第十章土壤養(yǎng)分循環(huán)ppt課件

1、第十章 土壤養(yǎng)分循環(huán),主要內(nèi)容 (重點)：,教學(xué)目標(biāo)與要求：,教學(xué)方式與手段：,課時安排與進(jìn)度：,1.土壤氮素循環(huán) （重點） 2.土壤磷和硫的循環(huán) （重點） 3.土壤中的鉀鈣鎂 4.土壤中的微量元素循環(huán),從養(yǎng)分的來源、含量、形態(tài)和轉(zhuǎn)化過程來掌握 各種土壤養(yǎng)分。重點掌握土壤氮、磷的轉(zhuǎn)化過 程，尤其是無效化過程；了解土壤鉀、鈣、鎂 的狀況以及微量元素的重要性。,幻燈，動畫演示；舉例分析；,課時數(shù)：4課時, 土壤養(yǎng)分指植物所必需的，主要是土壤來提供的營養(yǎng)元素就叫做土壤養(yǎng)分。土壤養(yǎng)分是土壤肥力的物質(zhì)基礎(chǔ)，是土壤肥力的重要組成因素。,土壤養(yǎng)分的基本概念,指來自土壤的元素通常可以反復(fù)的再循環(huán)和利用,典型的

2、再循環(huán)過程。包括 生物從土壤中吸收養(yǎng)分； 生物的殘體歸還土壤； 在土壤微生物的作用下，分解生物殘體，釋放養(yǎng)分； 養(yǎng)分再次被生物吸收。,土壤養(yǎng)分循環(huán),一、作物所必需的營養(yǎng)元素,作物所需的營養(yǎng)元素,亞農(nóng)（Arnon）1954年對植物“必需”的養(yǎng)料元素定了三 條標(biāo)準(zhǔn)： （1）如果缺少這種元素，植物就不能生長或不能完成生 命周期 （2）這種元素不能被其他元素所代替，它有所具有的營 養(yǎng)作用 （3）這種養(yǎng)料元素在植物的代謝過程中具有直接的作用。,Mo對全部高等植物及大部分微生物是必需的； Na和Co對藻類、細(xì)菌與高等植物是必需的； Ca、B、Cl對高等植物是必需的，但對微生物，特別是真菌的生長則并不必需。

3、 此外，鋇、硅、鋁、碘與鎵幾種元素只對少數(shù)幾種植物必需。,農(nóng)作物多數(shù)屬于高等植物，所以其必需的營養(yǎng)元素一般有16個： C、O、H、N、K、P、S、Ca、Mg、Fe、B、Mn、Cu、Zn、Mo、Cl,其中第一條最重要。但要通過實驗來證明這幾點往往很困難。除了C、H、O三元素外，還有九種元素對所有的植物都是必需的：N、P、K、Mg、S、Fe、Mo、Zn、Cu,這是路密斯（Loomis）和許爾（Shull）于1973年首先使用的名稱。按習(xí)慣標(biāo)準(zhǔn)： 大量元素：植物對這種元素的需要量超過1%。前九種屬之。 前九個占干體重的絕大多數(shù)，即植物吸收的數(shù)量大，通常占植物干重千分幾到百分之幾十。 微量元素：植物對

4、這種元素的需要小于植物干重的0.1%。,大量元素和微量元素,土壤養(yǎng)分三要素 在植物所必需的營養(yǎng)元素中，C、H、O大約占植株干重的95%。碳主要來自與大氣中的二氧化碳，而H、O則來自與土壤中的水分，氧可來自空氣。氮則除豆科作物外大部分取源于土壤。,氮磷鉀三要素，簡稱土壤養(yǎng)分三要素。其所以重要就在于必需經(jīng)常調(diào)節(jié)其供不應(yīng)求的狀況，而不是指它們在作物營養(yǎng)中所起的作用。,第一節(jié) 土壤氮素循環(huán),1含量 我國耕地土壤含氮一般在0.02%0.2%之間；高于0.2%的很少，大部分低于0.1%。而華北、西北大部分地區(qū)土壤耕層發(fā)含氮量不足0.1%；南方土壤的含氮量介于二者之間。,一般把土壤含氮量 0.2%者為“高”

