土壤养分循环
土壤学(第九章) 土壤养分循环
第二节 土壤磷(phosphor)和硫(sulfur)的循环
一、土壤磷的形态和数量
P2O5%=P%×2.291 P% = P2O5% ×0.44 我国土壤全磷（P）含量一般为0.2～1.1g/kg，并有从 南到北渐增的地域变化趋势。
（一）无机态磷
3种相互平衡的形态
溶解
吸附
矿物态
水溶态
吸附态
沉淀
解吸
h
（二）有机态磷 土壤有机磷含量变化大，一般占土壤表层全磷
的20～80%，随土壤有机质含量增加而增加。 有机磷一般需经矿化为无机磷后才能被植物吸
收利用。 1.植素类 植酸与钙、镁等离子结合而成。一般占土壤有
机磷总量的20～30%。
h
2.核酸类 含磷、氮的复杂有机化合物。多数报道占土壤有
机磷总量的1～10%。 3.磷脂类
h
（2）Fe—P（铁磷） 以粉红磷铁矿FePO4·2H2O为代表，溶度积＝10－34.9
（3）Al—P（铝磷） 以磷铝石AlPO4·2H2O为代表，溶度积＝10－30.5 Fe—P和Al—P的溶解度随pH升高而增大。
（4）O—P（闭蓄态磷） 氧化铁胶膜包被的磷酸盐，无效磷。当Fe2O3
胶膜还原溶解后，磷被释放。
四川耕地土壤全氮分级面积统计（第二次土壤普查资料）
土壤面 积构成 （%）
水田土壤
旱地土壤
土 壤 全 氮 分 级 （N，g/kg）
高
中等
较低
低
(＞1.5) (1.5～1.0) (1.0～0.75) (≤0.75)
17.8
58.4
20.9
2.9
14.9
22.7
28.2
34.2
h
1. 无机态N 表土占1－2%，最多5－8%，底土可达30%。
土壤养分循环
第十章土壤养分循环土壤养分循环：是指在生物参与下，营养元素从土壤到生物，再从生物回到土壤的循环过程，是一个复杂的生物地球化学过程。
土壤元素通常可以反复的再循环和利用,典型的再循环过程包括：（1）生物从土壤中吸收养分（2）生物的残体归还土壤（3）在土壤微生物的作用下，分解生物残体，释放养分（4）养分再次被生物吸收一、土壤氮素循环（一）氮素循环由两个重叠循环构成，一是大气层的气态氮循环，几乎所有的气态氮对大多数植物无效，只有若干种微生物或少数与微生物共生的植物可以固定大气中的有效氮。
另一个是土壤氮的循环，即在土壤植物系统中，氮在动植物体、微生物体、土壤有机质、土壤矿物质各分室中的转化和迁移，包括有机氮的矿化和无机氮的生物固持作用、粘土对氨的固定和释放作用、硝化和反硝化作用、腐殖质形成和腐殖质稳定化作用。
（二）土壤的氮的获得（来源）1土壤氮的获得（来源）（1）土壤母质中的矿质元素（2）大气中分子氮的生物固定大气和土壤空气中的分子态氮不能被植物直接吸收、同化，必须经生物固定为有机氮化合物，直接或间接地进入土壤。
（3）雨水和灌溉水带入的氮灌溉水带入土壤的氮主要是硝态氮形态，其数量因地区、季节和降雨量而异。
大气层发生自然雷电现象，可使氮氧化成NO2及NO等氮氧化物。
（4）施用有机肥和化学肥料2土壤N存在形态土壤无机态氮主要是铵态氮和硝态氮，是植物能直接吸收利用的有效态氮。
有机态氮是土壤氮的主要存在形态，一般占土壤全量氮的95%以上，按其溶解度的大小及水解的难易分为水溶性有机氮、水解性有机氮和非水解性有机氮三类。
土壤溶液中的铵、交换性铵和硝态氮因能直接被植物根系所吸收，常总被称为速效态氮。
3土壤中氮的转化（1）有机态氮的矿化过程含氮的有机化合物，在多种微生物的作用下降解为简单的铵态氮的过程矿化过程：第一阶段：把复杂的含氮化合物的含氮化合物，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下，逐级分解而形成简单的氨基化合物，称之为氨基化阶段。
