土壤氮磷循環(huán)與環(huán)境效應(yīng)環(huán)境土壤學(xué)

1、2021-5-291 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 第一節(jié)第一節(jié). 土壤中氮素轉(zhuǎn)化與環(huán)境質(zhì)量土壤中氮素轉(zhuǎn)化與環(huán)境質(zhì)量 第二節(jié)第二節(jié). 土壤中磷素的轉(zhuǎn)化與環(huán)境質(zhì)量土壤中磷素的轉(zhuǎn)化與環(huán)境質(zhì)量 第三節(jié)第三節(jié). 土壤中氮磷流失控制土壤中氮磷流失控制 第一節(jié)第一節(jié). 土壤中氮素轉(zhuǎn)化與環(huán)境質(zhì)量土壤中氮素轉(zhuǎn)化與環(huán)境質(zhì)量 一一. 土壤氮素的含量及其來源土壤氮素的含量及其來源 二二. 土壤中氮素的形態(tài)土壤中氮素的形態(tài) 三三. 土壤中氮素的轉(zhuǎn)化土壤中氮素的轉(zhuǎn)化 四四. 土壤氮素管理與環(huán)境質(zhì)量土壤氮素管理與環(huán)境質(zhì)量 2021-5-292 2021-5-293 一一. 土壤氮素的含量及其來源土壤氮素的含量及其來源 含量含量： 一

2、般土壤含量范圍：一般土壤含量范圍：0.02%0.50% 我國耕地含量：我國耕地含量：0.04%0.35% 表層高，心、底土低表層高，心、底土低 來源：來源： A 生物固氮：包括自生固氮生物固氮：包括自生固氮 、共生固氮和聯(lián)合固氮；、共生固氮和聯(lián)合固氮； B 降水：降水：1.5-10.5 kg/hm2.a； C 灌水；灌水； D 施肥；有機(jī)肥、無機(jī)化肥施肥；有機(jī)肥、無機(jī)化肥 目前肥料是農(nóng)田土壤氮肥的主要來源。目前肥料是農(nóng)田土壤氮肥的主要來源。 2021-5-294 氮素是土壤中活躍營養(yǎng)元素，作物需求量大。和植物氮素是土壤中活躍營養(yǎng)元素，作物需求量大。和植物 需求相比，全世界大部分土壤缺氮，氮肥的

3、應(yīng)用有力需求相比，全世界大部分土壤缺氮，氮肥的應(yīng)用有力 地促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，開創(chuàng)了農(nóng)業(yè)歷史的新紀(jì)元。地促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，開創(chuàng)了農(nóng)業(yè)歷史的新紀(jì)元。 土壤中氮可以通過一系列化學(xué)反應(yīng)和物理過程以各種土壤中氮可以通過一系列化學(xué)反應(yīng)和物理過程以各種 形態(tài)進(jìn)入大氣和水體，對局部乃至全球環(huán)境產(chǎn)生種種形態(tài)進(jìn)入大氣和水體，對局部乃至全球環(huán)境產(chǎn)生種種 負(fù)面影響。圍繞施用氮肥產(chǎn)生的效益與弊端的討論一負(fù)面影響。圍繞施用氮肥產(chǎn)生的效益與弊端的討論一 直是土壤、肥料、地球物質(zhì)循環(huán)、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、環(huán)境直是土壤、肥料、地球物質(zhì)循環(huán)、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、環(huán)境 科學(xué)等多個研究領(lǐng)域密切關(guān)注的問題?？茖W(xué)等多個研究領(lǐng)域密切關(guān)注的問題。 20

4、21-5-295 二二. 土壤中氮素的形態(tài)土壤中氮素的形態(tài) 有機(jī)態(tài)氮 可溶性有機(jī)氮5%； 水解性有機(jī)氮5070%； 非水解性有機(jī)氮3050%。 無機(jī)態(tài)氮 銨態(tài)氮(NH4+)； 硝態(tài)氮(NO3-)； 亞硝態(tài)氮(NO2-)。 2021-5-296 有機(jī)態(tài)氮有機(jī)態(tài)氮 占全氮的絕大部分，95%以上。 可溶性有機(jī)氮可溶性有機(jī)氮5%， 主要為：游離氨基酸、胺鹽及酰胺類化合物； 水解性有機(jī)氮水解性有機(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、氨基糖類； 非水解性有機(jī)氮非水解性有機(jī)氮3050%， 主要可能是雜環(huán)態(tài)氮、縮胺類。 2021-5-297 無機(jī)態(tài)氮無機(jī)態(tài)氮 數(shù)量少、變化大，表土

5、中占全氮12%，最多不超過58%。 銨態(tài)氮(NH4+N)：可被土壤膠體吸附，一般不易流失， 但在旱田中，銨態(tài)氮很少，在水田中較多。 在土壤里有三種存在方式：游離態(tài)游離態(tài)、交換態(tài)交換態(tài)、固定態(tài)固定態(tài)。 硝態(tài)氮硝態(tài)氮(NO3-N)：移動性大；通氣不良時易反硝化損失； 在土壤中主要以游離態(tài)存在。 亞硝態(tài)氮亞硝態(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。 其他其他，氨態(tài)氮、氮氣及氣態(tài)氮氧化合物。 速效氮速效氮：土壤溶液中的銨溶液中的銨、 交換性銨交換性銨和硝態(tài)氮硝態(tài)氮因能直接 被植物根系所吸收，常被稱 為速效態(tài)氮。 2021-5-298 全全 氮氮

