农学土壤养分循环
农业生态系统中养分循环的特点
农业生态系统中养分循环的特点农业生态系统中养分循环是指养分在农业生态系统中通过一系列的过程和作用不断循环利用的过程。
养分循环是维持农业生态系统稳定运行的重要机制之一，它保证了农作物的正常生长和发育，同时也对环境质量和生物多样性起到了重要的影响。
下面将从养分来源、养分转化和养分利用三个方面对农业生态系统中养分循环的特点进行详细的解释。
养分来源。
农业生态系统中的养分主要来自于土壤、气候和外源性输入。
土壤是养分的主要来源之一。
土壤中含有丰富的有机质和无机盐，包括氮、磷、钾等多种养分，这些养分是作物生长所必需的。
气候条件也会对养分的来源产生影响。
例如，降水的多少和分布对土壤中养分的溶解和淋失起着重要的调节作用。
此外，农业生态系统还会受到外源性输入的影响，包括化肥、农药和有机肥等。
这些外源性输入会改变农业生态系统中养分的含量和组成，对养分循环产生一定的影响。
养分转化。
农业生态系统中的养分通过一系列的微生物和生物化学反应进行转化。
养分的转化主要包括有机养分向无机养分的转化和无机养分的转化。
有机养分向无机养分的转化是指有机质在土壤中被微生物分解成无机盐的过程，这个过程被称为矿化作用。
矿化作用是农业生态系统中养分循环的重要环节，它释放出的无机盐是作物吸收和利用的重要来源。
无机养分的转化是指无机盐在土壤中的吸附、迁移和转化的过程。
这个过程受到土壤理化性质和微生物活动的影响，它决定了养分在土壤中的有效性和可利用性。
养分利用。
农作物对养分的吸收和利用是农业生态系统中养分循环的最终环节。
农作物通过根系吸收土壤中的养分，并将其转化为生物体内的有机物质。
养分的利用效率对农业生产和环境质量都有着重要的影响。
高效利用养分能够提高农作物产量，减少化肥施用量，降低环境污染风险。
农业生态系统中的其他生物也会参与养分的利用过程。
例如，土壤中的微生物通过分解有机质和固定氮等方式参与养分的循环和利用。
农业生态系统中养分循环具有养分来源多样、养分转化复杂和养分利用高效的特点。
土壤养分循环(精)
（五）土壤磷的调节
1、活性磷和磷的固定
只有那些不溶性磷化合物和保持在粘粒或有 机质中的固持态磷才称为固定态的磷，这部分磷 占土壤全磷的95%以上，又称为非活性磷。
土壤中可被植物吸收的磷组分称为土壤的有效磷
2、提高土壤磷有效性的途径。
（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。 （2） 土壤有机质 ① 有机阴离子与磷酸根竞争固相表面专性吸附点位， 从而减少了土壤对磷的吸附。 ② 有机物分解产生的有机酸和其它螯合剂的作用， 将部分固定态磷释放为可溶态。 ③ 腐殖质可在铁、铝氧化物等胶体表面形成保护膜， 减少对磷酸根的吸附。 ④ 有机质分解产生的CO2,溶于水形成H2CO3,增加钙、 镁、磷酸盐的溶解度。
硝态氮化合物
（2）硝化作用
硝化微生物 2NO2- + O2 2NO3- + 40千卡 以(硝化细菌Nitrobacter为主)
在通气良好的条件下，硝化作用的速率＞亚硝化 作用＞铵化作用，因此，在正常土壤中，很少有亚硝 态氮和铵态氮及氨的积累。
反硝化作用的条件是
1）具反硝化能力的细菌，反硝化细菌现已知有33个属，多数 是异养型，也有几种是化学自养型，但在多数农田都不重要； 2）合适的电子供体，如有机 C化合物、还原性硫化合物或分 子态氢；有效态碳的影响最大; 3）厌氧条件，与田间持水量大小密切相关； 嫌气状态 O2 < 5%或土壤溶液中 [O2] < 4 10-6M Eh < 344mv (pH = 5时)
3．粘粒矿物对铵的固定
我国北方的土壤中，能固铵的粘粒矿物较多，但其 土壤中铵极少，而南方水田的铵态较多，而能固定铵的 粘土矿物不多。因此，铵的粘土矿物固定在我国的意义 不大。
第三章土壤养分循环
嫌气状态 O2 < 5%或土壤溶液中 [O2] < 4 10-6M Eh < 344mv (pH = 5时)
4）有硝态氮存在
5）pH 7 - 8.2 pH < 5.2 - 5.8 或 pH > 8.2 - 9时，反硝化 作用减弱。
植物根系在以下几个方面影响反硝化作用
③ 在通气良好； ④ 温度较高且特别敏感；
⑤ 水分60~70%； ⑥ pH值要求在4.8~5.2
⑦ C/N比适当的条件下，矿化作用最强烈，最彻底。
2．硝化过程
氨、胺、酰胺 （1）亚硝化作用
硝态氮化合物
亚硝化微生物
2HN4 + 3O2
2NO2- + 2H2O + 4H+ + 158千卡
以(Nitrosonas为主)