（土壤学讲义）第10章土壤养分循环
第十章土壤养分循环第一节土壤氮素循环第二节土壤磷和硫的循环第三节土壤中的钾钙镁第四节土壤中的微量元素循环第五节土壤养分平衡及有效性循环第一节土壤氮素一、陆地及土壤生态系统中的氮循环（一）陆地生态系统中的氮形态大气中氮以分子态氮（N2）和各种氮氧化物（NO2、NO、N2O）等形式存在。
其中N2占78% ，生物作用下转化为土壤和水体生物有效态（铵态氮和硝态氮）（二）氮素循环由两个重叠循环构成：一是大气层的气态氮循环几乎所有的气态氮对大多数高等植物无效，只有若干种微生物或少数与微生物共生的植物可以固定大气中的氮素，使它转化成为生物圈中的有效氮。
二是土壤氮的内循环1-矿化作用 2-生物固氮作用 3-铵的粘土矿物固定作用4-固定态铵的释放作用 5-硝化作用6-腐殖质形成作用 8-腐殖质稳定化作用7-氨和铵的化学固定作用二、土壤氮的获得和转化（一）土壤氮的获得1、大气中分子氮的生物固定2、雨水和灌溉水带入的氮3、施用有机肥和化学肥料（二）土壤中N的转化1、氮的形态---无机态氮和有机态氮（1）土壤无机态氮铵态氮（NH4+-N）硝态氮（NO3--N）（2）有机态氮 --主要存在形态，占全N的95%以上水溶性有机氮按溶解度大小分水解性有机氮非水解性有机氮2、土壤氮素的转化（1）有机氮的矿化矿化过程分两个阶段：第一阶段：氨基化阶段即复杂的含氮化合物(如氨基糖、蛋白质、核酸等)经微生物酶的系列作用下，逐渐分解而形成简单的氨基化合物。
第二阶段：氨化作用即在微生物作用下，各种简单的氨基化合物分解成氨的过程。
氨化作用于可在不同条件下进行：O2 RCOOH +NH3+CO2+QRCHNH2COOH + 2H---RCH2COOH +NH3+QH2O RCHOHCOOH+NH3+Q（2）铵的硝化硝化作用：是指土壤中大部分NH4+通过微生物作用氧化成亚硝酸盐和硝酸盐的过程。
2NH4++3O2-------2NO2-+2H2O+4H++Q2NO2-+O2-------2NO3-+Q（3）无机态氮的生物固定定义：矿化作用生成的铵态氮、硝态氨和某些简单的氨基态氮，通过微生物和植物的吸收同化，成为生物有机体组成部分，称为无机态N的生物固定（又称为生物固持）（4）铵离子的矿物固定定义：是指离子直径大小与2：1型粘土矿物晶架表面孔穴大小接近的铵离子，陷入晶架表面的孔穴内，暂时失去了它的生物有效性，转变为固定态铵的过程。
土壤养分循环
微生物 分解
有机体
绿色植物 合成
养料元素土壤体
风化 作用
淋溶 作用
岩石
江海
沉淀作用
主要内容 (要点)：
1.土壤氮素循环 （要点） 2.土壤磷和硫旳循环 （要点） 3.土壤中旳钾钙镁 4.土壤中旳微量元素循环
教学目的与要求：
从养分旳起源、含量、形态和转化过程来掌握 多种土壤养分。要点掌握土壤氮、磷旳转化过 程，尤其是无效化过程；了解土壤钾、钙、镁 旳情况以及微量元素旳主要性。
（1）固氮作用；自生固氮 、共生固氮和联合固氮
（2）降水；
（3）灌水；
（4）施肥；① 有机肥；② 无机化肥；它们是土壤 氮肥旳主要起源。
一 影响土壤氮素含量旳原因
1．植被与气候
一般： 草本植物 ＞ 木本植物 草本植物：豆科＞ 非豆科 木本植物：阔叶林＞针叶林
一般而言： 温度愈高，有机质分解愈快，OM含量低，N少； 湿度愈高，有机质分解愈慢，OM积累旳多，N多。