6、有效氮：有效氮：能被當(dāng)季作物利用的能被當(dāng)季作物利用的 氮素，包括無機(jī)氮氮素，包括無機(jī)氮( 高嶺石高嶺石 蒙脫石蒙脫石 方解方解 石非結(jié)晶態(tài)鐵鋁氧化物石非結(jié)晶態(tài)鐵鋁氧化物 結(jié)晶態(tài)鐵鋁氧化物結(jié)晶態(tài)鐵鋁氧化物 大多數(shù)土壤中，大多數(shù)土壤中，pH值在值在6.0-6.5范圍內(nèi)磷的有效性最范圍內(nèi)磷的有效性最 高。高。 pH值較低值較低(7時，土壤中磷酸鈣鎂鹽的固定，時，土壤中磷酸鈣鎂鹽的固定， 又使磷有效性降低。又使磷有效性降低。 在吸附動力學(xué)研究中，在吸附動力學(xué)研究中，Langmuir的最大吸附量和的最大吸附量和 Freundlich的吸附常數(shù)均與土壤的吸附常數(shù)均與土壤pH成顯著的負(fù)相關(guān)。成顯著的負(fù)相關(guān)。

7、 這是由于在低這是由于在低pH時，鐵鋁氧化物的活度增大，而且磷時，鐵鋁氧化物的活度增大，而且磷 酸根離子置換出來的酸根離子置換出來的OH-可以很快被中和，而且隨著可以很快被中和，而且隨著 pH降低，土壤陰離子交換吸附能力也增強(qiáng)。降低，土壤陰離子交換吸附能力也增強(qiáng)。 土壤有機(jī)質(zhì)含量高或施用有機(jī)肥料可減少磷的吸附固定，從土壤有機(jī)質(zhì)含量高或施用有機(jī)肥料可減少磷的吸附固定，從 而提高土壤磷的有效性。而提高土壤磷的有效性。 有機(jī)質(zhì)在鐵鋁氧化物表面形成膠膜，抑制膠體對磷的吸附；有機(jī)質(zhì)在鐵鋁氧化物表面形成膠膜，抑制膠體對磷的吸附； 有機(jī)質(zhì)及其分解產(chǎn)物如胡敏酸、富里酸和有機(jī)酸等與磷酸根有機(jī)質(zhì)及其分解產(chǎn)物如胡敏

8、酸、富里酸和有機(jī)酸等與磷酸根 競爭吸附位點，從而減少磷的吸附。其中簡單有機(jī)酸陰離子的競競爭吸附位點，從而減少磷的吸附。其中簡單有機(jī)酸陰離子的競 爭能力按下列順序遞減：檸檬酸爭能力按下列順序遞減：檸檬酸酒石酸酒石酸草酸。草酸。 但是，也有不少資料表明，酸性土壤中磷吸附與土壤有機(jī)質(zhì)但是，也有不少資料表明，酸性土壤中磷吸附與土壤有機(jī)質(zhì) 含量呈正相關(guān)。含量呈正相關(guān)。有機(jī)質(zhì)能夠穩(wěn)定鐵鋁氧化物，從而增加其有機(jī)質(zhì)能夠穩(wěn)定鐵鋁氧化物，從而增加其 對磷的吸附；有機(jī)質(zhì)本身的羥基也可能被磷酸根所取代而產(chǎn)生磷對磷的吸附；有機(jī)質(zhì)本身的羥基也可能被磷酸根所取代而產(chǎn)生磷 的配位吸附。的配位吸附。 是指吸附狀態(tài)的磷重新進(jìn)入土

9、壤溶液的過程。是吸附是指吸附狀態(tài)的磷重新進(jìn)入土壤溶液的過程。是吸附 的逆過程。的逆過程。 解吸開始階段速率較快，以后逐漸變慢。吸附態(tài)磷的解吸解吸開始階段速率較快，以后逐漸變慢。吸附態(tài)磷的解吸 比吸附過程要慢得多。所以，土壤磷素的解吸等溫線并不與吸比吸附過程要慢得多。所以，土壤磷素的解吸等溫線并不與吸 附等溫線重合，發(fā)生滯后現(xiàn)象。原因為：附等溫線重合，發(fā)生滯后現(xiàn)象。原因為： 1) 吸附后膠體與磷酸根離子形成雙齒鍵，雙齒結(jié)合的磷酸根比吸附后膠體與磷酸根離子形成雙齒鍵，雙齒結(jié)合的磷酸根比 單齒結(jié)合的磷酸根要難以釋放；單齒結(jié)合的磷酸根要難以釋放； 2) 吸附態(tài)磷通過擴(kuò)散進(jìn)入結(jié)晶態(tài)合非結(jié)晶態(tài)鐵鋁氧化物的

