第五章化肥施用對(duì)土壤環(huán)境的影響課件

第五章

肥料對(duì)土壤環(huán)境的影響

重點(diǎn)：肥料中有毒有害物質(zhì)對(duì)土壤環(huán)境的污染

化肥對(duì)土壤的影響

土壤肥料污染的調(diào)控措施與防治措施

第五章肥料對(duì)土壤環(huán)境的影響重點(diǎn)：肥料中有毒有害物質(zhì)對(duì)內(nèi)容提要

?肥料的使用概況

?主要化肥在土壤中的轉(zhuǎn)化和固定

?肥料對(duì)土壤環(huán)境的效應(yīng)

?土壤肥料污染的調(diào)控措施與防治措施

內(nèi)容提要?肥料的使用概況?主要化肥在土壤中的轉(zhuǎn)化和固定§5.1肥料的使用概況

?一、肥料的種類(lèi)

有機(jī)肥料

N：尿素、碳酸氫氨等

化學(xué)肥料

(主要成分)P：來(lái)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(lèi)有機(jī)肥料N：二、我國(guó)肥料的利用現(xiàn)狀（P115）

有機(jī)肥料使用概況：絕對(duì)數(shù)量在逐年增加，但所占的比重有所下降

絕對(duì)量大、比重大，品種多

單一施N肥

化肥使用概況

使用結(jié)構(gòu)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(jī)肥配施等

二、我國(guó)肥料的利用現(xiàn)狀（P115）有機(jī)肥料使用概況：絕對(duì)數(shù)三、肥料使用中存在的問(wèn)題

1、盲目過(guò)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(duì)肥料的平均利用率為：氮40％～50％，磷10％～20％，鉀30％～40％。

?據(jù)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)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(dāng)。而發(fā)達(dá)國(guó)家氮肥利用率可達(dá)50％，磷鉀肥利用率可達(dá)35％。

因此，盲目施入過(guò)量化肥，一是造成經(jīng)濟(jì)損失，二是造成土壤環(huán)境問(wèn)題。

三、肥料使用中存在的問(wèn)題1、盲目過(guò)量施用，肥料利用率低，易2、施肥結(jié)構(gòu)不合理，養(yǎng)分施用不平衡

3、地區(qū)間施肥不平衡

4、有機(jī)物料收集利用率低下

2、施肥結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)化和固定

一、氮素肥料在土壤中的轉(zhuǎn)化和固

土壤有機(jī)氮（95％以上）

水解性有機(jī)氮（50％～70％）

含非水解性有機(jī)氮（30％～50％）

氮化物的形+-態(tài)

無(wú)機(jī)氮：NH4-N、NO3-N水溶性有機(jī)氮（小于5％）

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

1、有機(jī)氮的礦化作用

?水解過(guò)程

蛋白質(zhì)

蛋白水解酶

RCHNH2COOH+其他產(chǎn)物+能量

氨基酸

?氨化過(guò)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(zhuǎn)化和固定1、有機(jī)氮的礦化作用?水解過(guò)

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(jìn)一步被微生物轉(zhuǎn)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(xì)菌作用下的反硝化反應(yīng)大致趨勢(shì)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(guò)一系列轉(zhuǎn)化，以N2O和

N2的形式進(jìn)入大氣，釋放到空氣的N2O不溶于水，可以到達(dá)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(xì)菌作

因此，向農(nóng)田施入過(guò)量的氮肥，易出現(xiàn)下列情況：

?硝化作用釋放的氫離子會(huì)導(dǎo)致土壤酸化；

?導(dǎo)致水體中的氮的富營(yíng)養(yǎng)化；

?導(dǎo)致地下水受硝態(tài)氮污染，尤其質(zhì)地較輕的土壤。

?導(dǎo)致臭氧層遭到破壞

因此，向農(nóng)田施入過(guò)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(wú)機(jī)氮的生物固定

有機(jī)質(zhì)固定

無(wú)機(jī)氮的化學(xué)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(wú)機(jī)氮的生?主要指土壤微生物在其生命活動(dòng)過(guò)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(fù)雜的微生物代謝產(chǎn)物——腐殖質(zhì)等。

?一些示蹤試驗(yàn)結(jié)果表明，施入土壤的氮，大約有25％～60％被生物固定。

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

?主要指土壤微生物在其生命活動(dòng)過(guò)程中，需要吸收土壤中的氮素以?指氧化程度低的有機(jī)質(zhì)，通過(guò)氧化縮合作用，將銨轉(zhuǎn)化成為有機(jī)雜環(huán)化合物。這種固定在酸性腐殖質(zhì)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(huì)發(fā)生。

?指氧化程度低的有機(jī)質(zhì)，通過(guò)氧化縮合作用，將銨轉(zhuǎn)化成為有機(jī)雜二、磷素肥料在土壤中的轉(zhuǎn)化和固定

有機(jī)磷：存在于腐殖質(zhì)和其他有機(jī)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(wú)機(jī)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(zhuǎn)化和固定有機(jī)磷：存在于腐殖質(zhì)和其他磷素肥料在土壤中的轉(zhuǎn)化與固定

土壤中各種形態(tài)磷的相互轉(zhuǎn)化：

有機(jī)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(zhuǎn)化與固定土壤中各種形態(tài)磷的相互轉(zhuǎn)1、有機(jī)磷的轉(zhuǎn)化

