土壤养分循环课件

生物从土壤生物从土壤吸收吸收无机养分无机养分生物残体生物残体归还归还土壤形成有土壤形成有机质机质土壤微生物土壤微生物分解分解有机质有机质释放释放无机养分无机养分养分养分再再次被生物次被生物吸收吸收。土壤养分循环土壤养分循环第十二章土壤养分第十二章土壤养分循环循环是是“土壤圈土壤圈”物质循环的重要组成部分，也是物质循环的重要组成部分，也是陆地生态系统中维持生物生命周期的必要条件。陆地生态系统中维持生物生命周期的必要条件。大量营养元素大量营养元素：N、P、K、Ca、Mg、S(中量营养元素中量营养元素)微量营养元素微量营养元素：Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo、Cl生物从土壤吸收无机养分生物残体归还土壤形成有机质土壤1重要生命元素，在农业生产中为重要生命元素，在农业生产中为“肥料三要素肥料三要素”之之首。首。第一节土壤氮素循环第一节土壤氮素循环氮素氮素 一、陆地及土壤生态系统中的氮循环一、陆地及土壤生态系统中的氮循环重要生命元素，在农业生产中为“肥料三要素”之首。第一节土壤2（一）土壤氮素含量及影响因素（一）土壤氮素含量及影响因素1、土壤氮素含量、土壤氮素含量耕作土壤耕作土壤：耕作层：耕作层(0.05%0.5%)心土层、底土层心土层、底土层(0.02%)草地、林地草地、林地：0.5%0.6%。2、影响土壤氮素含量的因素、影响土壤氮素含量的因素(1)有机质含量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。氮素主要存在于有机质中，二者呈平行正相关关系。(2)植被植被:归还氮素、固定氮素归还氮素、固定氮素二、土壤氮的获取、形态和转化二、土壤氮的获取、形态和转化（一）土壤氮素含量及影响因素二、土壤氮的获取、形态和转化3（3）气候气候主要是水、热条件引起有机质的分解与合成主要是水、热条件引起有机质的分解与合成（4）质地质地质地愈粘重、有机质含量愈高质地愈粘重、有机质含量愈高（5）地势地势主要是引起水热条件变化主要是引起水热条件变化（二）土壤氮素的获取（二）土壤氮素的获取1、生物固氮生物固氮(自生和共生固氮菌完成自生和共生固氮菌完成)2、雨水和灌溉雨水和灌溉水带入氮水带入氮3、施肥施肥（有机肥和化学肥）（有机肥和化学肥）（3）气候4其中其中95%以上为以上为有机态氮有机态氮，无机态氮无机态氮一般不超过一般不超过5%。土壤的全氮和有机质含量之间存在高度。土壤的全氮和有机质含量之间存在高度正相正相关关关系。关系。（三）土壤氮的形态及其有效性（三）土壤氮的形态及其有效性耕地土壤的全氮量一般耕地土壤的全氮量一般低于低于自然土壤，其中水田土自然土壤，其中水田土壤的全氮量又壤的全氮量又低于低于旱地土壤。旱地土壤。1、土壤全氮、土壤全氮 其中95%以上为有机态氮，无机态氮一般不超过5%。土壤的全5 四川耕地土壤全氮分级面积统计四川耕地土壤全氮分级面积统计土土壤壤面面积积构构成成（%）土土壤壤全全氮氮分分级级（N，g/kg）高高(1.5)中等中等(1.51.0)较低较低(1.00.75)低低(0.75)水田土壤水田土壤17.858.420.92.9旱地土壤旱地土壤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；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（占旱地土壤则以低等和较低为主（占62.4%62.4%）。）。据四川第二次土壤普查资料据四川第二次土壤普查资料:四川耕地土壤全氮分级面积统计土 壤 面土 壤6 2、无机态氮、无机态氮包括包括NH4+N、NO3-N、NO2-N。旱地土壤无机氮一旱地土壤无机氮一般以般以NO3-N较多，淹水土壤则以较多，淹水土壤则以NH4-N占优势。占优势。3、有机态氮、有机态氮包括包括水溶性氮水溶性氮、水解性氮水解性氮、非水解性氮非水解性氮。大部分是腐殖物大部分是腐殖物质。它们需质。它们需经微生物分解矿化经微生物分解矿化成无机氮后才能为植物吸收利用。成无机氮后才能为植物吸收利用。土壤氮的形态及其有效性土壤氮的形态及其有效性土土壤壤全全氮氮（N）无无机机氮氮（NO3-、NH4+）5%速效氮速效氮有有 机机 氮氮水溶性有机氮水溶性有机氮5%水解性有机氮水解性有机氮5070%缓效氮缓效氮难矿化有机氮难矿化有机氮3050%2、无机态氮土壤氮的形态及其有效性 土 壤无7（四）土壤中氮的转化（四）土壤中氮的转化1、有机氮的矿化、有机氮的矿化氨化过程氨化过程氨氨基基化化复复杂杂的的含含氮氮有有机机化化合合物物降降解解为为简简单单的的氨氨基化合物。