（2）水解性有机氮50~70%，用酸碱或酶处理而得。包 括：蛋白质及肽类、核蛋白类、氨基糖类
（3）非水解性有机氮30~50%，主要可能是杂环态氮、 缩胺类
2．无机态氮
土壤无机氮占全氮 5~8%；
1~2%(1~50ppm)。最多不超出
（1）铵态氮(NH4) 在土壤里有三种存在方式：游离态、 互换态、固定态。
2．起源
土壤中旳氮素关非起源于土壤矿物质。是生物固氮作用产生 旳。
固氮作用主要是靠微生物，固氮微生物分共生和自生两类。 （1）与豆科作物共生旳固氮菌，其固氮能力很强。10~20斤/亩 （2）自生固氮菌，有分为好气和嫌气两类。
好气性固氮能力强，在热带林地，可达10~30斤/亩
植物与土壤养分循环
植物与土壤养分循环植物与土壤之间的养分循环是一个复杂而至关重要的生态过程。
植物通过吸收土壤中的养分，促进自身的生长和发育，同时也释放出废弃物质，将养分回馈给土壤，形成一个相互依存的生态系统。
本文将介绍植物与土壤养分循环的重要性、影响因素以及相应的调控措施。
1. 土壤养分的重要性土壤是植物生长的基础，其中包含了丰富的养分，如氮、磷、钾等。
这些养分是植物生长和代谢所必需的，对于植物的生长发育具有重要的影响。
土壤养分的循环与植物生长形成了密切的联系，合理管理土壤养分是保障植物健康生长的前提。
2. 影响植物与土壤养分循环的因素（1）土壤性质：不同土壤的养分含量和养分有效性存在差异，这对植物的吸收和利用养分产生直接影响。
土壤质地、有机质含量、酸碱度等都对养分的存留和释放起着重要作用。
（2）植物根系：植物通过根系与土壤进行物质交换，根系的分布范围、分泌根系物质以及根系生长状态都会影响植物对养分的吸收和利用能力。
（3）土壤微生物：土壤中的微生物活动也是土壤养分循环的关键环节。
微生物可以分解有机物、固定氮气、矿化磷等，促进养分的释放和转化。
（4）外界环境：环境因素如温度、湿度、光照等都对植物的生长和养分吸收有一定的影响。
3. 调控植物与土壤养分循环的措施为了维持良好的土壤养分状态，实现植物的健康生长，可采取以下措施：（1）合理施肥：根据土壤养分状况和目标植物的养分需求，科学施肥，避免过量或不足，以养分的平衡供应来促进植物生长。
（2）生物肥料应用：合理利用有机肥料和生物肥料，增加土壤有机质含量，改善土壤结构，提高土壤的固持性和肥力。
（3）轮作与休耕：合理安排植物的轮作和休耕，有助于恢复土壤养分平衡，减少养分的流失和浪费。
（4）生物修复技术：通过引入适宜的微生物，如植物生长促进菌、磷解菌等，调节土壤微生物组成和活性，促进养分的释放和转化。
结论：植物与土壤养分循环是维持生态系统健康的重要过程。
通过合理管理土壤养分，调控植物和土壤之间的相互关系，可以提高植物的抗逆性和产量，减少养分的损失，实现可持续生产和保护环境的目标。
土壤养分循环
矿物固定态铵离子的含量与土壤中其他交换性阳离子的种类和性质有关， 尤其与钾离子的含量关系密切。土壤的干湿交替、酸碱度等对铵的矿物 固定或固定态铵的释放也有直接的影响。
在某些森林土壤O层和A层中大约有一半的氮以固定态铵或者与腐殖质化 学结合态的形式被固定。
三、土壤中氮素的循环转化及其调节 （二）土壤氮素内部转化（氨化作用、硝化作用、固持） 一般把有机态氮转变成氨态氮和硝态氮的过程（氨化和硝化作用）统称 为矿化过程（nitrogen mineralization ）。
核酸是一类含磷、氮的复杂有机化合物，是直接从生物残体特别是微生 物体中的核蛋白质分解出来的。经微生物酶系作用分解为磷酸盐后即可 为植物吸收。
3、磷脂类（不足1%）