途徑一：

M分解

有機(jī)磷

無(wú)機(jī)磷

M吸收

途徑二：

水

解

有機(jī)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(jī)磷的轉(zhuǎn)化途徑一：M分解有機(jī)磷無(wú)機(jī)磷如磷脂、植素、核蛋白的水解過(guò)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(jī)磷轉(zhuǎn)化的因素主要有：

土壤溫度、濕度、pH值、耕作技術(shù)和有機(jī)磷化合物中的C/P比。

如磷脂、植素、核蛋白的水解過(guò)程如下;卵磷脂水解磷

至于C/P比對(duì)有機(jī)磷轉(zhuǎn)化的影響在于，如果C/P比過(guò)大的有機(jī)物存在時(shí)，土壤微生物又可能把大部分已礦化的磷酸鹽重新固定，因?yàn)樵谕寥烙袡C(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程中，C、N、P是一個(gè)整體，并保持一定的比例關(guān)系（即C:N:P約為110:10:1)至于C/P比對(duì)有機(jī)磷轉(zhuǎn)化的影響在于，如果C/P2、土壤中無(wú)機(jī)磷的轉(zhuǎn)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(wú)機(jī)磷的轉(zhuǎn)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(qiáng)或施用生理酸性肥料時(shí)，難溶性磷酸鹽、特別是磷酸鈣鹽可逐步轉(zhuǎn)化為易溶性磷酸鹽。

?途徑2：土壤淹水和有機(jī)物質(zhì)存在時(shí)，能促進(jìn)難溶性磷酸鹽轉(zhuǎn)化為易溶性磷酸鹽。因?yàn)椋?/p>

淹水時(shí)，一方面土壤的pH增高能促進(jìn)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(jī)物質(zhì)的存在，有機(jī)膠體可以在礦質(zhì)顆粒表面形成一層膠膜，防止礦質(zhì)膠體對(duì)磷的固定；此外，3+、3+2+有機(jī)膠體還可以絡(luò)合土壤溶液中的FeAl、Ca、Hg2+，從而減少他們對(duì)磷的化學(xué)固定。

?途徑1：土壤酸度增強(qiáng)或施用生理酸性肥料時(shí)，難溶性磷?途徑1：化學(xué)固定

石灰性土壤中，與鈣鎂化合物結(jié)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(jìn)一步與三氧化鐵鋁（Fe2O3·Al2O3)轉(zhuǎn)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(xué)固定石灰性土壤中，與鈣鎂化合物結(jié)合，

因此，只有當(dāng)土壤pH在中性范圍時(shí)，磷的相對(duì)有效性最高，因?yàn)椋?/p>

pH＜5.0時(shí)，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(shí)，部分磷又固定在硅酸鹽礦物的表面；

pH＞7.5時(shí)，大部分磷和土壤中碳酸鈣化合而沉淀；

pH在8.5時(shí)，將形成極不溶解的鹽基磷酸鹽。

因此，只有當(dāng)土壤pH在中性范圍時(shí)，磷的相對(duì)三、鉀素肥料在土壤中的轉(zhuǎn)化和固定

礦物鉀：指構(gòu)成礦物晶格或深受結(jié)構(gòu)束縛的鉀，如長(zhǎng)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(zhuǎn)化和固定礦物鉀：指構(gòu)成礦物晶格或深鉀素肥料在土壤中的轉(zhuǎn)化與固定

土壤中各種形態(tài)的鉀的相互轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化與固定土壤中各種形態(tài)的鉀的相互轉(zhuǎn)化：1、鉀的釋放

指礦物態(tài)鉀在長(zhǎng)時(shí)期的風(fēng)化中，經(jīng)作物和微生物如硝化細(xì)菌、硫化細(xì)菌以及纖維分解細(xì)菌、硅酸鹽細(xì)菌產(chǎn)生各種有機(jī)酸和無(wú)機(jī)酸的作用下，逐漸水解釋放出鉀的過(guò)程。反應(yīng)如下：

K2O·Al2O3·6SiO2+H2O+2H2CO3正長(zhǎng)石

水

解

Al2O3·2SiO2·2H2O+2KHCO3+4SiO21、鉀的釋放指礦物態(tài)鉀在長(zhǎng)時(shí)期的風(fēng)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(lèi)、蒙脫石類(lèi)和蛭石類(lèi)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(lèi)、蒙脫石§5.3肥料對(duì)土壤環(huán)境的效應(yīng)

一、肥料中的有毒有害物質(zhì)對(duì)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(jī)化合物的污染

有機(jī)肥中有毒有害物質(zhì)對(duì)土壤的污染

§5.3肥料對(duì)土壤環(huán)境的效應(yīng)一、肥料中的有毒有害物質(zhì)對(duì)土二、化肥對(duì)土壤和環(huán)境的影響

對(duì)土壤的影響導(dǎo)致土壤板結(jié)、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(duì)土壤和環(huán)境的影響對(duì)土壤的影響導(dǎo)致土壤板結(jié)、土壤肥水體富營(yíng)養(yǎng)化

對(duì)環(huán)境的影響對(duì)水體的影響

地下水受NO3--N污染

地下水硬度增大

對(duì)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(yīng)和臭氧層破壞

污染空氣

水體富營(yíng)養(yǎng)化對(duì)環(huán)境的影響對(duì)水體的影響地下水受NO3--N三、肥料對(duì)生物的影響（P131～134）

對(duì)人類(lèi)和