第十章现代土壤调查技术与土壤信息系统
第十章 土壤养分循环详细版.ppt
作物所需的营养元素
一、作物所必需的营养元素
亚农（Arnon）1954年对植物“必需”的养料元素定了三 条标准：
（1）如果缺少这种元素，植物就不能生长或不能完成生 命周期
（2）这种元素不能被其他元素所代替，它有所具有的营 养作用
（3）这种养料元素在植物的代谢过程中具有直接的作用。
农作物必需的营养元素一般有16个：
（1） 土壤酸碱度
pH6.5-6.8之间为宜，可减少磷的固定作用，提高土壤磷 的有效性。
① 难溶性磷酸盐 如氟磷灰石、羟基磷灰石等存在于石灰性土壤中；粉红磷
铁矿和磷铝石在酸性土壤中较多。
② 易溶性磷酸盐 包括水溶性和弱酸溶性两种。 易溶磷酸盐，一方面来自与化肥，另一方面来自于难溶磷
酸盐的溶解。
（四）土壤磷的转化
1．土壤磷的有效化过程
有机态磷和难溶性磷酸盐在一定条件 下，转化为植物可以吸收利用的水溶性的 磷酸盐或弱酸溶性的磷酸盐的过程并使其有 效性提高的过程，通常称之为磷的释放。
④ 水分60~70%； ⑥C/N比适当。
⑤ pH值要求在4.8~5.2
2．硝化过程
氨、胺、酰胺
NH4+→NO3-分两步
硝态氮化合
（1）亚硝化作用
亚硝化微生物
2NH4+ + 3O2
2NO2- + 2H2O + 4H+ + 158千卡 以(Nitrosonas为主)
条件：亚硝化细菌（专性自养型微生物） 通气：良好 O2< 5% pH 5.5 - 10 (7-9), < 4.5 受抑制！ 水分：50~60% 温度：35℃ ＜ 2℃ STOP! 养分：Cu，Mo等促进硝化作用的进行。缺钙，不利。
土壤信息传感内容及技术
土壤信息传感内容及技术一、土壤信息传感内容土壤信息传感包括土壤水分、电导率、氮、磷、钾含量等影响作物健康生长的土壤参数信息的获取。
1.土壤水分土壤水分又称土壤湿度，是保持在土壤孔隙中的水分，主要来源是降水和灌溉水，此外还有近地面水气的凝结、地下水位上升及土壤矿物质中的水分。
土壤含水量直接影响着作物生长，小气候以及土壤的机械性能。
在农业、水利、气象研究等许多方面，土壤水分含量是一个重要参数。
农业生产中土壤含水量的准确测定对于水资源的有效管理、灌溉措施、作物生长、旱地农业节水、产量预测以及化学物质监测等方面非常重要，也是精准农业极为关键的重要参数。
土壤水分传感技术的研究与发展直接关系到精细农业变量灌溉技术的优劣。
常用土壤水分检测技术包括烘干法、介电法、电阻法、电容法、射线法、中子法、张力计法等。
由于便于测量，介电法是目前农业物联网中常用的土壤水分检测方法。
2.电导率电导率是指一种物质传送（传导）电流的能力，土壤电导率与土壤颗粒大小和结构有很强的相关性，同时土壤电导率与土壤有机物含量、黏土层深度水分保持能力/水分泄漏能力有密切关系。
常用的土壤电导率检测技术包括传统理化分析方法、电磁法测量、电极电导法测量、时域反射等方法，其中电磁法测量、电极电导法测量、时域反射等方法由于能直接将电导率转化为电信号，特别适合农业物联网土壤电导率信息传感。
土壤养分测试的主要对象是氮（N）、磷（P）和钾（K），这三种元素是作物生长的必需营养元素。
氮是植物体中许多重要化合物（如蛋白质、氨基酸和叶绿素等）的重要成分，磷是植物体内许多重要化合物（如核酸核蛋白、磷脂、植素和腺三磷等）的成分，钾是许多植物新陈代谢过程所需酶的活化剂。
土壤养分检测目前多采用实验室化学分析方法。
二、土壤信息传感技术目前基于电磁、光学、机械、声学、空气动力学、电化学等诸多方法的传感器在含水量、电导率、耕作阻力、有机质含量、离子成分等土壤参数的测量中得到了大量研究应用。
第十章土壤元素的生物地球化学循环PPT课件
光合作用强度直接受植物生物学特性和气候条件 的影响。
三、土壤呼吸作用
土壤呼吸作用是指土壤产生并向大气释 放二氧化碳的过程，主要由土壤微生物(异养 呼吸)和根系(自养呼吸)产生。除植被冠层光 合作用，土壤呼吸作用是陆地生态系统碳收 支中最大的通量。
研究土壤呼吸作用引起的土壤CO2通量变化必须特别注意 土壤表层附近的不稳定碳库的变化。人为扰动或全球变暖引起 的土壤CO2通量释放的增加主要源于具有最短更新时间的不稳 定碳库。如温带森林土壤的CO2年生产量中有83%是仅为15cm 的表层土壤提供的。