基化合物。氨化氨化简单的氨基化合物简单的氨基化合物分解分解成氨（成氨（NH3/NH4+）2、铵的硝化：、铵的硝化：NH4+NO3-分两步分两步亚硝酸微生物亚硝酸微生物2NH4+3O22NO2-+2H2O+4H+硝酸微生物硝酸微生物2NO2-+O22NO3-3、无机态氮的生物固定、无机态氮的生物固定 （四）土壤中氮的转化8三、土壤氮的损失三、土壤氮的损失1、淋洗损失（、淋洗损失（NO3-的淋失）的淋失）NH4+、NO3-易溶于水，带负电荷的土壤胶体表面易溶于水，带负电荷的土壤胶体表面对对NH4+为为正吸附正吸附，而保持于土壤中；对，而保持于土壤中；对NO3-为为负吸负吸附附（排斥作用），易被淋失。（排斥作用），易被淋失。4 4、铵离子的矿物固定、铵离子的矿物固定 NH NH4 4+离子半径为离子半径为0.148nm0.148nm，与，与2121型粘土矿物晶层型粘土矿物晶层表面六角形孔穴半径表面六角形孔穴半径0.140nm0.140nm接近，接近，陷入陷入层间的孔穴后，层间的孔穴后，转化转化为固定态铵。为固定态铵。三、土壤氮的损失 4、铵离子的矿物固定92、反硝化作用，又称生物脱氮作用、反硝化作用，又称生物脱氮作用在在缺缺氧氧条条件件下下，NONO3 3-在在反反硝硝化化细细菌菌作作用用下下还还原原为为NONO、N N2 2O O、N N2 2的过程。的过程。NO NO3 3-NONO2 2-NONNON2 2ONON2 2 反硝化的临界反硝化的临界EhEh约为约为334mv334mv，最适，最适pHpH为为7.07.08.28.2，pHpH小于小于5.25.25.85.8的酸性土壤，或高于的酸性土壤，或高于8.28.29.09.0的碱性土壤，的碱性土壤，反硝化作用显著下降。反硝化作用显著下降。2、反硝化作用，又称生物脱氮作用103、氨态氮挥发损失、氨态氮挥发损失主要发生在碱性土壤中主要发生在碱性土壤中NH4+OH-NH3H2O 四、土壤氮的调控四、土壤氮的调控1、维持土壤氮素平衡、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。平衡的基础。（1）有机肥与无机氮肥（化肥）配合施用。）有机肥与无机氮肥（化肥）配合施用。有机质有机质C/N30301515氮的固定量矿化量氮的固定量矿化量固定量矿化量固定量矿化量固定量矿化量固定量矿化量补充化肥补充化肥补充有机质补充有机质 3、氨态氮挥发损失 主要发生11有有机机质质丰丰富富的的土土壤壤，施施用用绿绿肥肥等等新新鲜鲜有有机机肥肥产产生生正正激激发效应发效应，促进土壤原来有机氮的矿化和更新。，促进土壤原来有机氮的矿化和更新。有机质有机质缺乏缺乏的土壤，施用富含木质素的粗有机肥，产的土壤，施用富含木质素的粗有机肥，产生生负激发效应负激发效应，增加土壤有机质和氮的积累。，增加土壤有机质和氮的积累。“南铵北硝南铵北硝”。水田土壤不施硝态化肥和避免频繁。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）。化作用抑制剂）。2、防止土壤氮的损失、防止土壤氮的损失（2）应用）应用“激发效应激发效应”调节土壤有机质和氮素平衡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12亚亚硝硝酸酸盐盐是是人人的的致致癌癌物物质质和和植植物物的的有有害害物物质质。其其产产生生和积累条件：和积累条件：（1）EhNH4+NO2-（亚硝化过程）（亚硝化过程）E00.345VNO2-NO3-（硝化过程）（硝化过程）E00.421V（2）pH硝化细菌比亚硝化细菌对硝化细菌比亚硝化细菌对pH反应敏感。反应敏感。NO2-易在易在pH7.3的碱性环境积累。的碱性环境积累。3、避免有害物质、避免有害物质NO2-的积累的积累 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13（3）游离）游离NH4+的影响的影响氨氨对对硝硝化化细细菌菌的的抑抑制制作作用用大大于于对对亚亚硝硝化化细细菌菌，大大量量施施用铵态氮肥（特别是用铵态氮肥（特别是NH4HCO3），易造成），易造成NO2-积累。积累。旱育秧旱育秧NO2-可使水稻幼苗出现可使水稻幼苗出现青枯病青枯病当当NO2-5mg/kg时，青枯开始出现时，青枯开始出现15mg/kg时，青枯很快出现。