第五章化肥施用對土壤環(huán)境的影響課件

第五章

肥料對土壤環(huán)境的影響

重點：肥料中有毒有害物質對土壤環(huán)境的污染

化肥對土壤的影響

土壤肥料污染的調控措施與防治措施

第五章肥料對土壤環(huán)境的影響重點：肥料中有毒有害物質對內容提要

?肥料的使用概況

?主要化肥在土壤中的轉化和固定

?肥料對土壤環(huán)境的效應

?土壤肥料污染的調控措施與防治措施

內容提要?肥料的使用概況?主要化肥在土壤中的轉化和固定§5.1肥料的使用概況

?一、肥料的種類

有機肥料

N：尿素、碳酸氫氨等

化學肥料

(主要成分)P：來自磷酸鹽，主要成分是氟磷灰石

[Ca3(PO4)2]3CaF2K：在蔬菜中大量使用

§5.1肥料的使用概況?一、肥料的種類有機肥料N：二、我國肥料的利用現(xiàn)狀（P115）

有機肥料使用概況：絕對數(shù)量在逐年增加，但所占的比重有所下降

絕對量大、比重大，品種多

單一施N肥

化肥使用概況

使用結構變化

N、P肥配合施

N、P、K肥配合施

使用方法：撒施

底施、深施、與有機肥配施等

二、我國肥料的利用現(xiàn)狀（P115）有機肥料使用概況：絕對數(shù)三、肥料使用中存在的問題

1、盲目過量施用，肥料利用率低，易流失

化肥利用率%＝100×施入化肥的有效量/作物吸收量

?各種作物對肥料的平均利用率為：氮40％～50％，磷10％～20％，鉀30％～40％。

?據(jù)試驗統(tǒng)計，我國尿素氮、碳銨氮、普鈣中磷利用率分別約為20％～40％、15％～30％、15％～30％，鉀肥與磷肥相當。而發(fā)達國家氮肥利用率可達50％，磷鉀肥利用率可達35％。

因此，盲目施入過量化肥，一是造成經(jīng)濟損失，二是造成土壤環(huán)境問題。

三、肥料使用中存在的問題1、盲目過量施用，肥料利用率低，易2、施肥結構不合理，養(yǎng)分施用不平衡

3、地區(qū)間施肥不平衡

4、有機物料收集利用率低下

2、施肥結構不合理，養(yǎng)分施用不平衡3、地區(qū)間施肥不平衡4§5.2主要化肥在土壤中的轉化和固定

一、氮素肥料在土壤中的轉化和固

土壤有機氮（95％以上）

水解性有機氮（50％～70％）

含非水解性有機氮（30％～50％）

氮化物的形+-態(tài)

無機氮：NH4-N、NO3-N水溶性有機氮（小于5％）

§5.2主要化肥在土壤中的轉化和固定一、氮素肥料在土壤中氮素肥料在土壤中的轉化和固定

1、有機氮的礦化作用

?水解過程

蛋白質

蛋白水解酶

RCHNH2COOH+其他產(chǎn)物+能量

氨基酸

?氨化過程

水解RCHNH2COOH+H2O氧化RCHNH2COOH+O2還原RCHNH2COOH+H2RCH2OH+NH3+CO2+能量

RCHCOOH+NH3+能量

RCOOH+NH3+CO2+能量

RCH2COOH+NH3+能量

氮素肥料在土壤中的轉化和固定1、有機氮的礦化作用?水解過

因此，氨化作用產(chǎn)生的銨以及施入土壤中的銨態(tài)氮肥可被植物和微生物吸收利用，未被吸收利用的銨，可被土壤膠體吸收保存。但在通氣良好的條件下，銨態(tài)氮可進一步被微生物轉化為硝態(tài)氮。

