农田土壤生态系统养分循环通则
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。
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。
简述农业生态系统养分循环的调节原则和调节途径
简述农业生态系统养分循环的调节原则和调节途径农业生态系统养分循环的调节原则和途径与生态系统养分循环
的平衡关系紧密。
调节原则主要包括：保持生态系统养分循环的平衡，维持生态系统的稳定性;依据环境条件，建造一个聚源的恒定生态体系，以保持生态系统养分循环的稳定和平衡;提高物质的归还率，保
持生态系统养分循环的平衡。
调节途径包括：保持农田生态系统养分循环平衡的途径，如种植制度中合理安排归还率较高的作物及其类型，建立合理的轮作制度，农、林、牧结合，发展沼气，解决生活能源问题，促使秸秆还田，农产品就地加工，提高物质的归还率等;农业生
态系统养分流失的解决措施，如采取水土保持措施，如修建梯田、水土保持林、植被覆盖等，以减少养分元素的流失;采取合理的耕作措施，如深耕、深翻、细耕、匀耕等，以增加土壤团聚体的含量，改善土壤结构，保持土壤水分和养分，提高土壤肥力等。
农业生态系统土壤养分循环与调节机制研究
农业生态系统土壤养分循环与调节机制研究土壤是农业生态系统的核心组成部分，它不仅承载着作物的生长，也对水文循环和生物多样性起着重要的作用。
因此，研究土壤的养分循环与调节机制对于保持农业生态系统的可持续性具有重要意义。
一、土壤养分循环土壤中的养分主要来自于植物、动物和微生物的遗体和排泄物，同时也受到大气降水和岩石风化的影响。
其中，植物根系通过释放有机物质和根毛吸收的方式，吸收土层中的养分，这些有机物质随着植物的生长逐渐转化为无机物质，并在生物循环和化学反应中不断转化迁移。
动物的排泄物，如粪便、尿液和腐烂的尸体等，同样也是养分的主要来源，其中大量的氮、磷、钾、钙等营养元素与微生物的作用下，转化为植物可吸收的有机养分。
微生物在土壤中存在的比例很高，其中有许多不同种类的微生物，常栖息在有机质丰富的土壤层中，它们通过代谢和分解作用，将有机物质转化为无机养分，特别是氮和磷等大量的元素离子。
而大气和水做为外部的环境因素，经过与土壤的反应，也可以增加土壤中的养分含量。
在土壤养分循环中，各种养分的转化和变化有其固定的规律性。
例如，从亚硝酸盐向硝酸盐的转化而获得的硝酸盐，是作物生长的良好氮素来源之一；而磷酸盐则是植物生长的不可或缺的磷元素来源之一。
微生物可以通过形成菌落或生物膜，促进养分的转化和循环，在此过程中，大量的氢离子（H + ）释放，会降低土壤的pH值，导致酸性土壤的形成，长期这可能会对土壤的生物活性造成负面影响。
二、土壤养分调节机制土壤养分的循环是一个动态平衡的过程，因此养分间的比例和环境条件的变化都会对土壤中的养分几乎进行影响。
清明节视频建筑地基搜集那同一时间，土壤养分的含量也会直接影响作物的生长和产量，为此，有效地调节土壤养分供应对于保持农业生态系统的稳定性和可持续性具备重要意义。
土壤中的养分调节机制主要由两个方面构成，一是水文过程的调节，二是微生物的调节。
水文过程是影响土壤养分传输和分配的重要机制，是土壤水分和养分的循环之间的独特关系，水文过程不仅决定了土壤中的水分和养分的分布，还可以影响植物的根系。
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。
保持农业生态系统养分循环和平衡的基本途径
保持农业生态系统养分循环和平衡的基本途径
保持农业生态系统养分循环和平衡的基本途径包括：
1. 合理施肥：对土壤进行科学合理的施肥，根据土壤养分状况和作物需求量确定合适的施肥量和施肥方法，避免过度施肥或者不当施肥导致养分的浪费或者环境污染。
2. 水土保持：采取措施保持土壤的结构和质量，防止土壤侵蚀和水分流失，以保持养分的稳定供应。
常用的措施包括修建沟渠、防护林带、覆盖作物残留物等。
3. 种植多样性：增加农田的物种多样性，例如通过种植混交林、栽培生态森林等方式，提高农田的生态系统稳定性和养分循环能力。
4. 农田利用循环: 实行合理的耕作制度，例如合理的看田、水
稻田套种、轮作等，将农田不同区域和时间段的产物循环利用起来，减少养分流失和浪费。