10、內(nèi)部，吸附態(tài)磷通過擴(kuò)散進(jìn)入結(jié)晶態(tài)合非結(jié)晶態(tài)鐵鋁氧化物的內(nèi)部， 從而失去了可解吸性，這種現(xiàn)象又為磷的吸收；從而失去了可解吸性，這種現(xiàn)象又為磷的吸收； 3) 難溶性化合物的再結(jié)晶。難溶性化合物的再結(jié)晶。 4) 磷酸根把粘土礦物四面體中的硅置換下來，從而難以解吸磷酸根把粘土礦物四面體中的硅置換下來，從而難以解吸。 1）化學(xué)平衡反應(yīng)）化學(xué)平衡反應(yīng) 土壤溶液中磷濃度因植物的吸收而降低，從而土壤溶液中磷濃度因植物的吸收而降低，從而 失去了原有的平衡，使反應(yīng)向解吸方向進(jìn)行；失去了原有的平衡，使反應(yīng)向解吸方向進(jìn)行； 2）競爭吸附）競爭吸附 所有能進(jìn)行陰離子吸附的陰離子，在理論上都所有能進(jìn)行陰離子吸附的陰離子，

11、在理論上都 可與磷酸根有競爭吸附作用，從而導(dǎo)致吸附態(tài)磷的可與磷酸根有競爭吸附作用，從而導(dǎo)致吸附態(tài)磷的 不同程度的解吸。不同程度的解吸。 競爭吸附的強(qiáng)弱主要取決于磷與競爭陰離子的競爭吸附的強(qiáng)弱主要取決于磷與競爭陰離子的 相對濃度。相對濃度。 3）擴(kuò)散）擴(kuò)散 吸附態(tài)磷沿著濃度梯度向外擴(kuò)散，進(jìn)入土壤溶液。吸附態(tài)磷沿著濃度梯度向外擴(kuò)散，進(jìn)入土壤溶液。 三、土壤磷的化學(xué)沉淀和溶解三、土壤磷的化學(xué)沉淀和溶解 由磷化學(xué)沉淀作用產(chǎn)生的化合物種類很多，據(jù)研究大約由磷化學(xué)沉淀作用產(chǎn)生的化合物種類很多，據(jù)研究大約 有有60多種。在中性和石灰性土壤中以磷酸鈣鹽為主，而在酸多種。在中性和石灰性土壤中以磷酸鈣鹽為主，而在

12、酸 性土壤中以磷酸鐵鋁鹽為主。性土壤中以磷酸鐵鋁鹽為主。 化學(xué)沉淀反應(yīng)一般發(fā)生在土壤溶液中磷濃度高的微域環(huán)化學(xué)沉淀反應(yīng)一般發(fā)生在土壤溶液中磷濃度高的微域環(huán) 境內(nèi)，如肥料顆粒周圍。境內(nèi)，如肥料顆粒周圍。 當(dāng)水溶性磷肥如過磷酸鈣施入土壤后，磷肥顆粒開始吸當(dāng)水溶性磷肥如過磷酸鈣施入土壤后，磷肥顆粒開始吸 收 土 壤 水 分 ， 并 發(fā) 生收 土 壤 水 分 ， 并 發(fā) 生 ，使顆粒內(nèi)部磷的濃度升高至飽和或接近飽和，使顆粒內(nèi)部磷的濃度升高至飽和或接近飽和， 同時同時pH下降下降(約約1.5)。由于存在著濃度梯度，磷和質(zhì)子以擴(kuò)散。由于存在著濃度梯度，磷和質(zhì)子以擴(kuò)散 的方式進(jìn)入周圍土壤，擴(kuò)散過程中將會溶解

13、土壤中大量的鐵、的方式進(jìn)入周圍土壤，擴(kuò)散過程中將會溶解土壤中大量的鐵、 鋁、鈣、鎂等離子。鋁、鈣、鎂等離子。 土壤中難溶性含磷化合物的溶解主要受溶度積控制的，并受土壤中難溶性含磷化合物的溶解主要受溶度積控制的，并受 到到pH等因素的影響。例如，氟磷灰石在酸性介質(zhì)中的反應(yīng)為：等因素的影響。例如，氟磷灰石在酸性介質(zhì)中的反應(yīng)為： Ca5(PO4)3F + 7H+ 5Ca2+ + 3H2PO4- + HF 根據(jù)氟磷灰石的溶度積和磷酸的解離常數(shù)，可以從理論上計根據(jù)氟磷灰石的溶度積和磷酸的解離常數(shù)，可以從理論上計 算出氟磷灰石施入土壤后溶液中磷酸根離子（算出氟磷灰石施入土壤后溶液中磷酸根離子（ H2PO4

14、- ）濃度與）濃度與 土壤土壤pH的關(guān)系：的關(guān)系： pH2PO4- = 2pH - 5.18 表明，土壤溶液中磷酸根離子的濃度與表明，土壤溶液中磷酸根離子的濃度與H+濃度呈對數(shù)直線關(guān)濃度呈對數(shù)直線關(guān) 系。土壤系。土壤pH越低，越有利于氟磷灰石的溶解；越低，越有利于氟磷灰石的溶解； 土壤中鈣離子活度是影響氟磷灰石溶解的另一重要因素，鈣活土壤中鈣離子活度是影響氟磷灰石溶解的另一重要因素，鈣活 度低則有利于其溶解；度低則有利于其溶解； 土壤溶液中磷酸根離子活度越低則有利于氟磷灰石溶解。土壤溶液中磷酸根離子活度越低則有利于氟磷灰石溶解。 四、土壤磷的生物轉(zhuǎn)化四、土壤磷的生物轉(zhuǎn)化 2021-5-2957