因此，氨化作用產(chǎn)生的銨以及施入土壤中的銨態(tài)氮肥可2、銨態(tài)氮的硝化作用

第一步亞硝化：

亞硝化微生物2NH4++3O2

第二步硝化：

2HNO2

+2H2O+能量

2HNO2

+O2

硝化微生物

2HNO3

+能量

2、銨態(tài)氮的硝化作用第一步亞硝化：亞硝化微生物2NH43、硝態(tài)氮的反硝化作用

硝態(tài)氮在反硝化細菌作用下的反硝化反應大致趨勢為：

-2[O]-2[O]-2[O]

2HNO3

2HNO2

-[H2O]

N2O

N2

反硝化作用約有30％的氮經(jīng)過一系列轉化，以N2O和

N2的形式進入大氣，釋放到空氣的N2O不溶于水，可以到達平流層的臭氧層，與臭氧作用，生成NO，使臭氧層破壞。

3、硝態(tài)氮的反硝化作用硝態(tài)氮在反硝化細菌作

因此，向農(nóng)田施入過量的氮肥，易出現(xiàn)下列情況：

?硝化作用釋放的氫離子會導致土壤酸化；

?導致水體中的氮的富營養(yǎng)化；

?導致地下水受硝態(tài)氮污染，尤其質地較輕的土壤。

?導致臭氧層遭到破壞

因此，向農(nóng)田施入過量的氮肥，易出現(xiàn)下列情況：?硝化4、氮素肥料在土壤中的保持、固定

土壤膠體的吸附

無機氮的生物固定

有機質固定

無機氮的化學固定

粘土礦物固定

4、氮素肥料在土壤中的保持、固定土壤膠體的吸附無機氮的生?主要指土壤微生物在其生命活動過程中，需要吸收土壤中的氮素以組成生物軀體以及合成更為復雜的微生物代謝產(chǎn)物——腐殖質等。

?一些示蹤試驗結果表明，施入土壤的氮，大約有25％～60％被生物固定。

?是暫時的固定。殘留在土壤中死的微生物組織很容易通過礦化作用把固定的氮釋放出來。

?主要指土壤微生物在其生命活動過程中，需要吸收土壤中的氮素以?指氧化程度低的有機質，通過氧化縮合作用，將銨轉化成為有機雜環(huán)化合物。這種固定在酸性腐殖質土易于發(fā)生，在土壤由酸性變成中性或堿性的情況下也會發(fā)生。

?指氧化程度低的有機質，通過氧化縮合作用，將銨轉化成為有機雜二、磷素肥料在土壤中的轉化和固定

有機磷：存在于腐殖質和其他有機物中，主要為磷脂、核酸和磷酸肌醇

土壤中磷的形態(tài)

水溶性含磷化合物

無機磷

弱酸溶性含磷化合物

難溶性含磷化合物

二、磷素肥料在土壤中的轉化和固定有機磷：存在于腐殖質和其他磷素肥料在土壤中的轉化與固定

土壤中各種形態(tài)磷的相互轉化：

有機磷

不溶磷化合物

吸收磷

溶液磷

活性磷

磷素肥料在土壤中的轉化與固定土壤中各種形態(tài)磷的相互轉1、有機磷的轉化

途徑一：

M分解

有機磷

無機磷

M吸收

途徑二：

水

解

有機磷

磷

酸

植物吸收

植物吸收

低溶解度的磷酸鹽，為微生物吸收

1、有機磷的轉化途徑一：M分解有機磷無機磷如磷脂、植素、核蛋白的水解過程如下;

卵磷脂

水

解

磷酸甘油

水

解

H3PO4H3PO4H3PO4植

素

水

解

植

酸

核

酸

水

解

核蛋白

水

解

水

解

?影響有機磷轉化的因素主要有：

土壤溫度、濕度、pH值、耕作技術和有機磷化合物中的C/P比。

如磷脂、植素、核蛋白的水解過程如下;卵磷脂水解磷

至于C/P比對有機磷轉化的影響在于，如果C/P比過大的有機物存在時，土壤微生物又可能把大部分已礦化的磷酸鹽重新固定，因為在土壤有機質轉化過程中，C、N、P是一個整體，并保持一定的比例關系（即C:N:P約為110:10:1)至于C/P比對有機磷轉化的影響在于，如果C/P2、土壤中無機磷的轉化

