土壤化学之养分循环
土壤学第九章-土壤养分循环ppt课件
土壤学
资源环境学院土地资源与农业化学系
采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
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。
有机肥
养分资源
挥
发
淋 洗
地下水
土壤学
资源环境学院土地资源与农业化学系
土壤养分的基本概念
土壤养分－指植物所必需的，主要是土壤来提供的营养元 素就叫做土壤养分。土壤养分是土壤肥力的物质基础，是土 壤肥力的重要组成因素。
有效养分－能够直接或经过转化被植物吸收利用的土壤养 分。
速效养分－在作物生长季节内，能够直接、迅速为植物吸 收利用的土壤养分，称速效养分。
（3）这种养料元素在植物的代谢过程中具有直接 的作用。
土壤学
资源环境学院土地资源与农业化学系
采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
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。
有机质C/N
＞30
30～15
＜15
氮的固定量＞矿化量 固定量＝矿化量 固定量＜矿化量
补充化肥
补充有机质
（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。
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。
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。
土壤养分循环
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%）。
（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
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%)
土壤养分循环和微生物作用
土壤养分循环和微生物作用土壤是地球表面最薄、却又最为重要的生物圈之一。
土壤中有数百种不同的微生物，它们与土壤内的植物根系紧密联系在一起，共同维护着地球生态系统。
其中，土壤养分的循环和微生物作用是不可分割的一部分。
一、土壤养分循环土壤养分的循环指的是氮、磷、钾等元素在土壤中的循环过程。
这些养分无法被生物直接吸收利用，必须经过微生物的作用才能被转化成可供植物吸收利用的形式。
1. 氮的循环氮素是植物体内含量最多的元素之一，但它的存在形式却限制了其利用率。
氮气是一种相对稳定的气体，无法被大多数生物直接利用。
因此，氮通常以氨和硝酸盐的形式出现在土壤中。
土壤中的氮素来源主要来自空气中的氮气，以及矿物质中的氨和硝酸盐。
气态氮被微生物固定后，逐步转化为其他化合物。
例如，氮气经过氮化作用转化为氨，再通过硝化作用转化为硝酸盐。
硝酸盐，则可以被植物吸收利用。
而土壤中的氨则可以被硝化细菌氧化成硝酸盐，形成完整的氮循环。
2. 磷的循环磷是植物生长必需的元素之一，但它在自然界中的分布比较均匀，难以被植物直接吸收利用。
因此，磷主要以矿物质的形式出现在土壤中，例如磷灰石、食盐石等。
土壤中的磷可以通过微生物的作用释放出来，常见的方式有真菌或细菌通过分泌酸类将磷酸根从磷矿物中释放出来；磷酸根离子与肥料中的阳离子形成难溶的盐类沉淀在土壤粒子表面。
这些难溶的盐类会经过微生物的作用逐渐分解，释放出可供植物吸收的磷。
3. 钾的循环钾是植物生长所需的第三大元素，它的主要来源是土壤中的矿物质和有机物。
土壤中的钾通常以不稳定的离子形式出现，需要通过吸附作用绑定在土壤粒子表面。
当植物根系吸收土壤水分时，会与土壤中的钾离子发生交换反应，将钾离子吸附到植物根系表面。
而土壤中的钾亦可经由微生物、淋洗、植物残体、动物粪便等途径释放，完成循环。