一类不溶于水而溶于醇或醚类的含磷有机化合物，普遍存在于动植物及 微生物体内。磷脂类化合物经微生物分解转化为有效磷后才能被植物利 用。
二、土壤中磷素的存在形态及其有效性 土壤无机磷：（占土壤全磷2/3~3/4） 1、难溶类磷酸盐类 （1）磷酸钙（镁）类化合物（以Ca-P表示） 指磷酸根在土壤中与钙、镁等碱土金属离子以不同比例结合形成的一系 列不同溶解度的磷酸钙、镁盐类。它们是石灰性或钙质土壤中磷酸盐的 主要形态。 在我国北方石灰性土壤中常见的磷酸盐有磷灰石[ Ca5(PO4)·F]、羟基磷灰 石[ Ca5(PO4)3·OH]、磷酸三钙[ Ca3(PO4)2]和磷酸八钙[Ca8(PO4)6·5H2O]、磷 酸十钙[ Ca10(PO4)6·(OH)2 ]。
第十二章 土壤养分 10.19
5．提高土壤中有效磷的途径
（3） 土壤淹水 土壤淹水还原pH向中性趋近（稀释作用），酸性土壤pH上升 促使活性铁、铝氧化物的沉淀，减少磷的固定；碱性土pH降 低，增加磷酸钙的溶解度。 土壤淹水Eh下降，高价铁还原成低价铁，磷酸低铁的溶解度 较高，可增加磷的有效度。
6．土壤硫的来源及含量
主要来源：母质、灌溉水、大气沉降和施肥等。 矿质土壤含硫量一般在0.1~0.5 g/kg之间，随有机质含量增加而 增加。 土壤有效硫（S）分级为:
3．土壤中磷的形态
矿质态磷：几乎全为正磷酸盐。
土 壤 磷 形 态
磷酸钙（镁）类化合物(Ca—P)
磷酸铁和磷酸铝类化合物（Fe—P及Al—P) 闭蓄态磷（ O—P ）：氧化铁胶膜包被着的磷酸盐。 有机态磷：含量变幅很大，一般占全磷的25-50%。 20-30%的有机磷形态不清楚。
核酸类：占有机磷5-10%。直接来源于生物残体特 别是为生物体中的核蛋白质分解物。
性的高低。
气 态 损 失 NH3
湿沉降 NO3干沉降 NOx NH4+ 4 N2 NOx
N2 收获 灌施 水肥 枯枝落叶 吸收 矿化 固持 风化 固持 粘粒矿物 地下水
NH4+
NH3
径流 氨 挥 发 硝化
NO3-
腐殖质 微生物 可交换态 固定态
淋 洗
NO3-
第一节
1．含量
土壤氮素循环
氮素是“肥料三要素”之首。
（K2O）钾含量一般0.5～2.5%，平均为1.2% ，自南向北、自 东向西增加。
土壤钾形态(占全钾%)
非交换性钾 （2～8%） 交换性钾 （1～2%） 水溶性钾 （很少）
形态
矿物钾 (90～98%)
植物的营养需求与土壤养分循环
植物的营养需求与土壤养分循环导言：植物的生长和发育需要各种营养元素的供应，而土壤则是植物获取这些营养元素的主要来源之一。
土壤中的养分循环对于植物的健康生长至关重要。
本文将探讨植物的营养需求以及土壤养分循环的相关机制。
一、植物的营养需求植物的生长和发育需要多种营养元素，其中主要的营养元素包括氮、磷、钾、钙、镁和硫等。
这些元素在植物体内发挥着不同的作用，如构建生物分子、参与酶的催化活性以及维持细胞膜的完整性等。
不同植物对这些元素的需求量有所不同，但都需要在一定程度上确保这些养分的供应。
二、土壤养分循环的机制土壤是植物获取营养元素的重要储库和供应源。
土壤养分循环的机制包括养分的输入、储存、转化和输出等过程。
以下将介绍土壤中主要元素的循环过程。
1. 养分输入：养分输入的主要途径包括大气降水、有机物的降解、化石燃料的燃烧以及人工施肥等。
降水中的氮和硫等元素可通过雨水的沉淀进入土壤中，而有机物的降解则会释放出植物所需的各种养分。
此外，人工施肥也是一种重要的养分输入方式，通过肥料的使用可以有效补充植物所需的营养元素。