土壤中難溶性磷的釋放

土壤中有效磷的固定

2、土壤中無機磷的轉化土壤中難溶性磷的釋放土壤中有效磷?途徑1：

土壤酸度增強或施用生理酸性肥料時，難溶性磷酸鹽、特別是磷酸鈣鹽可逐步轉化為易溶性磷酸鹽。

?途徑2：土壤淹水和有機物質存在時，能促進難溶性磷酸鹽轉化為易溶性磷酸鹽。因為：

淹水時，一方面土壤的pH增高能促進磷酸鹽沉淀的水解；另一方面土壤Eh降低，使溶解度低的磷酸高鐵還原成溶解度高的磷酸低鐵。

有機物質的存在，有機膠體可以在礦質顆粒表面形成一層膠膜，防止礦質膠體對磷的固定；此外，3+、3+2+有機膠體還可以絡合土壤溶液中的FeAl、Ca、Hg2+，從而減少他們對磷的化學固定。

?途徑1：土壤酸度增強或施用生理酸性肥料時，難溶性磷?途徑1：化學固定

石灰性土壤中，與鈣鎂化合物結合，產(chǎn)生沉淀；酸性土壤中，與鐵、鋁化合物作用生成磷酸鐵鋁沉淀，或者進一步與三氧化鐵鋁（Fe2O3·Al2O3)轉化為更難溶的鹽基性磷酸鐵鋁。

?途徑2：陰離子代換固定

?途徑3：生物固定

?途徑1：化學固定石灰性土壤中，與鈣鎂化合物結合，

因此，只有當土壤pH在中性范圍時，磷的相對有效性最高，因為：

pH＜5.0時，大部分磷被土壤中可溶性鐵、鋁、錳和含水氧化鐵、鋁、錳所固定；

pH在6.5左右時，部分磷又固定在硅酸鹽礦物的表面；

pH＞7.5時，大部分磷和土壤中碳酸鈣化合而沉淀；

pH在8.5時，將形成極不溶解的鹽基磷酸鹽。

因此，只有當土壤pH在中性范圍時，磷的相對三、鉀素肥料在土壤中的轉化和固定

礦物鉀：指構成礦物晶格或深受結構束縛的鉀，如長石、白云母中的鉀

土壤中鉀的形態(tài)

緩效鉀：主要是層狀硅酸鹽礦物層間和顆粒邊緣一部分的鉀

速效鉀：包括了大部分吸附于顆粒表面的鉀以及水溶性鉀

三、鉀素肥料在土壤中的轉化和固定礦物鉀：指構成礦物晶格或深鉀素肥料在土壤中的轉化與固定

土壤中各種形態(tài)的鉀的相互轉化：

礦物K非交換性K極慢

快

交換性K更快

水溶性K鉀素肥料在土壤中的轉化與固定土壤中各種形態(tài)的鉀的相互轉化：1、鉀的釋放

指礦物態(tài)鉀在長時期的風化中，經(jīng)作物和微生物如硝化細菌、硫化細菌以及纖維分解細菌、硅酸鹽細菌產(chǎn)生各種有機酸和無機酸的作用下，逐漸水解釋放出鉀的過程。反應如下：