二、微生物作用微生物的作用对于土壤中养分的循环非常重要。
微生物在土壤中参与了一系列的生化反应，对土壤中有机物的分解、营养元素的固定、转化等过程发挥着重要作用。
土壤养分循环和微生物作用
土壤养分循环和微生物作用土壤是地球上非常重要的资源之一，它不仅为植物提供了生长所需的营养和水分，也是土壤微生物的生存环境。
土壤养分循环和微生物作用是土壤生态系统中至关重要的过程，它们相互作用，共同维持着土壤的健康和可持续性。
首先，土壤中的养分会通过微生物的代谢活动释放出来。
微生物如细菌、真菌等通过分解有机物，从中释放出肥料中的养分元素。
这些微生物会分解有机废弃物或植残，将其转化为可供植物吸收的养分。
其次，土壤中的养分元素会经过不同的过程进行转化。
例如，氮元素通常存在于有机化合物中，通过微生物的作用，有机氮会转化为无机氮，如氨、硝酸盐等形式。
磷元素也会通过微生物的作用从有机磷转化为无机磷，以便植物吸收利用。
最后，植物会通过根系吸收土壤中的养分，并将其转化为生物体所需的有机物质。
植物通过根系释放根黏菌，这是一种特殊的微生物，它与植物根系形成共生关系，帮助植物吸收养分。
植物会通过根系释放的有机物质来吸引根黏菌，而根黏菌则会分解土壤中的有机物质，同时释放出可供植物吸收的养分。
微生物在土壤养分循环中发挥着非常重要的作用。
它们不仅参与有机物的分解和养分的转化，还通过合成有机物质和矿物质，对土壤进行改良和修复。
微生物的活动增加了土壤的肥力和养分的有效性。
此外，微生物的种群结构和丰度也能够反映土壤的健康状况。
当土壤中的微生物种群丰富多样时，说明土壤生态系统良好，养分循环和生物降解过程正常进行。
相反，如果微生物种群结构失衡或受到污染物的干扰，将会导致土壤质量下降，甚至失去肥力。
综上所述，土壤养分循环和微生物作用是土壤生态系统中不可或缺的过程。
微生物通过参与养分的释放、转化和吸收等过程，维持了土壤养分循环的平衡。
同时，微生物还通过分解有机物质、改良土壤结构和修复土壤，对土壤的质量和健康发挥着至关重要的作用。
因此，保护土壤的微生物群落多样性和生态功能，对于维持土壤的肥力和可持续利用具有重要意义。
土壤微生物与养分循环
土壤微生物与养分循环土壤是生物多样性最为丰富的环境之一，其中微生物对土壤生态系统发挥着重要的作用。
土壤微生物数量巨大，种类非常丰富，包括细菌、真菌、放线菌等各种微生物。
这些微生物在土壤中的生态功能十分重要，其中与土壤养分循环相关的功能最为突出。
一、土壤微生物在养分循环中的作用1. 微生物降解有机质土壤中的有机质是土壤中最基本的养分来源，其中包括落叶、根系、死亡生物体等。
然而，这些有机质无法直接被植物吸收利用，需要通过微生物分解成为可被植物利用的养分。
微生物通过分泌酶类、代谢等方式降解有机质，释放出氮、磷、钾等元素，为土壤中的植物提供了可利用的养分。
2. 微生物提高养分的有效性土壤中的养分并非都能被植物直接利用，它们需要被转化为可溶性的形式，然后才能被植物吸收。
土壤微生物能够通过自己代谢过程释放出有机酸、蛋白质酶等酶类，使土壤中的养分得到转化和转化成为植物可吸收的营养物质。
3. 微生物促进养分循环土壤微生物通过分解有机物，将固态养分转化为可溶性养分，再被植物吸收。
同时，微生物的代谢过程也会释放出氧气，促进了土壤中的有机质分解，进一步提高了土壤中的养分含量。
同时，土壤微生物还能够通过传递能量和养分，促进微生物之间的协同作用，形成完整的养分循环。
二、微生物在有机质降解过程中的作用1. 细菌在有机质降解中的作用细菌是土壤微生物中数量最多、种类最丰富的一类微生物。
它们在有机质降解中发挥着十分重要的作用，能够将碳化合物、蛋白质等有机质分解为基本的小分子，进一步转化为植物可吸收的营养素。
2. 真菌在有机质降解中的作用真菌是土壤微生物中分解木质素、纤维素等坚硬有机物的主要微生物。
它们在土壤中分解下降缓慢的有机质，释放出大量的碳、氮和磷等元素，为土壤中的植物提供了重要的养分。