时，青枯很快出现。NO2-可使小麦、玉米可使小麦、玉米烧种烧种、烂芽烂芽、烂根烂根以及以及幼苗死亡幼苗死亡（3）游离NH4+的影响14第二节第二节 土壤磷和硫的循环土壤磷和硫的循环一、土壤磷的形态和数量一、土壤磷的形态和数量P2O5%=P%2.291P%=P2O5%0.44 我国土壤全磷（我国土壤全磷（P）含量一般为）含量一般为0.21.1g/kg，并有，并有从从南到北渐增南到北渐增的地域变化趋势。的地域变化趋势。（一）无机态磷（一）无机态磷 3 3种相互平衡的形态种相互平衡的形态 溶解溶解 吸附吸附 矿物态矿物态 水溶态水溶态 吸附态吸附态 沉淀沉淀 解吸解吸 第二节 土壤磷和硫的循环 一、土壤磷的形态和数量15 1 1、水溶态磷、水溶态磷土壤溶液中的磷土壤溶液中的磷 H H2 2POPO4 4-、HPOHPO4 42-2-、POPO4 43-3-，其相对浓度（比例）随溶液，其相对浓度（比例）随溶液pHpH而变化。而变化。H2PO4-HPO42-H+，pK27.2当土壤溶液当土壤溶液pH=7.2时，时，H2PO4-和和HPO42-各占一半各占一半pH7.2时以时以H2PO4-为主为主pH7.2时以时以HPO42-为主。为主。水溶性磷离子是植物根系可直接吸收利用的磷，但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，主要吸收根际微域土壤多呈酸性，主要吸收H2PO4离子。离子。1、水溶态磷土壤溶液中的磷 水溶性磷离子是植物根系162、吸附态磷、吸附态磷土土壤壤固固相相表表面面吸吸附附的的磷磷酸酸根根离离子子，主主要要是是配配位位体体交交换换吸附吸附（专性吸附）。（专性吸附）。酸酸性性土土中中磷磷的的专专性性吸吸附附剂剂主主要要是是铁铁、铝铝氧氧化化物物及及其其水水合物。合物。石石灰灰性性土土壤壤的的方方解解石石（CaCO3）对对磷磷的的配配位位交交换换吸吸附附亦为常见。亦为常见。3、矿物态磷、矿物态磷 占土壤无机态磷的占土壤无机态磷的99%以上。以上。石灰性土石灰性土以磷酸钙盐以磷酸钙盐（Ca-P）为主，）为主，酸性土酸性土以磷酸铁盐（以磷酸铁盐（Fe-P）和磷酸铝盐）和磷酸铝盐（Al-P）为主。）为主。（1 1）Ca-P（钙磷），以磷灰石为主（钙磷），以磷灰石为主 2、吸附态磷17氟磷灰石氟磷灰石Ca5(PO4)3F溶度积溶度积10-120.9氢氧磷灰石氢氧磷灰石Ca5(PO4)3OH溶度积溶度积10-113.7磷酸八钙磷酸八钙Ca8H2(PO4)6溶度积溶度积10-46.9磷酸三钙磷酸三钙Ca3(PO4)2溶度积溶度积10-26.0磷酸二钙磷酸二钙CaHPO4溶度积溶度积10-6.56 溶解度随溶解度随pH降低而增大降低而增大。（2 2）FeFe-P P（铁磷）（铁磷）以粉红磷铁矿以粉红磷铁矿FePOFePO4 42H2H2 2O O为代表，溶度积为代表，溶度积1010-34.934.9。（3）AlAl-P P（铝磷）（铝磷）以磷铝石以磷铝石AlPOAlPO4 42H2H2 2O O为代表，溶度积为代表，溶度积1010-30.530.5。Fe-P Fe-P和和Al-PAl-P的溶解度随的溶解度随pHpH升高而增大。升高而增大。氟磷灰石Ca5(PO4)3F 18（4 4）O-PO-P（闭蓄态磷）（闭蓄态磷）氧化铁胶膜包被的磷酸盐，无效磷。当氧化铁胶膜包被的磷酸盐，无效磷。当FeFe2 2O O3 3胶膜还原胶膜还原溶解后，磷被释放。溶解后，磷被释放。(二二)有机态磷有机态磷土土壤壤有有机机磷磷含含量量变变化化大大，一一般般占占土土壤壤表表层层全全磷磷的的2080%，随随土土壤壤有有机机质质含含量量增增加加而而增增加加。一一般般需需经经矿矿化化为为无无机磷后机磷后才能被植物吸收利用。才能被植物吸收利用。土土壤壤有有机机磷磷的的化化学学组组成成，目目前前大大部部分分为为未未知知，已已知知者者主要有主要有3种。种。（1）植植素素类类植植酸酸与与钙钙、镁镁等等离离子子结结合合而而成成。一一般般占土壤有机磷总量的占土壤有机磷总量的2030%。（4）O-P（闭蓄态磷）19（2）核核酸酸类类含含磷磷、氮氮的的复复杂杂有有机机化化合合物物。多多数数报报道道占土壤有机磷总量的占土壤有机磷总量的110%。（3）磷脂类）磷脂类醇、醚溶性的有机磷化合物，一般约占醇、醚溶性的有机磷化合物，一般约占土壤有机磷总量的土壤有机磷总量的1%。容易分解矿化为磷酸。容易分解矿化为磷酸。