K2O·Al2O3·6SiO2+H2O+2H2CO3正長石

水

解

Al2O3·2SiO2·2H2O+2KHCO3+4SiO21、鉀的釋放指礦物態(tài)鉀在長時期的風化中，經(jīng)作物和微生2、鉀的固定

晶格固定：能固定鉀的粘土礦物有伊利石類、蒙脫石類和蛭石類等2:1型粘土礦物

吸附固定

生物固定

2、鉀的固定晶格固定：能固定鉀的粘土礦物有伊利石類、蒙脫石§5.3肥料對土壤環(huán)境的效應

一、肥料中的有毒有害物質對土壤環(huán)境的污染

重金屬污染

放射性污染

氟污染

有毒有機化合物的污染

有機肥中有毒有害物質對土壤的污染

§5.3肥料對土壤環(huán)境的效應一、肥料中的有毒有害物質對土二、化肥對土壤和環(huán)境的影響

對土壤的影響導致土壤板結、土壤肥力下降

造成土壤硝酸鹽的污染

引起土壤酸化

二、化肥對土壤和環(huán)境的影響對土壤的影響導致土壤板結、土壤肥水體富營養(yǎng)化

對環(huán)境的影響對水體的影響

地下水受NO3--N污染

地下水硬度增大

對大氣的影響

向大氣排放NH3、氮氧化物、CH4直接或間接地影響溫室效應和臭氧層破壞

污染空氣

水體富營養(yǎng)化對環(huán)境的影響對水體的影響地下水受NO3--N三、肥料對生物的影響（P131～134）

對人類和動物的影響

對作物產(chǎn)量、品質的影響

三、肥料對生物的影響（P131～134）對人類和動物的影響§5.4土壤肥料污染的調控措施與防治對策

?加強對肥料的監(jiān)督管理，從肥料的質量上扼制污染；

?經(jīng)濟合理施肥，嚴防過量施肥；

?氮、磷、鉀肥配合施用；

?化肥與有機肥配合施用；

?推行施肥新技術，提高肥料利用率；

?優(yōu)化肥料品種結構，研制新型無污染肥料；

?加強水肥管理，實施控水灌溉；

?培育高產(chǎn)高效低積累硝酸鹽的蔬菜品種。

§5.4土壤肥料污染的調控措施與防治對策?加強對肥料的監(jiān)第五章

肥料對土壤環(huán)境的影響

重點：肥料中有毒有害物質對土壤環(huán)境的污染

化肥對土壤的影響

土壤肥料污染的調控措施與防治措施

第五章肥料對土壤環(huán)境的影響重點：肥料中有毒有害物質對內容提要

?肥料的使用概況

?主要化肥在土壤中的轉化和固定

?肥料對土壤環(huán)境的效應

?土壤肥料污染的調控措施與防治措施

內容提要?肥料的使用概況?主要化肥在土壤中的轉化和固定§5.1肥料的使用概況

?一、肥料的種類

有機肥料

N：尿素、碳酸氫氨等

化學肥料

(主要成分)P：來自磷酸鹽，主要成分是氟磷灰石

[Ca3(PO4)2]3CaF2K：在蔬菜中大量使用

§5.1肥料的使用概況?一、肥料的種類有機肥料N：二、我國肥料的利用現(xiàn)狀（P115）

有機肥料使用概況：絕對數(shù)量在逐年增加，但所占的比重有所下降

絕對量大、比重大，品種多

單一施N肥

化肥使用概況

使用結構變化

N、P肥配合施

N、P、K肥配合施

使用方法：撒施

底施、深施、與有機肥配施等

二、我國肥料的利用現(xiàn)狀（P115）有機肥料使用概況：絕對數(shù)三、肥料使用中存在的問題

1、盲目過量施用，肥料利用率低，易流失

化肥利用率%＝100×施入化肥的有效量/作物吸收量

?各種作物對肥料的平均利用率為：氮40％～50％，磷10％～20％，鉀30％～40％。

?據(jù)試驗統(tǒng)計，我國尿素氮、碳銨氮、普鈣中磷利用率分別約為20％～40％、15％～30％、15％～30％，鉀肥與磷肥相當。而發(fā)達國家氮肥利用率可達50％，磷鉀肥利用率可達35％。

因此，盲目施入過量化肥，一是造成經(jīng)濟損失，二是造成土壤環(huán)境問題。

三、肥料使用中存在的問題1、盲目過量施用，肥料利用率低，易2、施肥結構不合理，養(yǎng)分施用不平衡

3、地區(qū)間施肥不平衡

4、有機物料收集利用率低下

2、施肥結構不合理，養(yǎng)分施用不平衡3、地區(qū)間施肥不平衡4§5.2主要化肥在土壤中的轉化和固定

一、氮素肥料在土壤中的轉化和固

土壤有機氮（95％以上）

水解性有機氮（50％～70％）

含非水解性有機氮（30％～50％）

氮化物的形+-態(tài)