5、；0.2%0.1%之間者為“中”；0.1%0.05%者為“低”， 0.05%者為“極低”。一般把作物在不施氮區(qū)的全年生長期所吸收的氮量為土壤供氮能力的良好指標(biāo)。,固氮作用主要是靠微生物，固氮微生物分共生和自生兩類。 （1）與豆科作物共生的固氮菌，其固氮能力很強。1020斤/畝 （2）自生固氮菌，有分為好氣和嫌氣兩類。 好氣性固氮能力強，在熱帶林地，可達(dá)1030斤/畝,2來源 土壤中的氮素關(guān)非來源于土壤礦物質(zhì)。是生物固氮作用產(chǎn)生的。,對于農(nóng)田來說，土壤氮素的來源不止以上兩種途徑，包括： （1）固氮作用；自生固氮 、共生固氮和聯(lián)合固氮 （2）降水； （3）灌水； （4）施肥； 有機(jī)肥； 無機(jī)化肥；

6、它們是土壤氮肥的主要來源。,1植被與氣候 一般： 草本植物 木本植物 草本植物：豆科 非豆科 木本植物：闊葉林針葉林,一 影響土壤氮素含量的因素,一般而言： 溫度愈高，有機(jī)質(zhì)分解愈快，OM含量低，N少； 濕度愈高，有機(jī)質(zhì)分解愈慢，OM積累的多，N多。,2土壤有機(jī)質(zhì)含量 土壤氮素和土壤有機(jī)質(zhì)二者呈正相關(guān)關(guān)系。土壤氮素的含量大致占土壤有 機(jī)質(zhì)含量的5%左右。,1有機(jī)成氮占全氮的絕大部分，9298%。有機(jī)氮的礦化 率只有36%。 （1）可溶性有機(jī)氮 5%，主要為： 游離氨基酸、胺鹽 （速 效 氮）及酰胺類化合物 （2）水解性有機(jī)氮5070%，用酸堿或酶處理而得。包 括：蛋白質(zhì)及肽類、核蛋白類、氨基糖

7、類 （3）非水解性有機(jī)氮3050%，主要可能是雜環(huán)態(tài)氮、 縮胺類,二 土壤氮素的存在形態(tài),2無機(jī)態(tài)氮 土壤無機(jī)氮占全氮 12%(150ppm)。最多不超過58%； （1）銨態(tài)氮(NH4) 在土壤里有三種存在方式：游離態(tài)、交換態(tài)、固定態(tài)。 （2）硝態(tài)氮（NO3-N）在土壤主要以游離態(tài)存在。 （3）亞硝態(tài)氮（NO2-N）主要在嫌氣性條件下才有可能存在，而且數(shù)量也極少。在土壤里主要以游離態(tài)存在。 3游離態(tài)氮（N2）,三 土中氮素的轉(zhuǎn)化,一）土壤氮素的有效化過程 1有機(jī)態(tài)氮的礦化過程 含氮的有機(jī)合化物，在多種微物物的作用下降解為簡單的氨態(tài)氮的過程。,條件：亞硝化細(xì)菌（專性自養(yǎng)型微生物） 通氣：良好 O