土壤有机磷的分解决土壤有机磷的分解决定于微生物活性及其适宜定于微生物活性及其适宜环境，尤其是土温，低温环境，尤其是土温，低温限制其分解和有效化。限制其分解和有效化。二、土壤磷循环与转化二、土壤磷循环与转化 （一）土壤磷的循环（一）土壤磷的循环 （2）核酸类含磷、氮的复杂有机化合物。多数报道占土壤有机20 （二）（二）土壤磷的转化土壤磷的转化1、成土过程中磷的转化、成土过程中磷的转化 成土过程中由于成土过程中由于生物作用生物作用，土壤中出现有机磷，并随有，土壤中出现有机磷，并随有机质积累而增加。机质积累而增加。随着土壤矿物随着土壤矿物风化程度风化程度的提高，的提高，CaP逐渐减少，逐渐减少，FeP和和OP逐渐增多，而逐渐增多，而AlP在各类土壤中所占的比重均较小。在各类土壤中所占的比重均较小。在在成土过程中成土过程中，母质的磷矿物（主要是磷灰石）风化释，母质的磷矿物（主要是磷灰石）风化释放水溶态磷，并被次生矿物吸附固定，进而形成新的矿物态放水溶态磷，并被次生矿物吸附固定，进而形成新的矿物态磷。磷。（二）土壤磷的转化 成土过程中由于生物作用，土壤中出现有21土土壤壤pH无无机机磷磷形形态态构构成成比比例例（%）Al-PFe-PCa-PO-P褐褐土土8.08.53.46.90.00.561711220黄黄潮潮土土7.58.51.64.10.00.763653135黄黄棕棕壤壤6.07.03.710252713204557红红壤壤4.55.50.35.715261.5165283砖砖红红壤壤4.55.50.01.52.5140.95.38494我国几种土壤的无机磷形态构成（引自中国土壤）我国几种土壤的无机磷形态构成（引自中国土壤）2、耕地土壤中可溶性磷酸盐的转化、耕地土壤中可溶性磷酸盐的转化可溶性化学磷肥可溶性化学磷肥主要是主要是Ca(H2PO4)2，施入土壤后，施入土壤后，很快转变为不溶性磷，称为磷的固定。很快转变为不溶性磷，称为磷的固定。土 壤pH无 机 磷 形 态 构 成 比 例（%22磷磷肥肥在在土土壤壤中中的的生生物物利利用用率率一一般般只只有有1020%，远远较较氮、钾肥低，磷的固定是主要原因。氮、钾肥低，磷的固定是主要原因。磷肥在石灰性土中与钙结合形成溶解度低的磷肥在石灰性土中与钙结合形成溶解度低的Ca-P，最，最终成为磷灰石。在酸性土则主要形成溶解度低的终成为磷灰石。在酸性土则主要形成溶解度低的Fe-P和和O-P。（三）土壤磷的调节（三）土壤磷的调节1、活性磷和磷的固定、活性磷和磷的固定（1 1）土土壤壤磷磷可可分分为为活活性性磷磷和和非非活活性性磷磷，土土壤壤全全磷磷中中，活活性性磷磷只只占占极极小小部部分分，且且与与全全磷磷无无相相关关性性，非非活活性性磷磷则则占占95%以上。以上。磷肥在土壤中的生物利用率一般只有1020%，远较氮23 （2 2）土壤活性磷）土壤活性磷有效磷（速效磷）有效磷（速效磷）包括可被植物吸收的包括可被植物吸收的水溶态磷水溶态磷，部分或全部，部分或全部吸附态磷吸附态磷和易矿化有效态和易矿化有效态有机磷有机磷以及某些易溶解的以及某些易溶解的沉淀态磷酸盐沉淀态磷酸盐。（3 3）土壤有效磷在化学上的意义）土壤有效磷在化学上的意义 土壤有效磷：能与土壤有效磷：能与3232P P进行同位素交换或被某些化学试进行同位素交换或被某些化学试剂提取的磷。剂提取的磷。其实其实“有效磷有效磷”的化学涵义并不确定，因为同一土的化学涵义并不确定，因为同一土壤用不同化学试剂提取的壤用不同化学试剂提取的“有效磷有效磷”含量差异很大，含量差异很大，由此提出的土壤有效磷的丰缺指标也不相同。由此提出的土壤有效磷的丰缺指标也不相同。（2）土壤活性磷有效磷（速效磷）其实“有效磷”的化学涵24不同方法不同方法(提取剂提取剂)测定的土壤有效磷丰缺指标比较测定的土壤有效磷丰缺指标比较(P,mg/kg)有效磷分级有效磷分级碳酸氢钠法碳酸氢钠法盐酸盐酸-氟化铵法氟化铵法施磷肥反应施磷肥反应低低515显显著著中等中等5101524较显著较显著较高较高10182430不显著不显著高高182530无无效效注意注意：土壤有效磷须说明测定方法。：土壤有效磷须说明测定方法。四川耕地土壤有效磷（碳酸氢钠法）含量分级面积四川耕地土壤有效磷（碳酸氢钠法）含量分级面积有效磷（有效磷（P，mg/kg）水田土壤（水田土壤（%）旱地土壤（旱地土壤（%）547.965.151046.523.2105.611.7不同方法(提取剂)测定的土壤有效磷丰缺指标比较(P,mg/k25土壤有效磷缺乏土壤有效磷缺乏临界值临界值（P，mg/kg）旱旱地地作作物物一一般般为为10，水水稻稻为为5，因因为为土土壤壤淹淹水水后后，部部分分非非活活性性磷磷将将转转化化为为有有效效磷磷。