3. 放线菌在有机质降解中的作用放线菌是一种土壤微生物，在土壤中发挥着重要的降解有机物和促进土壤微生物多样性的作用。
放线菌的降解能力非常强，能够分解很多具有抗生素效果的物质，进一步促进了土壤中微生物的多样性和数量。
土壤养分循环
土壤养分循环
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 土壤圈”物质循环的重要组成部分， 是陆地生态系统中维持生物生命周期的必要 条件。 条件。 大量营养元素： 、 、 、 、 、 中量营养元素 中量营养元素) 大量营养元素：N、P、K、Ca、Mg、S(中量营养元素 微量营养元素： 、 微量营养元素：Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo、Cl 、 、 、 、 、 生物从土壤吸收无机养分——生物残体归还土壤形成有 生物残体归还 生物从土壤吸收无机养分 吸收无机养分 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 土壤微生物分解有机质释放无机养分——养分 机质 土壤微生物分解有机质释放无机养分 养分 再次被生物吸收。 次被生物吸收。 吸收
3、有机态氮 、
包括水溶性氮、水解性氮、非水解性氮。 包括水溶性氮、水解性氮、非水解性氮。大部分是腐殖物 水溶性氮 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。 经微生物分解矿化成无机氮后才能为植物吸收利用 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（ 无机氮（NO3-、NH4+） 土 壤 全 氮 （N） ）
据四川第二次土壤普查资料: 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 全 氮 分 级 （N，g/kg） ， ） 土壤面 积构成 （%） ） 水田土壤 旱地土壤 高 (＞1.5) ＞ 中等 (1.5～1.0) ～ 较低 (1.0～0.75) ～ 低 (≤0.75)
17.8 14.9
亚硝酸微生物
2NH4++3O2 2NO2-+ O2 3、无机态氮的生物固定 、
2NO2-+2H2O+4H+
土壤科学中的土壤肥力与养分循环
土壤科学中的土壤肥力与养分循环土壤科学是研究土壤的形成、性质以及与植物相互作用的学科。
而土壤肥力和养分循环则是土壤科学中的一个重要方面。
土壤肥力指的是土壤中适宜植物生长和发育所必需的养分含量和比例，而养分循环则是指土壤中养分的来源、转化和损失过程。
本文将从土壤肥力和养分循环的定义开始，探讨土壤肥力的因素、提高土壤肥力的方法以及影响养分循环的因素。
首先，土壤肥力是影响植物生长和发育的重要因素之一。
土壤肥力主要包括土壤中的主要养分元素氮、磷和钾，以及次要元素和微量元素。
这些养分元素在土壤中起着至关重要的作用，它们是植物生长和发育所必需的营养物质。
土壤中养分元素的含量和比例直接影响植物的健康和产量。
因此，了解土壤肥力的因素对于合理利用土壤资源、提高农作物产量具有重要意义。
土壤肥力的因素可以分为内部和外部两方面。
内部因素主要包括土壤的物理性质、化学性质和微生物活性。
物理性质如土壤颗粒大小和结构，决定了土壤的通气性和保水性，对植物根部的生长和吸收养分非常重要。
化学性质如pH值和有机质含量，影响了土壤中养分的有效性和可利用性。
微生物活性则是微生物在土壤中的活动和代谢过程，对养分的转化和供应起着重要作用。
外部因素则包括气候、水文和人为因素等。
不同气候条件下的土壤具有不同的肥力特点，水文条件则影响土壤中养分的输移和损失。
人为因素如施肥和耕作管理，对土壤肥力的影响也非常重要。
养分循环是指土壤中养分元素的来源、转化和损失以及循环过程。
土壤养分的来源主要包括岩石风化和有机质分解。