15、 Organic-P (available P) Cycling: A slow release mechanism HxPO4x-3 mineralization immobilization Solid Phase-PO4 (unavailable) 影響土壤生物活性的土壤物理和化學(xué)因素，影響土壤生物活性的土壤物理和化學(xué)因素， 均可能影響有機(jī)磷的礦化。均可能影響有機(jī)磷的礦化。 Factors controlling organic P mineralization C:P ratio of organic residues 200 礦化礦化 Soil temperature 最適溫度最適溫

16、度35 Soil moisture Soil texture Tillage 土壤生物的活動可以促進(jìn)吸附態(tài)磷的解吸和土壤生物的活動可以促進(jìn)吸附態(tài)磷的解吸和 難溶態(tài)磷的溶解，其主要作用機(jī)理為：難溶態(tài)磷的溶解，其主要作用機(jī)理為： 。 植物積極地參與根際土壤中磷活化作用，植物積極地參與根際土壤中磷活化作用， 促進(jìn)磷的釋放和提高其植物有效性。植物在促進(jìn)磷的釋放和提高其植物有效性。植物在 這方面的作用具有明顯的種類和基因型差異這方面的作用具有明顯的種類和基因型差異 的特征。的特征。 植物根系對磷的吸收，降低了土壤溶液中磷的活植物根系對磷的吸收，降低了土壤溶液中磷的活 度，可促進(jìn)根際土壤吸附態(tài)磷的解吸和難

17、溶性磷的度，可促進(jìn)根際土壤吸附態(tài)磷的解吸和難溶性磷的 溶解。溶解。 植物根系的吸收造成土壤溶液中磷的活度降低，植物根系的吸收造成土壤溶液中磷的活度降低， 在低磷脅迫下，植物會通過改變根系的形態(tài)和結(jié)構(gòu)，在低磷脅迫下，植物會通過改變根系的形態(tài)和結(jié)構(gòu)， 增加吸收范圍，提高其對磷的吸收利用能力。例如，增加吸收范圍，提高其對磷的吸收利用能力。例如， 低磷脅迫下，根系的數(shù)量、長度，根毛的數(shù)量、長低磷脅迫下，根系的數(shù)量、長度，根毛的數(shù)量、長 度以及根系比表面積增加，從而增加對磷的吸收能度以及根系比表面積增加，從而增加對磷的吸收能 力。力。 植物對鈣的吸收利用也可促進(jìn)磷的釋放。例如，植物對鈣的吸收利用也可促進(jìn)

18、磷的釋放。例如， 對鈣吸收能力強(qiáng)的植物種類，對磷灰石中磷的利用對鈣吸收能力強(qiáng)的植物種類，對磷灰石中磷的利用 能力也較大。有人認(rèn)為植物體內(nèi)能力也較大。有人認(rèn)為植物體內(nèi)CaO/P2O51.3的植的植 物往往具有較強(qiáng)的利用磷礦粉的能力。物往往具有較強(qiáng)的利用磷礦粉的能力。 1) 植物根系對陰陽離子吸收不平衡（如吸收植物根系對陰陽離子吸收不平衡（如吸收NH4+NO3-)可釋可釋 放放H+；根系和根際生物呼吸作用產(chǎn)生的；根系和根際生物呼吸作用產(chǎn)生的CO2；低磷脅迫下植；低磷脅迫下植 物根系可分泌各種有機(jī)酸如檸檬酸、蘋果酸和草酸等。上述物根系可分泌各種有機(jī)酸如檸檬酸、蘋果酸和草酸等。上述 過程產(chǎn)生的根際酸化

19、作用可促進(jìn)難溶性含磷化合物的溶解。過程產(chǎn)生的根際酸化作用可促進(jìn)難溶性含磷化合物的溶解。 2) 根系分泌的有機(jī)酸通過與金屬離子的螯合，或與磷酸根離子根系分泌的有機(jī)酸通過與金屬離子的螯合，或與磷酸根離子 競爭吸附位點，減少磷的吸附固定或促進(jìn)磷的釋放。競爭吸附位點，減少磷的吸附固定或促進(jìn)磷的釋放。 3) 根系分泌的有機(jī)化合物可在鐵鋁氧化物表面形成膠膜，減少根系分泌的有機(jī)化合物可在鐵鋁氧化物表面形成膠膜，減少 磷的吸附固定。磷的吸附固定。 4) 根系的呼吸作用和分泌的還原性物質(zhì)，降低了根際根系的呼吸作用和分泌的還原性物質(zhì)，降低了根際Eh，導(dǎo)致，導(dǎo)致 高價鐵的還原，從而活化磷酸鐵鹽。高價鐵的還原，從而活