四四川川水水田田土土壤壤近近1/2缺缺磷磷，旱地土壤近旱地土壤近90%缺磷。缺磷。土壤土壤活性磷活性磷与与非活性磷非活性磷在一定条件下相互转化。在一定条件下相互转化。固定固定 活性磷活性磷 非活性磷非活性磷 有效化有效化 有机质有机质C/P200可分解释放有效无机磷。可分解释放有效无机磷。土壤有效磷缺乏临界值（P，mg/kg）土壤活性磷与非26 2 2、提高土壤磷有效性的途径、提高土壤磷有效性的途径 （1 1）酸性土壤）酸性土壤施用石灰施用石灰，调节其，调节其pHpH至至6.56.56.86.8。（2 2）增加土壤）增加土壤有机质有机质，减少磷的固定，减少磷的固定有机酸等螯合剂与有机酸等螯合剂与Ca、Fe、Al螯合，促使磷的释放。螯合，促使磷的释放。腐殖质包被铁、铝氧化物等胶体表面，减少其对磷的吸附。腐殖质包被铁、铝氧化物等胶体表面，减少其对磷的吸附。有机质分解产生的有机质分解产生的CO2，使，使Ca-P碳酸化而增加溶解度。碳酸化而增加溶解度。（3 3）土壤）土壤淹水还原淹水还原可明显提高磷有效性可明显提高磷有效性酸性土壤淹水还原酸性土壤淹水还原pHpH上升促使活性铁、铝氧化物的沉淀，上升促使活性铁、铝氧化物的沉淀，减少磷的固定，碱性土减少磷的固定，碱性土pHpH降低，增加降低，增加CaPCaP的溶解度。的溶解度。土土壤淹水壤淹水Eh下降，铁被还原，使部分下降，铁被还原，使部分FeP和和OP活化为活化为有效磷。有效磷。2、提高土壤磷有效性的途径 有机酸等螯合剂与Ca、Fe、A27（1）集中施肥（减少与土壤接触面），与有机肥配）集中施肥（减少与土壤接触面），与有机肥配合施用，施用于作物近根区（磷的移动性小）。合施用，施用于作物近根区（磷的移动性小）。（2）水旱轮作的磷肥施用，旱）水旱轮作的磷肥施用，旱(作作)重，水重，水(稻稻)轻。轻。（3）酸性土壤施碱性磷肥（钙镁磷肥等），碱性土）酸性土壤施碱性磷肥（钙镁磷肥等），碱性土施酸性磷肥（过磷酸钙等）。施酸性磷肥（过磷酸钙等）。（4）氮磷配合。豆科作物以磷增氮。）氮磷配合。豆科作物以磷增氮。3、磷肥施用注意问题、磷肥施用注意问题（1）集中施肥（减少与土壤接触面），与有机肥配合施用，施用于281、土壤硫的含量（、土壤硫的含量（S）土壤硫主要来源：母质、灌溉水、大气沉降和施土壤硫主要来源：母质、灌溉水、大气沉降和施肥等。肥等。矿矿质质土土壤壤含含硫硫（S）量量一一般般在在0.10.5g/kg之之间间，随随有机质含量增加而增加。有机质含量增加而增加。三、土壤硫的含量和形态三、土壤硫的含量和形态植物对硫的需要量和矿质土壤含硫量都与磷相类似，植物对硫的需要量和矿质土壤含硫量都与磷相类似，但土壤缺硫现象不如缺磷现象常见。其主要原因：但土壤缺硫现象不如缺磷现象常见。其主要原因：一是土壤对硫的固定远不如磷。一是土壤对硫的固定远不如磷。二是施肥、雨水、灌溉水等可向土壤补给一定数量二是施肥、雨水、灌溉水等可向土壤补给一定数量的硫。的硫。1、土壤硫的含量（S）三、土壤硫的含量和形态植物对硫的需要量29难溶态硫难溶态硫(FeS2、ZnS、等固态矿物态、等固态矿物态)(1)无机态硫无机态硫水溶性硫水溶性硫(土壤溶液中的土壤溶液中的SO42-,有时有有时有S2-)吸附态硫吸附态硫(胶体吸附胶体吸附SO42-与溶液与溶液SO42-平衡平衡)(2)有机态硫有机态硫 其含量随土壤有机质增加而增加。其含量随土壤有机质增加而增加。在湿润地区，土壤硫以有机硫为主，据我国南方在湿润地区，土壤硫以有机硫为主，据我国南方10省土壤分析省土壤分析统计资料，有机硫占全硫统计资料，有机硫占全硫86%(四川四川)94%(福建福建)。北方干旱、半干旱地区土壤则以无机硫北方干旱、半干旱地区土壤则以无机硫(CaSO4、Na2SO4)为主。为主。2、土壤硫的形态、土壤硫的形态在湿润地区，土壤硫以有机硫为主，据我国南方10省土壤分析统计30 3 3、有效硫的含量、有效硫的含量土壤有效硫（土壤有效硫（S S）分级为）分级为:高：高：303050mg/kg50mg/kg中：中：161630mg/kg30mg/kg，可满足作物需要，可满足作物需要低：低：16mg/kg16mg/kg，作物容易出现缺硫现象，作物容易出现缺硫现象 葱、姜、蒜是需硫较多的作物，蒜苔缺硫会导致抽苔葱、姜、蒜是需硫较多的作物，蒜苔缺硫会导致抽苔率低。率低。