四、土壤碳的固定
土壤碳的固定：光合作用固定的碳大于呼吸 作用消耗的碳。
➢土壤碳库估计中不确定性还与土壤实测调查数据 不充分有关。
➢控制土壤碳储量的主导因子多，包括气候（温度 和水汽）、植物类型、母岩（黏土含量和土壤排水 层）等，而温度、水汽和颗粒大小在土壤剖面的不 同深度变化极大。
图 中国土壤有机碳密度（0-100cm）分布
二、土壤光合作用
光合作用（Photosynthesis）是绿色植物吸收 光能 ，在可见光的照射下，将二氧化碳和水转化为 有机物，并释放出氧气的过程。
木质素、树脂和某些芳香族化合 几个月到几年 物
纤维、脂肪
几天到几个月
氨基酸、简单糖类和低分子脂肪 几小时到几天 酸等
➢不同土壤层中有机碳的的平均停留期受土壤有机质的 性质和数量、腐殖质的特性以及环境条件等影响，一 般为100~3000年。
➢地质大循环的土壤碳周转时间可达几百万年甚至几亿 年，远远长于大气碳库和陆地植被碳库，可见土壤碳 库在生物地球化学循环中周转速度最慢。
土壤农化分析(教案)
土壤农化分析（教案）第一章：土壤的组成与性质1.1 土壤的组成了解土壤的组成，包括矿物质、有机质、水分和空气等。
探讨各组成部分对土壤性质的影响。
1.2 土壤的性质学习土壤的物理性质，如土壤质地、结构、孔隙度等。
研究土壤的化学性质，包括酸碱度、有机质含量、养分含量等。
第二章：土壤样品采集与处理2.1 土壤样品的采集学习土壤样品采集的方法和技巧。
探讨不同土壤类型和不同采样点对样品采集的影响。
2.2 土壤样品的处理了解土壤样品的处理步骤，包括干燥、研磨、过筛等。
掌握处理过程中注意事项，确保样品的准确性和可靠性。
第三章：土壤养分的测定3.1 土壤有机质的测定学习土壤有机质的测定方法，如重铬酸钾滴定法、燃烧法等。
探讨不同方法的特点和适用条件。
3.2 土壤养分的测定了解土壤养分（氮、磷、钾等）的测定方法，如凯氏蒸馏法、钼锑抗比色法等。
掌握不同方法的操作步骤和注意事项。
第四章：土壤质量评价与监测4.1 土壤质量评价方法学习土壤质量评价的方法，如土壤质量指数、土壤污染指数等。
探讨不同评价方法的适用范围和局限性。
4.2 土壤监测与管理了解土壤监测的方法和技术，包括土壤样品的定期采集、分析等。
探讨土壤健康管理的方法和措施，如土壤改良、施肥等。
第五章：土壤污染与防治5.1 土壤污染类型与来源学习土壤污染的类型，包括重金属污染、有机污染等。
探讨土壤污染的来源，包括农业、工业、生活等。
5.2 土壤污染防治措施了解土壤污染防治的方法和措施，如土壤物理修复、化学修复、生物修复等。
探讨不同修复技术的适用条件和效果评估。
第六章：土壤肥力与植物营养6.1 土壤肥力的概念与评价理解土壤肥力的内涵，学习土壤肥力评价指标，如土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾等。
探讨土壤肥力评价的方法和土壤肥力分级。
6.2 植物营养与土壤关系学习植物所需主要营养元素（N、P、K等）的生理功能和植物营养诊断方法。
探讨土壤供应营养元素的能力及土壤-植物营养系统的平衡。
土壤学第十章土壤元素的生物地球化学循环
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§10 土壤元素的生物地球化学循环 四、土壤有机氮的矿化
矿化过程主要分两个阶段：
第一阶段，先把复杂的含氮化合物，如蛋白质、核酸、氨基糖及其多聚体等，经过
微生物酶的系列作用，逐级分解而形成简单的氨基化合物，称为氨基化阶段(氨基化作
用) ：蛋白质→RCHNH2COOH(或RNH2)+C02+中间产物+能量 第二阶段，在微生物作用下，把各种简单的氨基化合物分解成氨，称为氨化阶段(
国土资源部地质调查局教授级高级工程师奚小 环说，我国承诺到2020年，将在目前基础上碳强 度减排40%—45%。由于森林面积有限，耕地需承 担更大的减排任务。
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五、土壤碳酸盐转化与平衡过程