2. 养分储存：土壤中的养分可以以无机形式存在，如氮、磷等盐类，也可以以有机形式存在，如腐殖质等有机物。
这些养分被土壤颗粒、有机质和胶体等吸附、交换和固定，形成土壤养分库，为植物的吸收提供了储备。
3. 养分转化：土壤中的养分转化包括矿质养分的矿化和有机养分的矿化过程。
矿质养分的矿化是指有机质被微生物分解，生成无机形式的营养元素，如氨化、硝化等过程。
有机养分的矿化是指有机质分解后释放出植物可吸收的养分。
4. 养分输出：土壤中的养分输出主要通过植物的吸收和淋溶作用进行。
植物吸收土壤中的养分，将其转化为生物质，成为食物链的起点，进而传递给其他生物。
同时，土壤中的养分也可通过水流的淋溶作用，被冲刷到地下水和河流中，进而输出到外部环境。
三、土壤养分管理的重要性充分理解土壤养分循环的机制对于合理进行土壤养分管理具有重要意义。
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3、避免有害物质—NO2-的积累
亚硝酸盐是人的致癌物质和植物的有害物质。其产生
和积累条件：
（1）Eh NH4+→NO2-（亚硝化过程） E0＝0.345V
NO2-→NO3- （硝化过程） E0＝0.421V
（2）pH
硝化细菌比亚硝化细菌对pH反应敏感。
NO2-易在pH＞7.3的碱性环境积累。
（3）游离NH4+的影响 氨对硝化细菌的抑制作用大于对亚硝化细菌，大量施 用铵态氮肥（特别是NH4HCO3），易造成NO2-积累。 旱育秧NO2-可使水稻幼苗出现青枯病
第十二章
土壤养分循环
土壤养分循环
是“土壤圈”物质循环的重要组成部分，也 是陆地生态系统中维持生物生命周期的必要 条件。 大量营养元素：N、P、K、Ca、Mg、S(中量营养元素)
微量营养元素：Fe、Mn、Zn——生物残体归还土壤形成有 机质——土壤微生物分解有机质释放无机养分——养分
4、铵离子的矿物固定
NH4+离子半径为0.148nm，与2∶1型粘土矿物晶层 表面六角形孔穴半径0.140nm接近，陷入层间的孔穴后 ，转化为固定态铵。
三、土壤氮的损失
1、淋洗损失（NO3-的淋失） NH4+、NO3-易溶于水，带负电荷的土壤胶体表面 对NH4+为正吸附，而保持于土壤中；对NO3-为负吸 附（排斥作用），易被淋失。
高 (＞1.5)
中等 (1.5～1.0)
较低 (1.0～0.75)
低 (≤0.75)
17.8
58.4
20.9
2.9
旱地土壤
14.9
22.7
28.2
34.2
全省水田土壤全氮分级面积是高、低两头小，中等大； 旱地土壤则以低等和较低为主（占62.4%）。
2、无机态氮
包括NH4+－N、NO3-－N、 NO2-－N。旱地土壤无机氮一 般以NO3- － N较多，淹水土壤则以NH4-N占优势。
再次被生物吸收。
第一节
氮素
土壤氮素循环
一、陆地及土壤生态系统中的氮循环
重要生命元素，在农业生产中为“肥料三要素”之 首。
二、土壤氮的获取、形态和转化
（一）土壤氮素含量及影响因素 1、土壤氮素含量 耕作土壤：耕作层(0.05%－0.5%) 心土层、底土层(0.02%) 草地、林地：0.5%－0.6%。 2、影响土壤氮素含量的因素
(1) 有机质含量 (2)植被: 归还氮素、固定氮素
氮素主要存在于有机质中，二者呈平行正相关关系。
（3）气候
主要是水、热条件引起有机质的分解与合成 （4）质地 质地愈粘重、有机质含量愈高 （5）地势
主要是引起水热条件变化
（二）土壤氮素的获取
1、生物固氮(自生和共生固氮菌完成)
2、雨水和灌溉水带入氮 3、施肥（有机肥和化学肥）