在富含有机硫的水田土壤，在淹水还原条件下形成在富含有机硫的水田土壤，在淹水还原条件下形成H2S、FeS等有害物质，在氧化条件下则形成酸性硫酸盐，如等有害物质，在氧化条件下则形成酸性硫酸盐，如Fe2(SO4)3、Al2(SO4)3等，导致土壤强烈酸化。等，导致土壤强烈酸化。3、有效硫的含量在富含有机硫的水田土壤，在淹水还原条件下形31四、土壤硫的循环和转化四、土壤硫的循环和转化在土壤硫的循环中，硫酸盐（在土壤硫的循环中，硫酸盐（SO42-）有特别的地位。）有特别的地位。四、土壤硫的循环和转化32（1）土壤硫的输入）土壤硫的输入大气无机硫（大气无机硫（SO2）的沉降。）的沉降。含硫矿物质和有机质的输入。含硫矿物质和有机质的输入。（2）土壤硫的输出）土壤硫的输出植物吸收（植物吸收（SO42-）；）；SO42-的淋失；的淋失；H2S的挥发。的挥发。2、土壤硫的转化、土壤硫的转化（1）有机硫的矿化和固定）有机硫的矿化和固定（2）矿质硫（矿质硫（SO42-）的吸附和解吸）的吸附和解吸（3）硫化物和元素硫的氧化：氧化产生）硫化物和元素硫的氧化：氧化产生H2SO4，导，导致土壤酸化。致土壤酸化。1、土壤硫的输入与输出、土壤硫的输入与输出 （1）土壤硫的输入1、土壤硫的输入与输出33第三节第三节 土壤中的钾钙镁土壤中的钾钙镁v一、土壤钾的形态和含量一、土壤钾的形态和含量 土壤全钾（土壤全钾（K2O）含量一般在）含量一般在20g/kg左右，石灰性土左右，石灰性土可高达可高达30g/kg以上，而红壤、砖红壤则可低于以上，而红壤、砖红壤则可低于2g/kg。我国。我国土壤全钾量自南向北、自东向西增加。土壤全钾量自南向北、自东向西增加。土壤钾的形态（占全钾土壤钾的形态（占全钾%）非交换性钾非交换性钾（28%）矿物钾矿物钾(998%)交换性钾交换性钾（12%）水溶性钾水溶性钾（很少）（很少）无效钾无效钾缓效钾缓效钾速效钾速效钾第三节 土壤中的钾钙镁一、土壤钾的形态和含量土壤钾的形态（341、矿物钾、矿物钾土壤胶体静电吸附的土壤胶体静电吸附的K+,与溶液中与溶液中K+保持动态平衡，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。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、交换性钾包括水云母和黑云母等固有的钾和包括水云母和黑云母等固有的钾和2 1型粘土矿物所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。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：土壤缓效钾的分级指标：K600mg/kg600300mg/kg300mg/kg高高中中低低2、非交换性钾，又称缓效钾、非交换性钾，又称缓效钾主要指原生矿物钾主要指原生矿物钾结构钾，极难风化，为无效钾。结构钾，极难风化，为无效钾。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354、水溶性钾（溶液钾）、水溶性钾（溶液钾）为为植植物物可可直直接接吸吸收收的的速速效效钾钾，数数量量很很少少。土土壤壤速速效效钾钾与全钾含量之间无相关性。与全钾含量之间无相关性。土壤速效钾含量（土壤速效钾含量（K K，mg/kgmg/kg）与钾肥肥效的关系）与钾肥肥效的关系 土壤速效钾土壤速效钾供钾水平供钾水平作物对钾的反应作物对钾的反应30极低极低反应较明显反应较明显3060低低一般有肥效一般有肥效60100中中一一定定条条件件下下有有肥肥效效，肥肥效效大大小小因因作作物物、其其它它肥效配合、耕作制度和缓效钾含量而异肥效配合、耕作制度和缓效钾含量而异100160高高施钾肥一般无效施钾肥一般无效160极高极高不需施用钾肥不需施用钾肥 4、水溶性钾（溶液钾）土壤速效钾供钾水平作物对钾的反应36四川耕地土壤速效钾分级面积统计（第二次土壤普查资料）四川耕地土壤速效钾分级面积统计（第二次土壤普查资料）耕地土壤耕地土壤面积面积（%）土壤速效钾（土壤速效钾（K，mg/kg）1501501001005050水田土壤水田土壤1.0528.1161.659.19旱地土壤旱地土壤9.7537.0350.262.96四川耕地土壤速效钾分级面积统计（第二次土壤普查资料）耕地土37二、土壤钾的转化及其调节二、土壤钾的转化及其调节二、土壤钾的转化及其调节 