無機氮：NH4-N、NO3-N水溶性有機氮（小于5％）

§5.2主要化肥在土壤中的轉化和固定一、氮素肥料在土壤中氮素肥料在土壤中的轉化和固定

1、有機氮的礦化作用

?水解過程

蛋白質

蛋白水解酶

RCHNH2COOH+其他產(chǎn)物+能量

氨基酸

?氨化過程

水解RCHNH2COOH+H2O氧化RCHNH2COOH+O2還原RCHNH2COOH+H2RCH2OH+NH3+CO2+能量

RCHCOOH+NH3+能量

RCOOH+NH3+CO2+能量

RCH2COOH+NH3+能量

氮素肥料在土壤中的轉化和固定1、有機氮的礦化作用?水解過

因此，氨化作用產(chǎn)生的銨以及施入土壤中的銨態(tài)氮肥可被植物和微生物吸收利用，未被吸收利用的銨，可被土壤膠體吸收保存。但在通氣良好的條件下，銨態(tài)氮可進一步被微生物轉化為硝態(tài)氮。

因此，氨化作用產(chǎn)生的銨以及施入土壤中的銨態(tài)氮肥可2、銨態(tài)氮的硝化作用

第一步亞硝化：

亞硝化微生物2NH4++3O2

第二步硝化：

2HNO2

+2H2O+能量

2HNO2

+O2

硝化微生物

2HNO3

+能量

2、銨態(tài)氮的硝化作用第一步亞硝化：亞硝化微生物2NH43、硝態(tài)氮的反硝化作用

硝態(tài)氮在反硝化細菌作用下的反硝化反應大致趨勢為：

-2[O]-2[O]-2[O]

2HNO3

2HNO2

-[H2O]

N2O

N2

反硝化作用約有30％的氮經(jīng)過一系列轉化，以N2O和

N2的形式進入大氣，釋放到空氣的N2O不溶于水，可以到達平流層的臭氧層，與臭氧作用，生成NO，使臭氧層破壞。

3、硝態(tài)氮的反硝化作用硝態(tài)氮在反硝化細菌作

因此，向農(nóng)田施入過量的氮肥，易出現(xiàn)下列情況：

?硝化作用釋放的氫離子會導致土壤酸化；

?導致水體中的氮的富營養(yǎng)化；

?導致地下水受硝態(tài)氮污染，尤其質地較輕的土壤。

?導致臭氧層遭到破壞

因此，向農(nóng)田施入過量的氮肥，易出現(xiàn)下列情況：?硝化4、氮素肥料在土壤中的保持、固定

土壤膠體的吸附

無機氮的生物固定

有機質固定

無機氮的化學固定

粘土礦物固定

4、氮素肥料在土壤中的保持、固定土壤膠體的吸附無機氮的生?主要指土壤微生物在其生命活動過程中，需要吸收土壤中的氮素以組成生物軀體以及合成更為復雜的微生物代謝產(chǎn)物——腐殖質等。

?一些示蹤試驗結果表明，施入土壤的氮，大約有25％～60％被生物固定。

?是暫時的固定。殘留在土壤中死的微生物組織很容易通過礦化作用把固定的氮釋放出來。

?主要指土壤微生物在其生命活動過程中，需要吸收土壤中的氮素以?指氧化程度低的有機質，通過氧化縮合作用，將銨轉化成為有機雜環(huán)化合物。這種固定在酸性腐殖質土易于發(fā)生，在土壤由酸性變成中性或堿性的情況下也會發(fā)生。

?指氧化程度低的有機質，通過氧化縮合作用，將銨轉化成為有機雜二、磷素肥料在土壤中的轉化和固定

有機磷：存在于腐殖質和其他有機物中，主要為磷脂、核酸和磷酸肌醇

土壤中磷的形態(tài)