8、2 5% pH 5.5 - 10 (7-9), 4.5 受抑制！ 水分：5060% 溫度：35 2 STOP! 養(yǎng)分：Cu，Mo等促進(jìn)硝化作用的進(jìn)行。缺鈣，不利。,（2）硝化作用 硝化微生物 2NO2- + O2 2NO3- + 40千卡 以(Nitrobacter為主) 條件：硝化細(xì)菌（以Nitrobacter為主）其它同亞硝化作用,在通氣良好的條件下，硝化作用的速率亞硝化 作用銨化作用，因此，在正常土壤中，很少有亞硝 態(tài)氮和銨態(tài)氮及氨的積累。,反硝化作用的條件是 1）具反硝化能力的細(xì)菌，反硝化細(xì)菌現(xiàn)已知有33個屬，多數(shù)是異養(yǎng)型，也有幾種是化學(xué)自養(yǎng)型，但在多數(shù)農(nóng)田都不重要； 2）合適的電子供

9、體，如有機(jī)C化合物、還原性硫化合物或分子態(tài)氫；有效態(tài)碳的影響最大; 3）厭氧條件，與田間持水量大小密切相關(guān)； 嫌氣狀態(tài) O2 8.2 - 9時，反硝化作用減弱。,（1）亞硝酸分解反應(yīng) 3HNO2 HNO3 + 2NO + H2O 條件：酸性愈強，分解愈快。 （2）氨態(tài)氮的揮發(fā) 在堿性條件下， NH4+ + OH- NH3 + H2O 土壤中的銨態(tài)氮在堿性條件下，很容易以NH3的形式直接從土壤表面損失掉。,2化學(xué)脫氮過程 主要是指在一些特殊的情況下，如強酸反應(yīng)，溫度較高和水分含量很低等，亞硝酸協(xié)與一些其他化合物（包括有機(jī)化合物）進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而生成分子態(tài)氮或氧化亞氮的過程,3粘粒礦物對銨的固定 我

10、國北方的土壤中，能固銨的粘粒礦物較多，但其土壤中銨極少，而南方水田的銨態(tài)較多，而能固定銨的粘土礦物不多。因此，銨的粘土礦物固定在我國的意義不大。 4生物固定 5、硝酸鹽的淋洗,四、土壤氮素的調(diào)控,（一） C/N比影響,（二）施肥的影響,（三）淹水、灌溉的影響,1、在水田剖面的不同層次上，氮素的形態(tài)不同； 2、在水田中無機(jī)氮素以銨態(tài)氮為主； 3、反硝化作用明顯；,第三節(jié) 土壤磷和硫的循環(huán),（一）土壤中磷素的來源 土壤中的磷是由巖石風(fēng)化而來的。原生礦物的含磷量為0.12%左右。,（二）土壤磷的含量及影響因素 1土壤磷的含量 一般來說，土壤的磷素含量都在0.2%以下，紅壤、黃壤含磷只有0.04%。我

11、國土壤全磷的含量在0.02%0.11%之間。從總體來說，自北而南，土壤磷的含量是逐漸降低的 。,2影響土壤磷含量的因素 （1）母質(zhì)中礦物成分的不同； 基性巖 酸性巖 堿性沉積體酸性沉積體 如，由石灰性風(fēng)化體形成的紅壤的含磷量比由的 紅壤多得多。 （2）土壤質(zhì)地的差別 土壤細(xì)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,從上到下，磷的含量逐漸降低。原因 磷的遷移率很低； 植物根系的富積； 有機(jī)膠體或無機(jī)膠體對磷酸根的吸附作用，上層較強。 耕作制度和施肥的影響；,三）土壤中磷的存在形態(tài) 土壤磷素可分為兩大類：有機(jī)態(tài)磷和機(jī) 態(tài)磷。 有機(jī)態(tài)磷的含量占全磷的1020%左右。,1有機(jī)磷