20、化磷酸鐵鹽。 5) 根系釋放鐵載體可以與鐵、鋅等金屬離子結(jié)合提高其有效性，根系釋放鐵載體可以與鐵、鋅等金屬離子結(jié)合提高其有效性， 同時促進(jìn)與之結(jié)合的磷酸根的釋放。同時促進(jìn)與之結(jié)合的磷酸根的釋放。 3 3、有機(jī)磷的酶促分解、有機(jī)磷的酶促分解 有機(jī)磷的水解作用是由根系分泌的酸性磷酸有機(jī)磷的水解作用是由根系分泌的酸性磷酸 酶（酶（Acid phosphatase)、真菌酸性和堿性磷、真菌酸性和堿性磷 酸酶、細(xì)菌堿性磷酸酶來完成。酸酶、細(xì)菌堿性磷酸酶來完成。 磷酸酶是一種適應(yīng)性酶，它在缺磷脅迫下，磷酸酶是一種適應(yīng)性酶，它在缺磷脅迫下， 根系分泌的磷酸酶活性將大大提高。根系分泌的磷酸酶活性將大大提高。

21、已證明酸性磷酸酶是一種主要由根系分泌的已證明酸性磷酸酶是一種主要由根系分泌的 胞外酶胞外酶(Ectoenzyme)，其分泌部位是根尖部，其分泌部位是根尖部 位。位。 由于酸性磷酸酶的分泌，促進(jìn)有機(jī)磷的水解由于酸性磷酸酶的分泌，促進(jìn)有機(jī)磷的水解 可大大改善植物的磷素營養(yǎng)?？纱蟠蟾纳浦参锏牧姿貭I養(yǎng)。 根系與根際生物之間的相互作用能夠促根系與根際生物之間的相互作用能夠促 進(jìn)植物磷的活化和吸收。進(jìn)植物磷的活化和吸收。 植物根系與菌根真菌共生，可以擴(kuò)大根植物根系與菌根真菌共生，可以擴(kuò)大根 系對磷的吸收范圍，而且菌根可以分泌系對磷的吸收范圍，而且菌根可以分泌H+、 有機(jī)酸等而使菌根際有機(jī)酸等而使菌根際pH

22、降低，還可分泌磷降低，還可分泌磷 酸酶，從而促進(jìn)有機(jī)磷的分解和無機(jī)磷的酸酶，從而促進(jìn)有機(jī)磷的分解和無機(jī)磷的 活化，改善植物的磷素營養(yǎng)狀況?；罨纳浦参锏牧姿貭I養(yǎng)狀況。 4 4、根系與土壤生物的相互作用、根系與土壤生物的相互作用 五、土壤供磷能力五、土壤供磷能力 及其影響因素及其影響因素 是指土壤滿足作物對磷需求的能力。是指土壤滿足作物對磷需求的能力。 它是一個綜合概念，主要包括土壤磷素供應(yīng)的強(qiáng)度因素、它是一個綜合概念，主要包括土壤磷素供應(yīng)的強(qiáng)度因素、 容量因素、緩沖能力和土壤磷向根表遷移過程。容量因素、緩沖能力和土壤磷向根表遷移過程。 由于土壤磷的存在形態(tài)和組分復(fù)雜，其植物有效性的大小由于土

23、壤磷的存在形態(tài)和組分復(fù)雜，其植物有效性的大小 也難以確定。因此，人們常簡單地把土壤磷分為三個部分來也難以確定。因此，人們常簡單地把土壤磷分為三個部分來 評價土壤磷的植物有效性。三者的關(guān)系為：評價土壤磷的植物有效性。三者的關(guān)系為： 水溶性水溶性 磷磷 易轉(zhuǎn)化態(tài)易轉(zhuǎn)化態(tài) 磷磷 難溶性難溶性 磷磷 土壤對磷的供應(yīng)能力，一是決定于土壤溶液中磷的土壤對磷的供應(yīng)能力，一是決定于土壤溶液中磷的 濃度，稱為土壤磷素供應(yīng)的強(qiáng)度因素濃度，稱為土壤磷素供應(yīng)的強(qiáng)度因素I (Intensity I (Intensity factor)factor)，水溶態(tài)磷通常用，水溶態(tài)磷通常用0.01mol/L CaCl0.01mo

24、l/L CaCl2 2浸提測定，浸提測定， 并根據(jù)溶液中的離子強(qiáng)度、并根據(jù)溶液中的離子強(qiáng)度、pHpH值和磷酸根的解離常數(shù)值和磷酸根的解離常數(shù) 計算磷的活度。計算磷的活度。 二是決定于土壤固相補(bǔ)充溶液磷的數(shù)量，稱為土壤二是決定于土壤固相補(bǔ)充溶液磷的數(shù)量，稱為土壤 磷素供應(yīng)的容量因素磷素供應(yīng)的容量因素Q (Quantity factor)Q (Quantity factor)，它是易轉(zhuǎn)，它是易轉(zhuǎn) 化態(tài)磷（又稱活性磷，化態(tài)磷（又稱活性磷，Labile PLabile P）的數(shù)量，即與土壤）的數(shù)量，即與土壤 溶液中磷酸根離子處于平衡狀態(tài)的固相磷數(shù)量，主要是溶液中磷酸根離子處于平衡狀態(tài)的固相磷數(shù)量，主要