5. 有机农业：采用有机农业生产方式，不使用化学合成的农药和化肥，通过有机肥料和自然方式控制害虫和病害，有效保持农田养分的平衡。
6. 农田养分监测：定期对农田进行养分监测，了解农田养分水平和变化趋势，及时调整施肥和耕作措施，保持养分循环的平衡。
（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。
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A
1400 1200 1000 800 600 400 200 0 N
养分元素
B
元素盈亏量/[kg/(hm2.a)]
200 150 100 50 0 -50 -100 -150 N P K Ca Mg Fe Mn Si 两熟 三熟
P
K
Ca Mg Fe 养分元素
Mn
Si
图6－2 各养分元素在两种施肥条件下的平衡图（A.常规施肥；B.施用有机肥）
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第三部分 土壤生态系统养分循环与土壤生产力
1、稳定库容，提高土壤养分的缓冲容量
无机化肥的优点：能快速增加土壤中速效养分的含量。 缺点：高浓度易溶性养分可能由于固定、汽化、渗漏等因素 造成损失；造成土壤紧实，通透性差。
有机肥的优点：含有作物需要的大部分养分；能稳定库容；提高
土壤养分的缓冲容量；改善土壤结构和透气性（土壤大孔隙增多， 容重变轻，收缩率和破碎系数变小）；养分作用周期长、损失少。
8
三、养分平衡状况
土壤生态系统养分平衡状况以输入量与输出量之差表示，即：
Bk=∑Ii- ∑Oj
i=1 j=1 式中，Ii为某输入途径的养分输入量； Oj为某输出途径的养分输出量； m和n分别表示输入、输出途径数； Bk为养分平衡数值。
m
n
☻
9
250
2 元素盈亏量/[kg/(hm .a)]
两熟
三熟
素的生物地球化学过程。
2
生物小循环：指营养元素在土壤—生物体间的循环 过程。 生物地球化学循环：指物质在一定区域内乃至整个
生物圈内的传递和转化过程，即化学元素沿着土壤
圈—水圈—大气圈之间的循环过程。 养分循环：是界于生物小循环与生物地球化学循环 之间的循环过程。
3
二、养分循环的库与流
养分库：土壤生态系统中储存或固定养分的场所。
缺点：养分释放慢，难以很快见效。
因此，必须合理调整有机无机肥的比例结构。
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2、调节输入输出平衡，维持养分循环持续性
基础地力是指在特定区域内特定的土壤本身对作物的供肥能力， 是影响土壤生态系统生产力的基本因素。它受土壤本身属性和地形、 水热状况及其他环境要素、养分库的输入输出平衡的影响。
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3、调节养分比例平衡
养分流：养分库之间营养元素的迁移途径，又称养分通道。
大气库 养 分 库
植被库
土壤库
土壤活动库 生物固定库 土壤固定库 有机无机复合体 固定库
4
土壤活动库 根 系 土壤固定库
土壤环境 （地表水、地下 水、大气等）
图6－1 土壤生态系统养分循环中土壤库组成示意图
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土壤生态系统中的养分在三个库和几个通道间循环
第六讲 农田土壤生态系统 养分循环通则
第一部分 土壤生态系统养分循环 第二部分 稻田土壤生态系统中养分循环特点 第三部分 土壤生态系统养分循环与土壤生产力
1
第一部分 土壤生态系统养分循环
一、什么是养分循环？
物质循环：土壤生态系统中，以能量传递为驱动力， 物质沿着土壤—生物—大气进行循环传递的过程。 包括营养元素的循环、水循环和与之相关的部分元
最小限制因子定理：指当土壤生态系统中土壤有效养分
含量不能满足植物生长需求而又缺乏有效人为补充时， 作物的生物量、经济产量往往取决于那些处于最少量状态的
营养元素，低于某种生物需要的最小量的任何特定因子是决定 该种生物பைடு நூலகம்存和分布的根本因素。
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4、合理的管理措施