岩石风化是指岩石中的矿物质在化学和物理作用下分解成养分元素，进而进入土壤。
有机质分解则是指植物和动物的有机物在土壤中经过微生物分解转化为养分元素。
土壤中的养分元素经过各种生物和化学反应进行循环。
植物通过根系吸收土壤中的养分，然后经过生理过程在植物体内循环。
植物和动物的死亡以及植物残渣的分解将养分元素重新释放到土壤中，进而再次被植物利用。
此外，土壤中的微生物也参与了养分元素的循环过程。
《土壤养分循环》课件
同位素示踪法
利用同位素标记法追踪土壤养分的来 源、转化和去向，揭示养分循环的详 细过程。
数学模型模拟
建立数学模型，模拟土壤养分循环过 程，预测未来变化趋势，为实际应用 提供理论依据。
土壤养分循环研究的发展趋势
综合研究
将土壤养分循环与气候变化、土地利用方式、植 被类型等多因素相结合，进行综合研究。
高新技术应用
植物通过根部吸收土 壤中的水分和养分， 以满足其生长和发育 的需求。
植物对养分的吸收受 到土壤质地、pH值 、温度和水分等因素 的影响。
养分吸收的方式包括 离子交换、主动运输 和被动运输等。
土壤微生物对养分的利用
土壤微生物是土壤养分循环的重要参 与者，它们通过分解有机物质，将有 机养分转化为可被植物吸收的无机养 分。
利用。
养分的释放速度和程度取决于 多种因素，包括土壤pH值、土 壤温度、土壤湿度等。
在一定的环境条件下，土壤微 生物的活动也可以促进养分的 释放。
03
土壤养分的转化与迁移
土壤养分的矿化与固定
矿化
有机物质通过微生物分解转化 为简单的无机物质。
固定
土壤中的无机物质与有机物质 结合，转化为难以被植物吸收 的形式。
3
养分的矿化与腐殖化
土壤中的有机物质通过微生物的分解作用转化为 无机养分，同时也会形成较为稳定的腐殖质，储 存养分。
02
土壤养分的来源与输入
土壤养分的自然来源
01
02
03
04
自然界的土壤养分主要来源于 岩石的分解、动植物残体的分
解和微生物的合成。
岩石的分解是土壤养分的主要 来源之一，包括风化作用和侵
蚀作用。
动植物残体的分解也是土壤养 分的重要来源，通过微生物分 解有机物质，释放出其中的养
植物的营养与土壤养分循环
植物的营养与土壤养分循环在自然界中，植物是地球上最重要的生物之一，它们通过光合作用从阳光中获取能量，并通过土壤中的养分来维持生长和发育。
植物的营养与土壤养分循环密切相关，下面将详细介绍植物的营养需求、土壤养分的来源以及养分在土壤中的循环过程。
一、植物的营养需求植物生长需要吸收的主要营养元素可以分为以下三类：主要营养元素、次要营养元素和微量元素。
1.主要营养元素主要营养元素是植物必需的元素，常见的有氮、磷、钾。
氮是植物合成蛋白质和核酸的重要成分，磷是植物的能量转化和储存的关键元素，钾参与调节植物的渗透调节和水分平衡。
这些元素在植物生长过程中需要大量吸收。
2.次要营养元素次要营养元素虽然植物需要的量较少，但是同样是植物生长发育必需的元素，如镁、钙、硫等。
镁是叶绿素的组成部分，钙参与细胞壁的形成和稳定，硫是蛋白质合成的必需元素。
3.微量元素微量元素虽然植物需要的量很少，但是同样是植物生长不可或缺的元素，如铁、锌、铜等。
微量元素参与植物光合作用、呼吸作用、氮代谢等关键生理过程。
二、土壤养分的来源土壤是植物生长的基质，其中含有丰富的营养元素，这些养分的来源多种多样。
1.岩石风化岩石风化是土壤养分的重要来源之一。
当岩石受到风化作用时，其中的矿物质会逐渐释放出各种营养元素，如氮、磷、钾等。
这些元素随着水的流动进入土壤中，为植物提供营养。
2.有机物分解有机物分解也是土壤养分的重要来源之一。
当植物死亡或动物排泄物分解时，其中的有机物会被细菌和真菌分解成简单的营养物质，如腐殖酸、氨基酸等，进入土壤中为植物提供养分。
3.生物固氮生物固氮是指某些微生物能将大气中的氮气转化为植物可利用的氮化物。
这些微生物通常生活在植物的根际区域，与植物形成共生关系。