25、是 吸附態(tài)磷，也包括新沉淀的無定型或結(jié)晶態(tài)磷以及易分吸附態(tài)磷，也包括新沉淀的無定型或結(jié)晶態(tài)磷以及易分 解的有機(jī)態(tài)磷。解的有機(jī)態(tài)磷。 三是取決于土壤固相補(bǔ)充磷的能力，稱為土壤磷三是取決于土壤固相補(bǔ)充磷的能力，稱為土壤磷 素供應(yīng)的緩沖能力素供應(yīng)的緩沖能力BC (Buffering capacity)BC (Buffering capacity)。緩沖。緩沖 能力是土壤磷素供應(yīng)的容量因素能力是土壤磷素供應(yīng)的容量因素(Q)(Q)與強(qiáng)度因素與強(qiáng)度因素(I)(I)的的 比值，它是表征土壤保持溶液中磷濃度的能力，即土比值，它是表征土壤保持溶液中磷濃度的能力，即土 壤向液相補(bǔ)充或釋放磷的能力，主要是通過固相磷

26、的壤向液相補(bǔ)充或釋放磷的能力，主要是通過固相磷的 解吸和溶解。解吸和溶解。 BC = Q/ I (b = dCs/dCl) 上述上述3 3項（項（I I、Q Q、BC)BC)構(gòu)成了土壤磷素供應(yīng)能力的主體構(gòu)成了土壤磷素供應(yīng)能力的主體。 1、土壤、土壤pH 2、土壤有機(jī)質(zhì)、土壤有機(jī)質(zhì) 3、無機(jī)膠體的種類和性質(zhì)、無機(jī)膠體的種類和性質(zhì) 4、土壤質(zhì)地、土壤質(zhì)地 5、土壤水分、土壤水分 6、土壤溫度、土壤溫度 5.2 影響供磷能力的土壤因素影響供磷能力的土壤因素 六、土壤磷素循環(huán)與環(huán)境效應(yīng)六、土壤磷素循環(huán)與環(huán)境效應(yīng) The Phosphorus Cycle in Soil Solution P Crop

27、harvest Manure P Labile organic P Stable organic P Fertilizer P Labile inorganic P Stable inorganic P Soil test P Runoff Erosion Leaching Phosphorus in the Environment P is an essential element for plants and animals High P is generally non-toxic to plants or animals Relatively immobile in soil P ca

28、uses accelerated eutrophication Excessive growth of algae and aquatic plants Limits use of water for drinking, fishing, recreation, etc. PHOSPHORUS AND WATER QUALITY Phosphorusadditionstonaturalwaterscan stimulateweedandalgaegrowth. Vegetativegrowthandoxygendepletion reducewaterquality. Phosphoruslo

29、ssesfromagriculturecanbea majorsourceofPenteringlakesandstreams. Phosphorus (P) Loss Processes In surface runoff: Soluble (dissolved) P Particulate P (soil particles) By leaching Does phosphorus leach? Soil P to Water: Transport Rainfall: Infiltration & Percolation Surface Runoff: (Dissolved P) Soil

30、 Erosion: (Particulate P) Total Surface P Loss: (Particulate & Dissolved P) Release of soluble soil P to runoff Zone of surface soil and runoff interaction (5 cm) Subsurface runoff of P P Leaching P Losses due to Runoff from SERA-IEG 17 P runoff loss from fields with similar soil P test values, vari

31、es with a sites slope and vegetation cover Well-Vegetated Soil Bare Soil Land Slope (%) P Runoff Loss Potential P loss related to soil test P Soil Test P Low Potential P Loss HighMedium Soil P, Crop yield & Environment Relationship of soil P (low-optimal), crop response and potential environmental i

32、mpacts of P Percent Yield Soil Test P (lbs/ac) Potential Environmental Problems Medium Optimal Low 300 0 100 Eutrophication and phosphorus Eutrophication is the term used to describe the process of phosphorus enrichment. It can be defined as: The over-enrichment of lakes and rivers with nutrients, u

33、sually phosphorus, leading to excessive growth of algae and other aquatic plants. Eutrophication P is usually limiting Increased algae rowth Dissolve Oxygen Fish kill Palatability is reduced and toxins introduced N vs P Behavior Crop Uptake P Runoff/Erosion Leaching N Runoff/Erosion Leaching Volatil

34、ization Denitrification Crop Uptake N BehaviorP Behavior The Phosphorus Cycle Animal manures and biosolids Mineral fertilizers Crop harvest Runoff and erosion Leaching (usually minor) Organic phosphorus Microbial Plant residue Humus Primary minerals (apatite) Plant residues Plant uptake Soil solutio

35、n phosphorus HPO4-2 H2PO4-1 Secondary compounds (CaP, FeP, MnP, AlP) Mineral surfaces (clays, Fe and Al oxides, carbonates) Input to soil ComponentLoss from soil Atmospheric deposition 第三節(jié)第三節(jié) 土壤氮磷流失污染控制土壤氮磷流失污染控制 2021-5-2985 一、土壤氮磷流失與水環(huán)境一、土壤氮磷流失與水環(huán)境 二、土壤氮磷流失時空分布特征二、土壤氮磷流失時空分布特征 三、土壤氮磷流失的影響因素三、土壤氮磷流失

