3-－N较多，淹水土壤则以NH4+-N占优势。铵态氮(NH4)在土壤里有三种存在方式：游离态、交换态、固定态。硝态氮（NO3-N）在土壤主要以游离态存在。亚硝态氮（NO2-N）主要在嫌气性条件下才有可能存在，而且数量也极少。在土壤里主要以游离态存在。3、有机态氮水溶性氮：游离氨基酸、胺盐等，可以直接被植物吸收水解性氮：蛋白质、多肽、核蛋白类用酸、碱或酶处理后能水解为较简单的易溶性含氮化合物或能生成铵离子非水解性氮：杂环类、糖类、铵类缩合物等大部分是腐殖物质，它们需经微生物分解矿化成无机氮后才能为植物吸收利用。土壤全氮（N）无机氮（NO3-、NH4+）＜5%速效氮有机氮水溶性有机氮＜5%水解性有机氮50～70%缓效氮难矿化有机氮30～50%土壤氮的形态及其有效性（四）土壤中氮的转化1、有机氮的矿化——氨化过程定义：在微生物作用下，土壤中的含氮有机质分解形成氨的过程。氨基化——复杂的含氮有机化合物降解为简单的氨基化合物。氨化——简单的氨基化合物分解成氨（NH3/NH4+）过程：有机氮氨基酸NH4＋－N＋有机酸异养微生物水解酶氨化微生物水解、氧化、还原、转位2、铵的硝化定义：通气良好条件下，土壤中的NH4＋在微生物的作用下氧化成硝酸盐的现象。结果：形成NO3－－N利：为喜硝植物提供氮素弊：易随水流失和发生反硝化作用过程：NH4＋＋O2NO2－＋4H＋2NO2－＋O22NO3－亚硝化细菌硝化细菌4、无机态氮的生物固定定义：土壤中的铵态氮和硝态氮被微生物同化为其躯体的组成成分而被暂时固定的现象。过程：铵态氮硝态氮生物固定生物固定有机氮硝化作用硝酸还原作用3、铵离子的晶格固定NH4＋陷入2：1型粘粒矿物晶架表面的孔穴内，暂时失去了生物有效性，转变为固定态铵的过程。（一）、淋洗损失（NO3-的淋失）NH4+、NO3-易溶于水，带负电荷的土壤胶体表面对NH4+为正吸附，而保持于土壤中；对NO3-为负吸附（排斥作用），易被淋失。二、土壤氮的损失（二）、反硝化作用，又称生物脱氮作用在缺氧条件下，NO3-在反硝化细菌作用下还原为NO、N2O、N2的过程。NO3-→NO2-→NO→N2O→N2反硝化的临界Eh约为334mv，最适pH为7.0～8.2，新鲜有机质丰富。pH小于5.2～5.8的酸性土壤，或高于8.2～9.0的碱性土壤，反硝化作用显著下降。（三）、化学脱氮过程土壤中的含氮化合物通过纯化学反应生成气态氮而损失的过程。1.双分解作用：氨态氮和亚硝态氮同时大量并存于土壤溶液中时，因生成亚硝酸铵（NH4NO2）而产生双分解作用脱氮。NH4NO22H2O+N2很少发生。反应条件：pH为5.0～6.5，温度较高，较干旱。自催化能力强，分解速度越来越快。2、亚硝酸分解3HNO2HNO3+2NO+H2O条件：酸性愈强，分解愈快。3、氨态氮挥发损失主要发生在碱性土壤中NH4+＋OH-NH3↑＋H2O维持土壤氮素平衡——防氮损失、提高氮肥利用率——避免有害物质积累三、土壤氮的调控有机质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1.维持土壤氮素平衡氮以有机态氮为主，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。（2）应用“激发效应”调节土壤有机质和氮素平衡有机质丰富的土壤，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。2.防止土壤氮的损失“南铵北硝”。水田土壤不施硝态化肥和避免频繁的干湿交替。氮肥深施覆土，碱性土少施碳铵。应用氮肥增效剂（硝化抑制剂）。3.避免有害物质—NO2-的积累亚硝酸盐是人的致癌物质和植物的有害物质，其产生和积累条件为：（1）EhNH4+→NO2-（亚硝化过程）EO＝0.345VNO2-→NO3-（硝化过程）EO＝0.421V硝化过程要求的通气条件较亚硝化过程高，若通气条件不足以完成硝化过程，即可造成亚硝酸盐的暂时积累。