它们通过固氮作用，将大气中的氮气转化为氨等形式的氮化物，为植物提供氮源。
三、养分在土壤中的循环过程土壤中的养分循环是一个复杂的生态过程，包括养分的吸附、解吸、沉积、流失等环节。
土壤微生物与土壤养分循环
土壤微生物与土壤养分循环土壤是一种生态系统，由许多生物体共同维持着。
其中，土壤微生物是土壤中最重要的成分之一，它们与土壤养分循环密不可分。
土壤微生物可分为许多种类，例如细菌、真菌、原生动物和线虫等，它们在土壤生态系统中扮演了各自的角色。
土壤微生物与土壤养分循环的关系非常紧密，它们共同维持着土壤生态系统的平衡，保障着农作物的生长和发育。
一、土壤微生物的作用土壤微生物在土壤中扮演着非常重要的角色。
首先，它们是土壤中最主要的分解者，能够将有机物质分解为无机物质，供植物吸收和利用。
例如，一些细菌和真菌能够分解叶、根、茎等植物残体，将其转化为养分，同时也使土壤更加肥沃。
其次，土壤微生物通过固氮作用，为植物提供必需的氮素。
一些细菌能够将大气中的氮转化为植物能够吸收的氨。
这对于土壤的肥力和农作物的生长都是非常重要的。
另外，土壤微生物还能够降低土壤中的有毒物质含量。
土壤中常常存在着大量的有毒物质，例如重金属、农药等，这些有毒物质会对农作物和生物体产生危害。
但是一些土壤微生物能够降解这些有毒物质，将其转化为无害物质，保障土壤生态系统的健康和平衡。
二、土壤微生物与养分循环土壤微生物与土壤养分循环密不可分。
土壤中的养分包括多种元素，例如氮、磷、钾等。
这些元素是植物生长和发育所必需的，土壤中的微生物通过分解有机物质和促进无机物质的转化，促进了养分的循环。
具体来说，土壤微生物通过以下几方面与养分循环关系紧密：1.有机物质分解。
土壤中的有机物质包括植物残体、动物排泄物等，这些有机物质被分解为无机物质，微生物通过吸收和分解这些有机物质，将养分释放到土壤中，供其他植物利用。
2.氮素固定。
氮是植物的主要元素之一，但是大气中的氮不能被植物直接利用。
一些微生物能够通过固氮作用将大气中的氮转化为植物能够利用的氨或亚硝酸盐，这对于土壤生态系统的健康和平衡至关重要。
3.磷和其他元素的转化。
一些微生物能够吸收和利用磷、钾等元素，同时也能够将这些元素转化为植物能够吸收的形式，促进了养分的循环。
次生林地土壤生态系统养分循环与水文过程
次生林地土壤生态系统养分循环与水文过程次生林地是指经过自然或人为破坏后重新生长的森林。
次生林地土壤生态系统养分循环与水文过程是指在次生林地的土壤中，如何进行养分的循环以及与水文过程的相互作用。
次生林地土壤生态系统的养分循环是维持生态系统功能和可持续发展的重要过程之一。
土壤中的养分循环主要包括养分的输入、输出、转化和储存等过程。
首先，养分的输入是指养分从外界进入次生林地土壤的过程。
主要包括大气降水中的养分、枯落物的分解释放养分和土壤有机质的降解等。
大气降水中的养分可以通过雨水和大气中的颗粒物沉降到土壤中，为土壤中的植物提供养分。
枯落物的分解是指植物的落叶、枝干等有机物经过微生物分解产生的有机质和养分。
土壤有机质的降解是指土壤中的有机质经过微生物降解分解，释放出养分。
其次，养分的输出是指土壤中的养分从土壤流失到水体或大气中的过程。
大气和水体是土壤中养分的主要输出介质。
土壤中的养分通过土壤侵蚀、地下水与地下水流等途径进入水体，不仅造成水质污染，还削弱了土壤的肥力。
同时，土壤中的养分还可以通过植物吸收和植物的生物量外迁等方式被植物利用，从而减少土壤中的养分含量。
养分的转化是土壤中养分循环的核心过程之一。
土壤中的养分可以通过微生物的分解作用、植物的吸收转化以及土壤化学性质的调节等途径进行转化。
微生物是土壤中生物转化养分的重要驱动力，它们通过分解有机质、固氮、溶解磷等作用将养分释放到土壤中，并为植物提供可利用的养分。
植物吸收养分是土壤中养分转化的另一个重要过程，植物通过根系吸收土壤中的养分，并利用养分进行生长和代谢。