36、的影響因素 四、土壤氮磷流失的控制措施四、土壤氮磷流失的控制措施 2021-5-2986 一、土壤氮磷流失與水環(huán)境 2021-5-2987 1.暴雨：在降雨事件下, 各污染物輸出濃度 總體上高于非降雨條件的污染物濃度。 2021-5-2988 2.土壤淋溶流失：來源于地表徑流和土壤水 的向下滲漏，在降雨和灌溉水的作用下， 土壤中的氮部分直接以化合物的形式滲到 土壤下層，大部分以可溶性的NO3-、 NO2- NH4+滲入到土壤下層。 淋溶條件：降雨量、灌溉量、施肥量、 土壤厚度、滲透性、溫度和地表覆蓋度等 。 2021-5-2989 二、土壤氮磷流失時空特征 1、土壤氮磷流失時間變異特征 202

37、1-5-2990 2、土壤氮磷流失空間變異特征 2021-5-2991 2021-5-2992 三、土壤氮磷流失影響因素 土地利用方式 2021-5-2993 氣候條件 2021-5-2994 2021-5-2995 植被覆蓋 2021-5-2996 農(nóng)田水肥管理與耕作方式 2021-5-2997 四土壤氮磷流失控制措施 源頭控制措施 1）合理進(jìn)行水肥管理 2）氮磷高效品種資源的利用 3）合理控水灌溉 4）采取適當(dāng)耕作方式、施肥方式 2021-5-2998 膜下滴灌水肥一體化技術(shù)把滴灌膜下滴灌水肥一體化技術(shù)把滴灌 技術(shù)與地膜覆蓋栽培技術(shù)結(jié)合起來，技術(shù)與地膜覆蓋栽培技術(shù)結(jié)合起來， 充分利用滴灌施

38、肥的節(jié)水節(jié)肥作用，充分利用滴灌施肥的節(jié)水節(jié)肥作用， 配合地膜覆蓋的增溫保墑作用，從配合地膜覆蓋的增溫保墑作用，從 而達(dá)到節(jié)水、節(jié)肥、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的而達(dá)到節(jié)水、節(jié)肥、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的 目的。目的。 滴灌水肥一體化技術(shù)是借助壓滴灌水肥一體化技術(shù)是借助壓 力灌溉系統(tǒng)，將可溶性固體肥料或力灌溉系統(tǒng)，將可溶性固體肥料或 液體肥料配兌而成的肥液與灌溉水液體肥料配兌而成的肥液與灌溉水 融為一體，均勻、準(zhǔn)確、定時、定融為一體，均勻、準(zhǔn)確、定時、定 量地供給作物吸收的一項農(nóng)業(yè)新技量地供給作物吸收的一項農(nóng)業(yè)新技 術(shù)。也就是利用其灌溉系統(tǒng)設(shè)備，術(shù)。也就是利用其灌溉系統(tǒng)設(shè)備， 把灌溉水或溶于水中的化肥溶液加把灌溉水或溶于水

39、中的化肥溶液加 壓壓( (或地形自然落差或地形自然落差) )、過濾，通過、過濾，通過 各級管道輸送到田園，再通過滴頭各級管道輸送到田園，再通過滴頭 以水滴的形式不斷地濕潤果樹根系以水滴的形式不斷地濕潤果樹根系 主要分布區(qū)的土壤，使其經(jīng)常保持主要分布區(qū)的土壤，使其經(jīng)常保持 在適宜作物生長的最佳含水狀態(tài)。在適宜作物生長的最佳含水狀態(tài)。 遷移過程控制措施 u1）利用生態(tài)措施控制氮磷流失 生態(tài)緩沖帶 濕地生態(tài)系統(tǒng) 2021-5-29100 2）利用工程措施控制氮磷的流失 2021-5-29101 模型與3S技術(shù)的應(yīng)用 SWAT（Soil and Water Assessment Tool）是由美國農(nóng)

40、業(yè)部（USDA）的農(nóng)業(yè)研究中心Jeff Arnold博士1994年開 發(fā)的。模型開發(fā)的最初目的是為了預(yù)測在大流域復(fù)雜多變 的土壤類型、土地利用方式和管理措施條件下，土地管理 對水分、泥沙和化學(xué)物質(zhì)的長期影響。SWAT模型采用日 為時間連續(xù)計算。是一種基于GIS基礎(chǔ)之上的分布式流域 水文模型，近年來得到了快速的發(fā)展和應(yīng)用，主要是利用 遙感和地理信息系統(tǒng)提供的空間信息模擬多種不同的水文 物理化學(xué)過程，如水量、水質(zhì)、以及殺蟲劑的輸移與轉(zhuǎn)化 過程。 2021-5-29102 探討：滇池探討：滇池區(qū)域氮磷土壤污染問題探討區(qū)域氮磷土壤污染問題探討 地理位置地理位置 滇滇 池池 滇池是滇池流域的滇池是滇池流