如有机质的C/N比值小于15：1时,在其矿化 作用一开始,它所提供的有效氮量就会超过微生 物同化量,使植物有可能从有机质矿化过程中获 得有效氮的供应。
（二）施肥的影响
施用新鲜有机物质如桔秆、绿肥等，能激发 土壤原来有机质－－腐殖质的分解，这称为激发 效应（又称起爆效应）
施用矿质氮肥也能促进原来土壤有机氮的分 解、释放，也称为激发效应（起爆效应）
Mo对全部高等植物及大部分微生物是必需的；
Na和Co对藻类、细菌与高等植物是必需的；
Ca、B、Cl对高等植物是必需的，但对微生物，特别是真 菌的生长则并不必需。
此外，钡、硅、铝、碘与镓几种元素只对少数几种植物必 需。
农作物多数属于高等植物，所以其必需的营养元素 一般有16个：C、O、H、N、K、P、S、Ca、Mg、Fe、
好气性固氮能力强，在热带林地，可达10~30斤/亩
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。
农业生态系统养分循环的一般模式
农业生态系统养分循环的一般模式以农业生态系统养分循环的一般模式为标题，下面来详细探讨一下农业生态系统中养分的循环过程。
农业生态系统是由土壤、植物、动物和微生物等组成的一个复杂的生态系统。
在这个系统中，养分的循环起到了至关重要的作用。
养分循环是指养分在生态系统内不断地被循环利用的过程，包括养分的吸收、转化和释放等。
养分循环的起点是土壤。
土壤中含有大量的养分，如氮、磷、钾等。
这些养分主要来源于植物残渣的分解、动物粪便和微生物的代谢等过程。
当植物生长时，它们会通过根系吸收土壤中的养分，将养分转化为自身所需的有机物质和营养物质，以支持它们的生长和发育。
植物在生长过程中会释放一部分养分到土壤中。
这些养分来自于植物的死亡、腐烂和排泄等过程。
这些养分在土壤中被微生物分解，转化为无机形式的养分，并被其他植物再次吸收利用。
这种养分的循环过程称为有机养分循环。
土壤中的养分还会通过动物的摄食、排泄和死亡等过程进入生态系统。
动物通过食物链的形式，将植物中的养分转化为自身所需的能量和养分。
当动物死亡时，它们的尸体和排泄物中的养分又会返回到土壤中，进入养分循环的过程。
这种养分的循环过程称为无机养分循环。
微生物也是养分循环中不可或缺的一部分。
微生物通过分解有机物质，将其转化为无机养分，并释放到土壤中。
这些无机养分又被其他生物吸收和利用，形成了一个闭环的循环过程。
总结起来，农业生态系统中的养分循环过程是一个复杂而精密的系统。
土壤是养分循环的起点和终点，植物、动物和微生物在其中起到了关键的作用。
通过吸收、转化和释放等过程，养分在生态系统内不断地被循环利用。
这一循环过程保证了农业生态系统的可持续发展和生物多样性的维持。
在实际的农业生产中，我们可以通过合理施肥、轮作种植、农田灌排等措施来促进养分的循环利用。
合理施肥可以补充土壤中的养分，提高植物的产量和品质。
轮作种植可以改善土壤的养分结构，避免单一作物对养分的过度利用。
农田灌排可以避免养分的流失和污染，保护农业生态系统的健康和稳定。
9、第九章 土壤养分循环
五、土壤磷的调节
1、活性磷和磷的固定
只有那些不溶性磷化合物和保持在粘粒或有 机质中的固持态磷才称为固定态的磷，这部分磷 占土壤全磷的95%以上，又称为非活性磷。
土壤中可被植物吸收的磷组分称为土壤的有效磷
2、提高土壤磷有效性的途径。
（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。 （2） 土壤有机质 ① 有机阴离子与磷酸根竞争固相表面专性吸附点位， 从而减少了土壤对磷的吸附。 ② 有机物分解产生的有机酸和其它螯合剂的作用， 将部分固定态磷释放为可溶态。 ③ 腐殖质可在铁、铝氧化物等胶体表面形成保护膜， 减少对磷酸根的吸附。 ④ 有机质分解产生的CO2,溶于水形成H2CO3,增加钙、 镁、磷酸盐的溶解度。
3．粘粒矿物对铵的固定
我国北方的土壤中，能固铵的粘粒矿物较多，但其 土壤中铵极少，而南方水田的铵态较多，而能固定铵的 粘土矿物不多。因此，铵的粘土矿物固定在我国的意义 不大。
4．生物固定
5、硝酸盐的淋洗
四、土壤氮素的调控
（一） C/N比影响
（二）施肥的影响
（三）淹水、灌溉的影响
1、在水田剖面的不同层次上，氮素的形态不同； 2、在水田中无机氮素以铵态氮为主； 3、反硝化作用明显；
（1）化学沉淀机制
（2）表面反应机制
该固磷作用发生在土壤固相的表面。具体可分为： ① 表面交换反应（pH 5.5~6.5） 通过土壤固相表面的OH-和溶液中的磷根交换，