决定土壤中碳酸盐淋溶与淀积的关键：CO2— H20体系平衡(即C02／HCO3-／C032-)。
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§10 土壤元素的生物地球化学循环
第十学循环
土壤元素的生物地球化学循环是 “土壤圈”物质循环的重要组成部分。
土壤中化学元素以能量传递为驱动力， 沿着土壤-生物-大气进行物质循环传递的过 程(主要过程界定为:土壤-植物-大气)称为
土壤元素的生物地球化学循环。
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2
典型的再循环过程：
氨的挥发还与土壤性质、施用化肥种类和纯化学反应等因素有关。
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§10 土壤元素的生物地球化学循环
九、土壤硝酸盐淋失
硝酸盐带负电荷，又极易溶于水，是最易被淋洗的氮形式，随着渗漏水 的增加，硝酸盐的淋失增大。自然条件下，硝态氮的淋失取决于土壤、气候、 施肥和栽培管理等条件。
十、土壤反硝化损失
2NO3- → 2NO2- → 2NO → N2O → N2
《土壤学》第十章土壤调查
调查路线间距
1
2
1：5000 1：10000 1：25000 1：50000 1：100000 1：200000
150 375 1200 1800 4500 1.1万
120 300 975 1560 3750 9000
3
90 270 750 1320 3000 6750
4
75 225 600 960 2250 5350
4．土壤与土地资源评价 包括土地利用现状和土壤资源评价。
5．土壤改良利用分区 包括分区的目的、原则及分区各论。 6．其他
每100公顷的剖面数
每剖面控制的公顷数
1：2000 1：5000
1：2000
地形 航片 地形图 航片 地形 航
图
图片
1：5000
地形 航 图片
1
30 17
7
4 3 . 8 6 14 25
2 26 20 9
5 3 . 3 5 11 20
3 39 25 11 7 2 . 5 4 9 14
4 50 35 14 9 2 . 0 3 7 11
森林罗盘仪
经纬仪 花杆
三 、土壤剖面挖掘与观察
剖面挖掘
1.点数及布点：符合精度、均匀性、典型性、 代表性
2.挖掘： 不可在沟边、路边、房边、树边等 长1.5-2m、宽1m、深1.5m或地下水或母质 观察面朝阳。 表层土和下层土分放。
每个主要剖面代表的面积及调查路线的间距
比例尺
每个剖面代表亩数
第十章 土壤调查
• 土壤调查是为了更好的了解土壤和利用土壤
一 土壤调查的步骤
（1）准备阶段 ：明确任务、组建队伍、确定 制图比例尺、统一“技术规程”，提出质量 标准及成果要求，收集基础资料与图件、研 究前人的工作成果；准备调查工具、仪器和 计算机软件，做好物质准备
农业信息采集与处理—土壤信息的采集与处理
土壤信息的采集与处理
二、土壤养分成分的监测
（四）土壤盐分的监测 大地电导仪是快速勘查大面积土壤电导率的专门仪器。 土壤电导率数据包含了土壤含盐量、土壤水分、有机质含量、土壤压实度、质地结构、
空隙度等土壤理化信息。 接触式土壤电导率传感器是一种电极式传感器，采用电流－电压四端法，将恒流电源、
电压表、电极和土壤构成回路，用车辆牵引并集成GPS系统，用于测定土壤电导率。
环境的特点，而且其监测点点俱到, 较容易画出土壤不同含水量区域之间的 界线，便于对不同含水量区域面积的统计和分析，已成为一种监测土壤含水 量的全新方法。
土壤信息的采集与处理
一、土壤含水量的监测
（六）土壤水分遥感监测
裸地，可利用热红外遥感土壤水分，其内容包括：一是通过热红 外遥感方法获取的热图像数据推算地表温度的时空分布，二是确 定土壤水分含量与地表温度之间的定量关系，推算土壤湿土壤养分成分的监测