41、域的 心，位于昆明市城心，位于昆明市城 區(qū)西南，是云南最區(qū)西南，是云南最 大的高原淡水湖泊，大的高原淡水湖泊， 其北端緊鄰昆明市其北端緊鄰昆明市 大觀園，南端至?xí)x大觀園，南端至?xí)x 寧縣內(nèi)，距市區(qū)寧縣內(nèi)，距市區(qū)5 公里公里。 N2429 2428 緯度緯度 E10229 1031 經(jīng)度經(jīng)度 位于云貴高原中部位于云貴高原中部 2 2、詳細(xì)情況、詳細(xì)情況 滇池滇池污染現(xiàn)狀污染現(xiàn)狀 1 1、昔日的美景、昔日的美景 出綠柳蔭知岸遠(yuǎn)，入紅蓮路蕩舟輕。出綠柳蔭知岸遠(yuǎn)，入紅蓮路蕩舟輕。 玉峰真似蓬萊島，只許遙遙鏡里呈。玉峰真似蓬萊島，只許遙遙鏡里呈。 乾隆 乾隆雨后昆明湖泛舟騁望雨后昆明湖泛舟騁望 2 2、現(xiàn)

42、狀、現(xiàn)狀 表面的固體垃圾表面的固體垃圾 瘋長的水葫蘆與綠萍瘋長的水葫蘆與綠萍 嚴(yán)重富營養(yǎng)化嚴(yán)重富營養(yǎng)化 湖泊位置湖泊位置 湖泊面積湖泊面積 （平方米）（平方米） 水質(zhì)類別水質(zhì)類別 總磷總磷 （mg/l） 總氮總氮 （mg/l） 透明度透明度 （m） 營養(yǎng)程度營養(yǎng)程度 評價評價 滇池草海滇池草海7.5V0.647.720.62富營養(yǎng)富營養(yǎng) 滇池北部滇池北部 西部西部 120.1V0.340.810.37富營養(yǎng)富營養(yǎng) 滇池東北滇池東北 部部 12.0V0.290.69富營養(yǎng)富營養(yǎng) 滇池北部滇池北部85.0V0.280.680.40富營養(yǎng)富營養(yǎng) 滇池南部滇池南部70.0V0.670.40富營養(yǎng)富營養(yǎng)

43、 滇池外海滇池外海287.1V0.750.39富營養(yǎng)富營養(yǎng) 據(jù)調(diào)查顯示，據(jù)調(diào)查顯示， 草草海水質(zhì)為劣海水質(zhì)為劣類，綜合營養(yǎng)指數(shù)為類，綜合營養(yǎng)指數(shù)為76.1， 屬重度富營養(yǎng)狀態(tài)，外海水質(zhì)達(dá)到屬重度富營養(yǎng)狀態(tài)，外海水質(zhì)達(dá)到類地表水標(biāo)準(zhǔn)，綜合營養(yǎng)類地表水標(biāo)準(zhǔn)，綜合營養(yǎng) 指數(shù)指數(shù)62.5，屬中度富營養(yǎng)化。主要入湖河道，屬中度富營養(yǎng)化。主要入湖河道29條，水質(zhì)大多為條，水質(zhì)大多為 劣劣V類。類。 2021-5-29113 作業(yè)一 從環(huán)境土壤學(xué)失角度分析滇池周圍土壤氮 、磷流失影響因素和控制措施。 2021-5-29114 作業(yè)二 2.繪制氮磷循環(huán)圖，并用實例方式描述土壤 氮磷流失對環(huán)境影響。 2021-

44、5-29115 2021-5-29116 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 第一節(jié)第一節(jié). 土壤中氮素轉(zhuǎn)化與環(huán)境質(zhì)量土壤中氮素轉(zhuǎn)化與環(huán)境質(zhì)量 第二節(jié)第二節(jié). 土壤中磷素的轉(zhuǎn)化與環(huán)境質(zhì)量土壤中磷素的轉(zhuǎn)化與環(huán)境質(zhì)量 第三節(jié)第三節(jié). 土壤中氮磷流失控制土壤中氮磷流失控制 2021-5-29117 定義：定義：將土壤中的氨、胺、酰胺等微生物的作用下氧化 為硝酸的生物化學(xué)過程。 第一步：亞硝化作用第一步：亞硝化作用 第二步：硝化作用第二步：硝化作用 土壤氮素有效化土壤氮素有效化 硝化過程：硝化過程： 2NO2- + O2 2NO3- + 40千卡 硝化微生物硝化微生物 2HN4+ + 3O2 2NO2- + 2H2O

45、+ 4H+ + 158158千卡 亞硝化微生物亞硝化微生物 速率：硝化作用亞硝化作用銨化作用速率：硝化作用亞硝化作用銨化作用。 因此，正常土壤中，很少有亞硝態(tài)氮和銨態(tài)因此，正常土壤中，很少有亞硝態(tài)氮和銨態(tài) 氮及氨的積累。氮及氨的積累。 2021-5-29118 土壤氮素?fù)p失土壤氮素?fù)p失 反硝化（生物脫氮過程）反硝化（生物脫氮過程） 過程：過程：NO3- NO2- NO N20 N2 氧化亞氮 還原酶 硝酸鹽 還原酶 硝酸鹽 還原酶 氧化氮 還原酶 - H20 2NO HN03 2HNO2 H2N2O2 厭氧微生物厭氧微生物 +4H+ +4H+ - 2H2O -2H2O + 2H+ -2H2O +2H2O N2 - 4H+ 厭氧厭氧 微生物微生物 N2O 1) 由于土壤的非均質(zhì)性，浸提過程中釋放的磷可能被其他組由于土壤的非均質(zhì)性，浸提過程中釋放的磷可能被其他組 分所吸附或