此外，土壤的化学性质也会对养分的转化起到一定的调节作用，如pH值的变化会影响土壤中养分的有效性和溶解度等。
养分的储存是土壤中养分循环的长期过程。
土壤作为养分的主要贮存库之一，具有较强的养分储存能力。
土壤中的养分可以以无机形态或有机形态储存在土壤颗粒表面或土壤中的孔隙中。
固定在土壤基质中的养分相对稳定，不易被植物吸收，从而减少养分的流失。
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土壤养分状况：土壤养分的含量、组成、 土壤养分状况：土壤养分的含量、组成、形态分布 和有效性的高低。 和有效性的高低。
3
作物所必需的营养元素
大量元素
植物对这种元素的需要量超过1ppm； ； 植物对这种元素的需要量超过 C、O、H、N、K、P、S、Ca、Mg 、 、 、 、 、 、 、 、
微量元素
植物对这种元素的需要量小于1ppm； ； 植物对这种元素的需要量小于 Fe、B、Mn、Cu、Zn、Mo、Cl 、 、 、 、 、 、
SO
固定 解吸附
土壤无机N 土壤有机N
淋失
可溶性 有机氮 (SON) 淋失
吸附或固定 固定
SO
胶体吸 附、固 定的N
7
空气中的气态氮素： 主体：N2 (N≡N) 微量：NO, NO2, N2O, NH3
共生生物固氮
土 壤 中 氮 素 的 转 化 过 程
燃烧 化石能
挥发
人类
肥料 NH3, NH2, NO3 干湿沉降作用 反硝化作用 植物组织中的N素 施肥 有机质和其它R–NH2 微生物合成 土壤生物(SO)
SO
侵蚀 或径 流损 失
硝态氮 NO3-
铵态氮 NH4+ 硝态氮 NO2-
SO
固定 解吸附
土壤无机N 土壤有机N
淋失
可溶性 有机氮 (SON) 淋失
吸附或固定 固定
SO
胶体吸 附、固 定的N
6
空气中的气态氮素： 主体：N2 (N≡N) 微量：NO, NO2, N2O, NH3
共生生物固氮 自生生物固氮
5
农 田 生 态 系 统 中 氮 素 的 形 态 及 循 环
空气中的气态氮素： 主体：N2 (N≡N) 微量：NO, NO2, N2O, NH3
共生生物固氮
硝酸 HNO3 燃烧 化石能
N2, NO N2O
氨气 NH3
生物固氮
动物 施肥
挥发
人类
肥料 NH3, NH2, NO3 干湿沉降作用 反硝化作用 植物组织中的N素 施肥 有机质和其它R–NH2 微生物合成 土壤生物(SO)N
土壤胶体固定：土壤中的NH 被土壤胶体吸附而降低有效性的过程。 土壤胶体固定：土壤中的NH4+被土壤胶体吸附而降低有效性的过程。 土壤胶体吸附的NH 在一定条件下可以释放出来（解吸附）， ），成为 土壤胶体吸附的 4+在一定条件下可以释放出来（解吸附），成为 有效养分，被植物利用。 有效养分，被植物利用。
栽培耕作 水肥管理
2
土壤养分的基本概念
土壤养分： 植物生长发育必需的、 土壤养分 ： 植物生长发育必需的 、 主要通过土壤来 提供的营养元素，是土壤肥力的物质基础。 提供的营养元素，是土壤肥力的物质基础。
有效养分－能够直接或经过转化被植物吸收利用的养分； 有效养分－能够直接或经过转化被植物吸收利用的养分； 速效养分－在作物生长季节内，能够直接、 速效养分－在作物生长季节内，能够直接、迅速为植物吸 收利用的养分； 收利用的养分；
10
土壤氮素转化：固定 土壤氮素转化：
生物固定：与矿化作用相反，土壤中的有效态氮素（ 生物固定：与矿化作用相反，土壤中的有效态氮素（NO3-和NH4+） 被微生物利用转化为含氮有机化合物的过程。 被微生物利用转化为含氮有机化合物的过程。
H O 1/2O 2 R NH 2 ←2O OH + R OH + NH 4 ←2 4H + + E + NO 2 ← E + NO3 +
损失
pH
吸附
Fe、Al氧化物保 持的极难溶性 Fe-P, Al-P 慢性、惰性有 机质中的P
无机态P
有机态P
14
农 田 生 态 系 统 中 的 钾 素 循 环
固定
释放
固定