溶解
矿物态 水溶态
吸附
吸附态
沉淀
解吸
1、水溶态磷—土壤溶液中的磷
H2PO4-、HPO42-、PO43-，其相对浓度（比例）随溶液pH 而变化。
H2PO4-
HPO42-＋H+，pK2＝7.2
当土壤溶液pH=7.2时，H2PO4-和HPO42-各占一半
pH＜7.2时以H2PO4-为主
pH＞7.2时以HPO42-为主。
2、反硝化作用，又称生物脱氮作用
在缺氧条件下， NO3- 在反硝化细菌作用下还原为 NO 、 N2O、N2的过程。 NO3-→NO2-→NO→N2O→N2
反硝化的临界Eh约为334mv，最适pH为7.0～8.2，pH 小于5.2～5.8的酸性土壤，或高于8.2～9.0的碱性土壤， 反硝化作用显著下降。
（2）应用“激发效应”调节土壤有机质和氮素平衡
有机质丰富的土壤，施用绿肥等新鲜有机肥产生正激 发效应，促进土壤原来有机氮的矿化和更新。 有机质缺乏的土壤，施用富含木质素的粗有机肥，产 生负激发效应，增加土壤有机质和氮的积累。
2、防止土壤氮的损失 “南铵北硝”。水田土壤不施硝态化肥和避免频繁 的干湿交替。氮肥深施（水田和旱地）。碱性土碳 铵少施，防止氨的挥发损失。应用氮肥增效剂（硝 化作用抑制剂）。
（三）土壤氮的形态及其有效性 1、土壤全氮
其中95%以上为有机态氮，无机态氮一般不超过
5%。土壤的全氮和有机质含量之间存在高度正相 关关系。 耕地土壤的全氮量一般低于自然土壤，其中水田土 壤的全氮量又低于旱地土壤。
据四川第二次土壤普查资料:
四川耕地土壤全氮分级面积统计 土壤面 积构成 （%） 水田土壤 土 壤 全 氮 分 级 （N，g/kg）
1、有机氮的矿化——氨化过程
氨基化 —— 复杂的含氮有机化合物降解为简单的氨 基化合物。 氨化——简单的氨基化合物分解成氨（NH3/NH4+） 2、铵的硝化：NH4+→NO3-分两步
亚硝酸微生物
2NH4++3O2 2NO2-+ O2 3、无机态氮的生物固定
2NO2-+2H2O+4H+
硝酸微生物
2NO3 -
水溶性磷离子是植物根系可直接吸收利用的磷， 但根际微域土壤多呈酸性，主要吸收H2PO4－离子。
2、吸附态磷
土壤固相表面吸附的磷酸根离子，主要是配位体交换 吸附（专性吸附）。 酸性土中磷的专性吸附剂主要是铁、铝氧化物及其水 合物。
3、氨态氮挥发损失
主要发生在碱性土壤中
NH4+＋OH-
NH3↑＋H2O
四、土壤氮的调控
1、维持土壤氮素平衡 土壤氮以有机态氮为主，土壤有机质平衡是氮素 平衡的基础。 （1）有机肥与无机氮肥（化肥）配合施用。
有机质C/N ＞30 氮的固定量＞矿化量 补充化肥 30～15 固定量＝矿化量 ＜15 固定量＜矿化量 补充有机质
当NO2-＞5mg/kg时，青枯开始出现
＞15mg/kg时，青枯很快出现。
NO2-可使小麦、玉米烧种、烂芽、烂根以及幼苗死亡
第二节
P2O5%=P%×2.291
土壤磷和硫的循环
P% = P2O5% ×0.44
一、土壤磷的形态和数量
我国土壤全磷（P）含量一般为0.2～1.1g/kg，并有从 南到北渐增的地域变化趋势。 （一）无机态磷 3种相互平衡的形态
3、有机态氮
包括水溶性氮、水解性氮、非水解性氮。大部分是腐殖物 质。它们需经微生物分解矿化成无机氮后才能为植物吸收利用。
土壤氮的形态及其有效性
无机氮（NO3-、NH4+） 土 壤 全 氮 （N）
＜5%
＜5% 50～70% 30～50%
有 机 氮
水溶性有机氮 水解性有机氮 难矿化有机氮
速效氮
缓效氮
（四）土壤中氮的转化