12、化合物 主要是植素（肌醇六磷酸）或植酸 類，核蛋白或核酸以及磷類化合物。, 易溶性磷酸鹽 包括水溶性和弱酸溶性兩種。 易溶磷酸鹽，一方面來自與化肥，另一方面來自于難溶磷酸鹽的溶解。,一般來說，根據(jù)磷酸鹽的溶解性，可分為：, 難溶性磷酸鹽 如氟磷灰石、羥基磷灰石等存在于石灰性土壤中；粉紅磷鐵礦和磷鋁石在酸性土壤中較多。,1土壤磷的有效化過程 有機(jī)態(tài)磷和難溶性磷酸鹽在一定條件 下，轉(zhuǎn)化為植物可以吸收利用的水溶性的 磷酸鹽或弱酸溶性的磷酸鹽的過程是其有 效性提高的過程，通常稱之為磷的釋放。,（四）土壤磷的轉(zhuǎn)化,易溶性或速效態(tài)磷酸鹽轉(zhuǎn)化為難溶性遲效態(tài)和緩效態(tài)的過程，通常稱之為磷的固定。 土壤中磷的固定

13、是非常普遍的。,2土壤磷的無效化過程,（1）化學(xué)沉淀機(jī)制, 該固磷作用發(fā)生在土壤固相的表面。具體可分為： 表面交換反應(yīng)（pH 5.56.5） 通過土壤固相表面的OH-和溶液中的磷根交換， 表面上次生化學(xué)反應(yīng) 在土壤CaCO3晶核的表面通過化學(xué)反應(yīng)或吸附形成一層 CaHPO4的膜狀沉淀。 陽離子吸附機(jī)制（中性土壤）,（2）表面反應(yīng)機(jī)制,（3）閉蓄機(jī)制 當(dāng)磷在土壤中固定為粉紅磷鐵礦后，若土壤局部的pH升高，可粉紅磷鐵礦的表面形成一層無定形的氧化鐵薄膜，把原有的磷包被起來，這種機(jī)制叫閉蓄機(jī)制。 Fe(OH)3 PKs = 3738 粉紅磷鐵礦：PKs = 3335 膠膜有鐵鋁質(zhì)的、鈣質(zhì)的。,（4）生

14、物固定 有機(jī)質(zhì)C/P比為20013001，當(dāng)微生物的C/P比小于土壤有機(jī)質(zhì)時，就可產(chǎn)生生物固定。當(dāng)土壤中的磷太少時，對磷素、微生物和作物就會發(fā)生競爭。 特點： 表聚性； 暫時無效； 把無機(jī)磷 有機(jī)磷。,（五）土壤磷的調(diào)節(jié),1、活性磷和磷的固定 只有那些不溶性磷化合物和保持在粘粒或有 機(jī)質(zhì)中的固持態(tài)磷才稱為固定態(tài)的磷，這部分磷 占土壤全磷的95%以上，又稱為非活性磷。 土壤中可被植物吸收的磷組分稱為土壤的有效磷,2、提高土壤磷有效性的途徑。 （1） 土壤酸堿度 pH6.5-6.8之間為宜，可減少磷的固定作用，提高土壤磷的有效性。,（2） 土壤有機(jī)質(zhì) 有機(jī)陰離子與磷酸根競爭固相表面專性吸附點位，從

15、而減少了土壤對磷的吸附。 有機(jī)物分解產(chǎn)生的有機(jī)酸和其它螯合劑的作用，將部分固定態(tài)磷釋放為可溶態(tài)。 腐殖質(zhì)可在鐵、鋁氧化物等膠體表面形成保護(hù)膜，減少對磷酸根的吸附。 有機(jī)質(zhì)分解產(chǎn)生的CO2,溶于水形成H2CO3,增加鈣、鎂、磷酸鹽的溶解度。,（3） 土壤淹水 酸生土壤pH上升促使鐵、鋁形成氫氧化物沉 淀，減少了它們對磷的固定；堿性土壤pH有所 下降，能增加磷酸鈣的溶解度；反之，若淹水 土壤落干，則導(dǎo)致土壤磷的有效性下降。 土壤氧化還原電位(Eh)下降，高價鐵還原成低 價鐵,磷酸低鐵的溶解度較高，增加了磷的有效 度。 包被于磷酸表面鐵質(zhì)膠膜還原，提高了閉蓄 態(tài)磷的有效度。,第四節(jié) 土壤中的鉀 一、