水溶性含磷化合物

無機磷

弱酸溶性含磷化合物

難溶性含磷化合物

二、磷素肥料在土壤中的轉化和固定有機磷：存在于腐殖質和其他磷素肥料在土壤中的轉化與固定

土壤中各種形態(tài)磷的相互轉化：

有機磷

不溶磷化合物

吸收磷

溶液磷

活性磷

磷素肥料在土壤中的轉化與固定土壤中各種形態(tài)磷的相互轉1、有機磷的轉化

途徑一：

M分解

有機磷

無機磷

M吸收

途徑二：

水

解

有機磷

磷

酸

植物吸收

植物吸收

低溶解度的磷酸鹽，為微生物吸收

1、有機磷的轉化途徑一：M分解有機磷無機磷如磷脂、植素、核蛋白的水解過程如下;

卵磷脂

水

解

磷酸甘油

水

解

H3PO4H3PO4H3PO4植

素

水

解

植

酸

核

酸

水

解

核蛋白

水

解

水

解

?影響有機磷轉化的因素主要有：

土壤溫度、濕度、pH值、耕作技術和有機磷化合物中的C/P比。

如磷脂、植素、核蛋白的水解過程如下;卵磷脂水解磷

至于C/P比對有機磷轉化的影響在于，如果C/P比過大的有機物存在時，土壤微生物又可能把大部分已礦化的磷酸鹽重新固定，因為在土壤有機質轉化過程中，C、N、P是一個整體，并保持一定的比例關系（即C:N:P約為110:10:1)至于C/P比對有機磷轉化的影響在于，如果C/P2、土壤中無機磷的轉化

土壤中難溶性磷的釋放

土壤中有效磷的固定

2、土壤中無機磷的轉化土壤中難溶性磷的釋放土壤中有效磷?途徑1：

土壤酸度增強或施用生理酸性肥料時，難溶性磷酸鹽、特別是磷酸鈣鹽可逐步轉化為易溶性磷酸鹽。

?途徑2：土壤淹水和有機物質存在時，能促進難溶性磷酸鹽轉化為易溶性磷酸鹽。因為：

淹水時，一方面土壤的pH增高能促進磷酸鹽沉淀的水解；另一方面土壤Eh降低，使溶解度低的磷酸高鐵還原成溶解度高的磷酸低鐵。

有機物質的存在，有機膠體可以在礦質顆粒表面形成一層膠膜，防止礦質膠體對磷的固定；此外，3+、3+2+有機膠體還可以絡合土壤溶液中的FeAl、Ca、Hg2+，從而減少他們對磷的化學固定。

?途徑1：土壤酸度增強或施用生理酸性肥料時，難溶性磷?途徑1：化學固定

石灰性土壤中，與鈣鎂化合物結合，產(chǎn)生沉淀；酸性土壤中，與鐵、鋁化合物作用生成磷酸鐵鋁沉淀，或者進一步與三氧化鐵鋁（Fe2O3·Al2O3)轉化為更難溶的鹽基性磷酸鐵鋁。

?途徑2：陰離子代換固定

?途徑3：生物固定

?途徑1：化學固定石灰性土壤中，與鈣鎂化合物結合，

因此，只有當土壤pH在中性范圍時，磷的相對有效性最高，因為：

pH＜5.0時，大部分磷被土壤中可溶性鐵、鋁、錳和含水氧化鐵、鋁、錳所固定；

pH在6.5左右時，部分磷又固定在硅酸鹽礦物的表面；

pH＞7.5時，大部分磷和土壤中碳酸鈣化合而沉淀；

pH在8.5時，將形成極不溶解的鹽基磷酸鹽。

因此，只有當土壤pH在中性范圍時，磷的相對三、鉀素肥料在土壤中的轉化和固定

礦物鉀：指構成礦物晶格或深受結構束縛的鉀，如長石、白云母中的鉀

土壤中鉀的形態(tài)

緩效鉀：主要是層狀硅酸鹽礦物層間和顆粒邊緣一部分的鉀

速效鉀：包括了大部分吸附于顆粒表面的鉀以及水溶性鉀

三、鉀素肥料在土壤中的轉化和固定礦物鉀：指構成礦物晶格或深鉀素肥料在土壤中的轉化與固定

土壤中各種形