② 表面上次生化学反应
在土壤CaCO3晶核的表面通过化学反应或吸附形成一层 CaHPO4的膜状沉淀。 ③ 阳离子吸附机制（中性土壤）
养分：Cu，Mo等促进硝化作用的进行。缺钙，不利。
（2）硝化作用
土壤养分循环和作物生产效率的研究
土壤养分循环和作物生产效率的研究农业是人类社会的基本产业，也是保障人类生存的重要产业之一。
而在农业生产的过程中，土壤养分循环和作物生产效率是非常重要的环节。
在这方面的研究对于发现农业生产中的问题，提高农产品质量和产量以及保持农业生态平衡都有着非常重要的意义。
土壤养分循环是指通过作物吸收养分，经过作物的代谢和分解，以及其他微生物的作用，将养分转化为有机物和无机盐，再通过土壤中的有机质分解和肥料施用等途径，重新被作物利用的过程。
土壤养分循环的好坏是直接决定了作物生产效率和质量等方面的问题的。
作物生产效率是指单位面积上的作物产量，而养分的供应是作物生产效率的一个关键因素。
不同的作物需要的养分也是不同的，因此在栽培作物的过程中，对于不同种类的作物，施肥的方式和时间也是不一样的。
如果养分供应不足，作物就会长得不健康，产量也会受到影响。
而如果养分供应过多，就可能导致农业环境的恶化，比如表层的土壤枯萎、酸化等现象，从而导致农产品的质量下降。
如何合理利用和循环土壤养分，同时提高作物生产效率呢？这是需要从很多方面来探究的问题。
首先，要注意施肥的方式和时间。
根据不同的土壤类型和作物需要，选择合适的肥料和合理的施肥量是非常重要的。
同时，要注意养分的平衡，防止某些元素过多或过少的情况出现。
此外，还能利用现代化的科技手段，研究适合不同作物生长的土壤改良剂，并结合植物生理学的知识，研究出种植作物的最佳方法。
其次，要发挥土壤生态系统的作用。
在土壤中含有大量的微生物和其他生物，它们可以使用和循环养分，从而创造出理想的土壤条件。
因此，保持土壤生态系统的平衡和健康就显得非常重要。
还可以利用微生物的技术，研究不同处理方式对于土壤微生物种群的影响，从而进一步发挥微生物的作用，促进土壤养分的循环和作物健康生长。
最后，要注重土地的合理利用和保护。
在现代化农业生产中，很多农业生产者倾向于大规模的专业化生产，导致大规模的空地出现。
这种情况不仅浪费了可用的土地资源，还破坏了生态系统的平衡。
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 ]。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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 -
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。
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
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
占土壤无机态磷的99%以上。石灰性土以磷酸钙盐（ Ca-P）为主，酸性土以磷酸铁盐（Fe-P）和磷酸铝盐（ Al-P）为主。 （1）Ca-P（钙磷），以磷灰石为主
氟磷灰石Ca5(PO4)3F
溶度积＝10-120.9
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、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
（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）
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。
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。
(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）
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。
石灰性土壤的方解石（CaCO3）对磷的配位交换吸附 亦为常见。 3、矿物态磷
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
（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）。