16、土壤中鉀的形態(tài)和含量,（一）土壤鉀素的來源 土壤鉀的來源于巖石的風(fēng)化。 在地殼巖石中，鉀的含量比磷高得多，整個巖石界 含鉀量平均為2.45%。因此在氮、磷、外三要素中，鉀 在土 壤中的含量最高。,（二）鉀素的形態(tài) 1 礦物鉀 土壤礦物中的鉀一般稱為結(jié)構(gòu)鉀，占全鉀量的92-98%。 鉀長石 （KAlSi3O8）含鉀7.512.5% 微斜長石（CaI Na KAlSi3O8）含鉀7.0-11.5%， 白云母（K(AlSi3O8)Al2(OH2F)2）含鉀量6.59.0%，,2、非交換態(tài)鉀 又 稱緩效鉀，是指存在于膨脹性粘土礦物層間和 邊緣上的一部分鉀。占全鉀量的2-8%。,3、交換態(tài)鉀 指吸附在土

17、壤膠體表面的鉀離子。在土壤中的 含量一般為40-600mg/kg，占土壤全鉀量的1-2%。,1土壤中鉀的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過氮、磷，大體不超高3% （K2O）。我國自南向北含鉀量是逐漸增加的，如華南 地區(qū)，其平均水平 2%，東北、內(nèi)蒙的黑土可達(dá)2.6%。這主要是和地區(qū)的 風(fēng)化、成土條件不同有關(guān)。,（三）土壤鉀的含量及影響因素,（1）母質(zhì) 富鉀礦物： 長石類 正長石 鉀微斜長石等 含鉀量約在7- 12%之間。 云母類 白云母 黑云母 含鉀量約在 5- 9%之間。 次生粘粒礦物 水化云母（伊利石類）綠泥石等四川的紫色土含鉀較豐富,2影響鉀含量的因素,（2）風(fēng)化及成土條件 北方 南方 高溫、多雨而淋溶強度大

18、，K。 （3）質(zhì)地 粒徑越小，含K越多； 質(zhì)地越粘，含K越多。,1鉀的有效化 （1）礦物風(fēng)化 在土壤風(fēng)化和成土過程中所產(chǎn)生的各種有機(jī)或無機(jī) 酸可以把含鉀礦物中的鉀釋放出來。所釋放的鉀都是水溶性的速效鉀。,（四）土壤鉀的轉(zhuǎn)化,（2）微生物分解 一些微生物可以將鋁硅酸鹽分解，從而將其中的鉀 釋放出來。如硅酸鹽細(xì)菌。 （3）緩效鉀的釋放,圖108 土壤中不同形態(tài)鉀的平衡關(guān)系,（1）鉀固定的機(jī)制 在土壤條件變化時，如干濕交替、凍融交替、灼燒等，被土壤吸附在晶層表面的代換性鉀就會掉進(jìn)晶穴里，當(dāng)晶層間距變小，鉀離子便被封閉在里面，伊利石、拜來石、蒙脫石等，它們都屬21型礦物，但前二者比后者固鉀能力更強。 （2）影響鉀固定的因素 有粘粒礦物組成、結(jié)構(gòu)，水分；土壤反應(yīng)，農(nóng)業(yè)措施。,2土壤中鉀的無效過程鉀的固定 鉀的固定是指代換性鉀轉(zhuǎn)化為緩效鉀的過程。,土壤中硫的循環(huán)及轉(zhuǎn)化,土壤硫的輸入主要途徑有: 大氣無機(jī)硫(SO2)的沉降。 含硫礦物質(zhì)和生物有機(jī)質(zhì) 土壤硫的輸出：主要是植物吸收和土壤淋洗。,1、有機(jī)硫的礦化和固定 有機(jī)質(zhì)