38三、土壤钾的固定和释放及其影响因子三、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、土壤钾的固定及影响因子土壤钾的固定：交换性钾土壤钾的固定：交换性钾非交换性钾非交换性钾影响因子：影响因子：（1）粘粒矿物类型（）粘粒矿物类型（21型粘粒矿物）；型粘粒矿物）；（2）土壤质地（粘粒含量）；）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）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）；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）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）。角形孔穴，减少对钾的固定）。三、土壤钾的固定和释放及其影响因子39土壤钾的释放：非交换性钾土壤钾的释放：非交换性钾交换性钾、水溶性钾交换性钾、水溶性钾（1）释放钾主要）释放钾主要来自来自固定态钾和黑云母中易风化钾。固定态钾和黑云母中易风化钾。（2）钾的）钾的释放量释放量随交换性钾含量下降而增加。随交换性钾含量下降而增加。（3）土土壤壤释释钾钾能能力力主主要要决决定定于于其其非非交交换换性性钾钾的的含含量量。故故土土壤壤非非交交换换性性钾钾（缓缓效效钾钾）含含量量可可作作为为评评价价土土壤壤供供钾钾潜潜力力的指标。的指标。（4）干燥、灼烧和冰冻干燥、灼烧和冰冻对土壤钾的释放有显著影响。对土壤钾的释放有显著影响。2、土壤钾的释放及影响因子、土壤钾的释放及影响因子土壤钾的释放：非交换性钾交换性钾、水溶性钾2、土壤钾的释放401 1、土壤中钙、镁形态、土壤中钙、镁形态 （1 1）矿物态）矿物态包包括括原原生生矿矿物物和和次次生生矿矿物物，溶溶解解度度变变化化很很大大，其其中中石石膏膏（CaSOCaSO4 42H2H2 2O O）的的溶溶解解度度较较高高，橄橄榄榄石石(Mg(Mg、Fe)Fe)2 2SiOSiO4 4 等易风化释放镁。等易风化释放镁。（2 2）交换态和水溶态）交换态和水溶态 两者均属有效态。一般土壤交换性盐基以交换性两者均属有效态。一般土壤交换性盐基以交换性CaCa2+2+为主，次为交换性为主，次为交换性MgMg2+2+。水溶态一般数量很少，既与。水溶态一般数量很少，既与交换态处于交换平衡，也与某些矿物态处于溶解平衡，交换态处于交换平衡，也与某些矿物态处于溶解平衡，如水溶态如水溶态CaCa2+2+与与CaCOCaCO3 3、CaSOCaSO4 4等的平衡。等的平衡。四、土壤中的钙和镁四、土壤中的钙和镁1、土壤中钙、镁形态 四、土壤中的钙和镁41 华华北北和和西西北北地地区区土土壤壤以以及及其其它它地地区区的的石石灰灰性性土土壤壤，富富含含钙钙、镁镁碳碳酸酸盐盐和和硫硫酸酸盐盐，水水溶溶态态钙钙、镁镁可可满满足足植植物生长的需要。物生长的需要。南方南方酸性土壤酸性土壤，不仅不含钙、镁碳酸盐，土壤，不仅不含钙、镁碳酸盐，土壤交换性钙、镁也较少，有效钙、镁不足，应适量施用交换性钙、镁也较少，有效钙、镁不足，应适量施用石灰或钙、镁矿质肥料予以补充。石灰或钙、镁矿质肥料予以补充。2、土壤钙、镁的丰、缺状况、土壤钙、镁的丰、缺状况 华北和西北地区土壤以及其它地区的石灰性土壤，富含钙、42第四节第四节土壤中的微量元素循环土壤中的微量元素循环一、土壤中微量元素的来源及转化一、土壤中微量元素的来源及转化 1 1、土壤中微量元素的来源与损失、土壤中微量元素的来源与损失主要主要来源来源于岩石矿物，土壤微量元素的种类及其含于岩石矿物，土壤微量元素的种类及其含量因母质而异。其次是大气和土壤施肥等。量因母质而异。其次是大气和土壤施肥等。主要主要损失损失是植物吸收和收获物带走，淋洗和侵蚀也是植物吸收和收获物带走，淋洗和侵蚀也造成损失。造成损失。第四节 土壤中的微量元素循环一、土壤中微量元素的来源及432、微量元素转化、微量元素转化 2、微量元素转化 44二、土壤中微量元素的形态二、土壤中微量元素的形态1、水溶态、水溶态存存在在于于土土壤壤溶溶液液中中或或可可用用水水提提取取的的微微量量元元素素离离子子或或分分子（主要是离子态），含量一般子（主要是离子态），含量一般5mg/L。2、交换态、交换态吸附于胶体表面可为其他离子交换出来的微量元素。吸附于胶体表面可为其他离子交换出来的微量元素。含量一般含量一般110mg/L。二、土壤中微量元素的形态453、专性吸附态、专性吸附态在在有有机机或或无无机机双双电电层层内内层层通通过过共共价价键键结结合合而而被被吸吸附附的的微微量量元元素素，不不能能和和另另一一种种交交换换性性离离子子进进行行交交换换，但但比比晶晶格格中中矿矿物物态态的的易易释释放放。