耕作方式通过影响土壤水、热、气环境因素作用于养分循环，
进而影响土壤生态系统生产力，而豆科作物的混、套、间作则通过 增加生物固氮来提高土壤库氮素含量。
在作物肥料运筹上，必须注意：
(1) 适时、适量； (2) 合理调整好基肥、追肥的比例； (3) 营养生长与生殖生长间养分的调节。
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5、土壤生态系统养分循环与生态环境
施入土壤的养分，以产品形式输出的仅仅是一部分，大部 分通过径流、渗漏和气体挥发形式进入地表水和大气，不但造 成养分损失，而且带来诸多环境问题。最典型的两个问题是： (1)农业施肥引起的面源污染加剧了水体的富营养化； (2)温室气体CH4和氮氧化物(N2O)的释放造成了全球变暖。
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二、养分输出
表6－3 作物收获（茎秆和籽粒）从土壤生态系统中带出的养分量（引自：同上） 熟制和施肥 常规施肥 有机肥 熟制 两熟 三熟 两熟 三熟 N 192.0 264.0 163.5 208.5 P 36.3 48.6 35.9 44.3 K 163.5 192.0 159.0 198.0 Ca 55.1 67.8 48.2 59.9 Mg 27.5 37.1 24.3 34.2 Fe 4.4 8.0 3.4 5.8 Mn 6.1 12.5 5.5 11.4 Si 384.0 480.0 366.0 430.5
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（一）不完全的养分平衡状况（如上） 以上养分平衡由于研究目的及研究手段的限制，只考虑
了主要养分流，还有一些重要途径没能得到反映。
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（二）完全的养分平衡状况
1、输入途径（在不完全的养分平衡基础上）还包括：
A、生物固氮
B、大气干湿沉降和灌溉水带入
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2、输出途径（在不完全的养分平衡基础上）还需考虑 三种损失： A、农田排水和地表径流 B、渗漏损失 C、气态损失
1、植物－土壤
土壤 植物：植物养分吸收； 植物 土壤：凋落物、残体、根系分泌物、种子、秧苗。
2、植物－大气
大气 植物：植物固氮及植物对其他来自大气营养物质的吸收； 植物 大气：气态物质挥发，水分蒸腾、植物呼吸。
3、大气－土壤
大气 土壤：微生物固氮、大气干湿沉降； 土壤 大气：土壤中物质挥发及气化。
4、土壤生态系统－环境
表6－2 两种耕作制度及在两种施肥方式下施入土壤生态系统的养分量（引自：同上） 熟制和施肥 常规化肥 有机肥 熟制 两熟 三熟 两熟 三熟 N 412.5 534.0 316.5 384.0 P 102.8 95.9 252.0 309.0 K 64.1 61.4 208.5 264.0 Ca 143.9 137.6 183.0 232.5 Mg 37.5 36.2 116.7 141.9 Fe 24.2 24.3 68.6 93.9 Mn 4.0 3.8 16.7 15.0 Si 448.5 426.0 1390.5 1686.0
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第二部分 稻田土壤生态系统中养分循环特点
一、养分输入
表6－1 种子或秧苗带入系统的养分平均量 （引自：刘元昌，1999） 耕作制度 两熟制 三熟制 N 9.53 29.6 P 1.37 4.74 K 5.93 22.70 Ca 2.16 6.23 Mg 1.28 4.35 Fe 1.68 6.38 Mn 0.24 1.28 Si 14.1 56.1
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面源污染引起蓝藻水华暴发
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全球变暖引起雪山退缩
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