（二）土壤养分成分监测——ISFET法 其离子的主要探测元件为固态或液态的离子敏感膜，选择不同的敏感膜，可以测定不同的离子浓度。 ISFET主要H+、K+、Na+、Ca2+、Cl－、F－、Br－、I－、CN－、Ag+、S2－、NH4+等几种。 也可以将H＋、K＋、Na＋、Cl－等离子敏感膜集成在一个芯片上，通过模拟开关使4个ISFET输出 信号，分别测定离子的浓度。 对于土壤营养监测来说，ISFET器件的技术关键是在于离子选择性敏感膜的研制。 可以将多ISFET传感器集成到FIA（Flow Injection Analysis）系统中进行土壤营养成分的监测。也 可以用ISFET连续检测土壤pH值。
土壤信息的采集与处理
二、土壤养分成分的监测
土壤农化分析 教案
土壤农化分析教案第一章：土壤概述1.1 土壤的定义与重要性1.2 土壤的组成与结构1.3 土壤的分类与分布1.4 土壤的功能与特性第二章：土壤样品采集与处理2.1 土壤样品的采集方法2.2 土壤样品的处理与保存2.3 土壤样品的前处理技术2.4 土壤样品的代表性分析第三章：土壤理化性质分析3.1 土壤颗粒组成分析3.2 土壤水分含量分析3.3 土壤有机质含量分析3.4 土壤pH值分析第四章：土壤养分分析4.1 土壤氮素分析4.2 土壤磷素分析4.3 土壤钾素分析4.4 土壤中其他微量元素分析第五章：土壤污染与修复5.1 土壤污染的类型与来源5.2 土壤污染的影响与评估5.3 土壤修复技术与方法5.4 土壤环境质量标准与监测第六章：土壤肥力评价6.1 土壤肥力的概念与组成6.2 土壤肥力评价方法6.3 土壤肥力指标与评价体系6.4 土壤改良与施肥策略第七章：土壤微生物与土壤肥力7.1 土壤微生物的种类与功能7.2 土壤微生物与土壤肥力的关系7.3 土壤微生物群落分析方法7.4 土壤微生物活性评价与调控第八章：土壤水分与土壤侵蚀8.1 土壤水分的分布与循环8.2 土壤侵蚀的类型与过程8.3 土壤侵蚀的影响与评估8.4 土壤保持与侵蚀控制措施第九章：土壤呼吸与碳循环9.1 土壤呼吸的概念与过程9.2 土壤呼吸的影响因素9.3 土壤碳循环的意义与过程9.4 土壤碳库管理与全球气候变化第十章：土壤环境监测与保护10.1 土壤环境监测的方法与技术10.2 土壤环境保护的政策与法规10.3 土壤环境污染的防治策略10.4 土壤资源的可持续利用与保护第十一章：土壤电化学分析11.1 土壤电化学特性的重要性11.2 土壤电导率分析11.3 土壤pH电位分析11.4 土壤Eh电位分析第十二章：土壤中重金属污染分析12.1 重金属在土壤中的行为12.2 土壤重金属污染的测定方法12.3 土壤重金属污染的评价与风险管理12.4 土壤重金属污染的植物修复技术第十三章：土壤有机污染物分析13.1 土壤有机污染物的类型与特性13.2 土壤中有机污染物的检测技术13.3 土壤有机污染物的迁移与转化13.4 土壤有机污染物的环境风险评估第十四章：土壤酶学与土壤生态学14.1 土壤酶的种类与功能14.2 土壤酶活性与土壤肥力的关系14.3 土壤生态学原理与应用14.4 土壤生物多样性保护与生态系统服务第十五章：土壤农化分析实验室管理15.1 实验室的质量控制与标准化15.2 土壤样品的预处理与分析技术15.3 现代分析技术在土壤农化分析中的应用15.4 土壤农化分析结果的报告与解读重点和难点解析第一章：土壤概述重点：理解土壤的定义、重要性、组成、结构、分类和分布。
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图10-1 现代土壤地理调查基本程序图式
图10-2 基于土壤发生学理论的土壤遥感解译模式
图10-3 自动识别土壤类型的系统方法三、土壤-景观推理模型(SoLIM)
如图10-4所示
图10-5 ASS-CSTC的基本结构图式
图10-6 ASS-CSTC系统实施技术路线图式
二、ASS-CSTC检索过程及功能
三、中国土壤系统分类数据库
中国土壤系统分类数据库(DB-CSTCD)主要采用生命周期法进行设计，
用程序开发法、面向对象技术、客户/服务器技术、网络GIS技术、面向对象数据库技术和软件重用原则进行实施。
DB-CSTC的结构是：建立土壤地理信息系统的要求，开发能在因特网上发布多层土壤地理信息的应用程序，其总体结构如图。