Cu2+、Zn2+、MoO4-、H4BO4-等较易发生专性吸附。等较易发生专性吸附。4、有机态、有机态存存在在于于土土壤壤有有机机质质中中呈呈络络合合或或吸吸附附态态。当当有有机机质质分分解时，较易释放，故有效性较高。解时，较易释放，故有效性较高。3、专性吸附态46 5、铁、锰氧化物包被态、铁、锰氧化物包被态 主要是亲铁元素（主要是亲铁元素（Mo）常与铁共存，当铁从原生矿）常与铁共存，当铁从原生矿物中风化释放出来，形成非晶形含水氧化铁，逐渐结晶物中风化释放出来，形成非晶形含水氧化铁，逐渐结晶时，便被包裹在氧化铁的结晶里。只有包膜破坏后才能时，便被包裹在氧化铁的结晶里。只有包膜破坏后才能释放，故近于矿物态。释放，故近于矿物态。6、矿物态、矿物态存存在在于于固固体体矿矿物物中中不不能能被被其其他他离离子子交交换换出出来来的的微微量量元素。在酸性条件下，多数矿物溶解度增大。元素。在酸性条件下，多数矿物溶解度增大。5、铁、锰氧化物包被态47三、土壤中微量元素有效性及其影响因素三、土壤中微量元素有效性及其影响因素1、酸碱度、酸碱度Fe、Mn氧化态的溶解度降低，还原态溶解度较高。氧化态的溶解度降低，还原态溶解度较高。在强还原条件下，在强还原条件下，Zn、Cu可能因形成可能因形成ZnS、Cu2S而降低有效性。而降低有效性。2、Eh阳离子型微量元素阳离子型微量元素Fe、Mn、Cu、Zn的溶解度的溶解度随随pH下降而增大下降而增大，故在酸性条件下有效性高，阴离，故在酸性条件下有效性高，阴离子型的子型的Mo在碱性下有效性高，而在碱性下有效性高，而B则在微酸和中性则在微酸和中性的有效性较高的有效性较高三、土壤中微量元素有效性及其影响因素Fe、Mn氧化态的溶解度483、有机质、有机质与粘粒的吸附作用有关，粘质土壤微量元素的有与粘粒的吸附作用有关，粘质土壤微量元素的有效含量一般高于砂质土壤。效含量一般高于砂质土壤。4、质地、质地过渡金属离子与有机化合物络合，简单的络合物过渡金属离子与有机化合物络合，简单的络合物可直接为植物吸收，但复杂的络合物一般不能被可直接为植物吸收，但复杂的络合物一般不能被植物吸收；如泥炭土中的铜、锌络合物。植物吸收；如泥炭土中的铜、锌络合物。3、有机质 与粘粒的吸附作用有关，粘质土壤微量元素的有 4、49四、土壤微量元素有效性化学诊断的参考指标四、土壤微量元素有效性化学诊断的参考指标 土壤中微量元素缺乏的原因是：土壤中微量元素缺乏的原因是：一是全量低，一是全量低，二是有效性低。二是有效性低。项项目目FeMnZnCuMoB方法方法(浸浸提剂提剂)临临界值界值(mg/kg)DTPATamm热水热水2-510.5-1.00.20.1-0.20.1-0.5四、土壤微量元素有效性化学诊断的参考指标 土壤中微量元50第五节第五节 土壤养分平衡及有效性土壤养分平衡及有效性一、土壤养分的动态平衡一、土壤养分的动态平衡第五节 土壤养分平衡及有效性 一、土壤养分的动态平衡 51二、土壤中养分向植物根的移动二、土壤中养分向植物根的移动1、截获截获2、质流质流3、扩散扩散三、土壤溶液中养分的补给三、土壤溶液中养分的补给1、养分容量和强度指标、养分容量和强度指标强度因素强度因素土壤溶液中养分离子的浓度。土壤溶液中养分离子的浓度。容量因素容量因素土壤中有效养分总量，即固相能补给土壤中有效养分总量，即固相能补给土壤溶液养分的总贮量（土壤溶液养分的总贮量（Q）。）。土壤养分缓冲容量土壤养分缓冲容量固相维持溶液中养分离子强固相维持溶液中养分离子强 度（度（I）的能力。）的能力。二、土壤中养分向植物根的移动 522、土壤养分的能量概念、土壤养分的能量概念 常温常压下，土壤溶液中某一组分的常温常压下，土壤溶液中某一组分的化学位化学位是其浓度是其浓度或活度的指函数，代表该组分的能量水平，化学位高的养或活度的指函数，代表该组分的能量水平，化学位高的养分离子，对植物的有效性亦高。分离子，对植物的有效性亦高。（1 1）离子吸附结合能）离子吸附结合能土壤胶体与其吸附离子的结合能。土壤胶体与其吸附离子的结合能。（2 2）养分位的概念）养分位的概念把养分的有效性与化学位联系起来，把养分的有效性与化学位联系起来，用化学位衡量养分的有效度，称为养分位用化学位衡量养分的有效度，称为养分位。但养分位不等。但养分位不等于化学位，而是化学位的简单函数。于化学位，而是化学位的简单函数。2、土壤养分的能量概念53