（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）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、烂根和幼苗死亡第二节土壤磷素一、土壤中磷素含量及影响因素（一）土壤中磷素的来源土壤中的磷是由岩石风化而来的。原生矿物含磷量为0.12%左右。施肥（二）土壤磷的含量及影响因素1．土壤磷的含量一般来说，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降低的。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＞酸性沉积体如，由石灰性风化体形成的红壤的含磷量比由的红壤多得多。（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，磷的含量逐渐降低。原因①磷的迁移率很低；②植物根系的富积；③有机胶体或无机胶体对磷酸根的吸附作用，上层较强；④耕作制度和施肥的影响。二、土壤磷的形态土壤磷素可分为两大类：有机态磷和无机态磷。有机态磷的含量占全磷的20~80%左右。（一）无机态磷3种相互平衡的形态溶解吸附矿物态水溶态吸附态沉淀解吸1、水溶态磷—土壤溶液中的磷H2PO4-、HPO42-、PO43-，其相对浓度（比例）随溶液pH而变化。H2PO4-HPO42-＋H+，pK2＝7.2当土壤溶液pH=7.2时，H2PO4-和HPO42-各占一半pH＜7.2时以H2PO4-为主pH＞7.2时以HPO42-为主。水溶性磷离子是植物根系可直接吸收利用的磷，但根际微域土壤多呈酸性，主要吸收H2PO4－离子。2、吸附态磷土壤固相表面吸附的磷酸根离子，主要是配位体交换吸附（专性吸附）。酸性土中磷的专性吸附剂主要是铁、铝氧化物及其水合物。石灰性土壤的方解石（CaCO3）对磷的配位交换吸附亦为常见。3、矿物态磷占土壤无机态磷的99%以上。石灰性土以磷酸钙盐（Ca-P）为主，酸性土以磷酸铁盐（Fe-P）、磷酸铝盐（Al-P）和闭蓄态磷（O-P）为主。（1）Ca-P（钙磷），以磷灰石为主氟磷灰石Ca5(PO4)3F溶度积＝10-120.9氢氧磷灰石Ca5(PO4)3OH溶度积＝10-113.7磷酸八钙Ca8H2(PO4)6溶度积＝10-46.9磷酸三钙Ca3(PO4)2溶度积＝10-26.0磷酸二钙CaHPO4溶度积＝10-6.56溶解度随pH降低而增大。（2）Fe-P（铁磷）以粉红磷铁矿FePO4·2H2O为代表，溶度积＝10-34.9。（3）Al-P（铝磷）以磷铝石AlPO4·2H2O为代表，溶度积＝10-30.5。Fe-P和Al-P的溶解度随pH升高而增大。（4）O-P（闭蓄态磷）氧化铁胶膜包被的磷酸盐，无效磷。当Fe2O3胶膜还原溶解后，磷被释放。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)3PKs=37~38粉红磷铁矿：PKs=33~35胶膜有铁铝质的、钙质的。•水稻土容易出现O-P。因为土壤淹水种植时，土壤pH值上升，可促进Fe-P水解产生Fe(OH)3，Fe(OH)3胶膜包被磷酸盐后形成O-P,水稻田由淹水状态转入干旱状态时，Fe(OH)3胶膜老化形成不可逆凝胶，使O-P有效性更为降低。(二)有机态磷土壤有机磷含量变化大，一般占土壤表层全磷的20～80%，随土壤有机质含量增加而增加。一般需经矿化为无机磷后才能被植物吸收利用。土壤有机磷的化学组成，目前大部分为未知，已知者主要有3种：植素类、核酸类、磷脂类（1）植素类——植酸与钙、镁等离子结合而成。一般占土壤有机