释放
固定
风化
15
植物
农 田 生 态 系 统 中 的 微 量 元 素 循 环
16
思考题
名词概念：土壤养分、大量元素、微量元素、有效养分； 名词概念：土壤养分、大量元素、微量元素、有效养分；矿 化作用、氨化作用、硝化作用、反硝化作用、 化作用、氨化作用、硝化作用、反硝化作用、养分固定 铵态氮和硝态氮在性质上有何区别? 铵态氮和硝态氮在性质上有何区别?二者在土壤中的行为有何 异同? 异同? 把N、P、K称为肥料三要素的道理何在?施用NH４＋肥时为什么 称为肥料三要素的道理何在?施用 要强调深施、覆土和集中施用? 要强调深施、覆土和集中施用? 如何提高酸性土壤中磷肥的利用率? 如何提高酸性土壤中磷肥的利用率?（注：微酸性-中性-微碱 微酸性-中性性范围内P固定最弱；有机质含量较高时， 固定较弱）。 性范围内P固定最弱；有机质含量较高时， P固定较弱）。
土壤养分三要素： 、 、 土壤养分三要素：N、P、K
土壤含量相对较少，必需经常调节其供不应求的状况； 土壤含量相对较少，必需经常调节其供不应求的状况； 并非这些元素在作物营养中所起的作用。 并非这些元素在作物营养中所起的作用。
4
土壤中养分循环的关键问题
来源； 来源； 存在形态； 存在形态； 形态间相互转化既影响因子； 形态间相互转化既影响因子； 流失途径及控制。 流失途径及控制。
17
反硝化作用是农田氮素损失的重要途径（占施肥量的 反硝化作用是农田氮素损失的重要途径（占施肥量的25-30%）。 ）。 反硝化作用产生的N 是重要的温室气体 是重要的温室气体（ 反硝化作用产生的 2O是重要的温室气体（比CO2和CH4吸收更多的 红外辐射）。 红外辐射）。 反硝化作用产生的NO和 对臭氧有破坏作用。 反硝化作用产生的 和N2O对臭氧有破坏作用。 对臭氧有破坏作用
O2 R NH 2 + H→ OH + R OH + NH 4 + 4H + + E + NO 2 +1/2O2 → E + NO3 2O → +
包括有机物水解、氨化作用、亚硝化作用和硝化作用等过程。 包括有机物水解、氨化作用、亚硝化作用和硝化作用等过程。 参与水解的有多种微生物（真菌、细菌、放线菌等）； 参与水解的有多种微生物（真菌、细菌、放线菌等）； 参与氨化的有氨化微生物； 参与氨化的有氨化微生物； 参与亚硝化的有亚硝化细菌等（专性自养型微生物）； 参与亚硝化的有亚硝化细菌等（专性自养型微生物）； 参与硝化的有硝化细菌等。 参与硝化的有硝化细菌等。
干湿沉降作用
反硝化作用
土 壤 中 氮 素 的 来 源
硝酸 HNO3 燃烧 化石能
N2, NO N2O
氨气 NH3
动物 施肥
挥发
人类
肥料 NH3, NH2, NO3 植物组织中的N素 施肥 有机质和其它R–NH2 微生物合成 土壤生物(SO)N
SO
侵蚀 或径 流损 失
硝态氮 NO3-
铵态氮 NH4+ 硝态氮 NO2-
11
土壤氮素损失：反硝化作用 土壤氮素损失：
在通气不足或供氧不良的条件下，土壤中的一些厌氧微生物将 在通气不足或供氧不良的条件下，土壤中的一些厌氧微生物将NO3转化为气态氮素而损失的过程。 或NO2-转化为气态氮素而损失的过程。
NO3 →NO2 →NO↑ →N2O ↑ →N2 ↑
SO
施肥 侵蚀 或径 流损 失 硝态氮 NO3硝态氮 NO2淋失 固定
SO
硝酸 HNO3
N2, NO N2O
氨气 NH3
生物固氮
动物
铵态氮 NH4+
SO
固定 解吸附
可溶性 有机氮 (SON) 淋失
吸附或固定
胶体吸 附、固 定的氮
8
空气中的气态氮素： 主体：N2 (N≡N) 微量：NO, NO2, N2O, NH3
硝酸 还原酶
硝酸 还原酶
氧化氮 还原酶
氧化亚氮 还原酶
12
土壤氮素损失：挥发、淋失、 土壤氮素损失：挥发、淋失、侵蚀
挥发：土壤中的 转化为氨气（ 而损失的过程。 挥发：土壤中的NH4+转化为氨气（NH3）而损失的过程。 而损失的过程
NH 4 + OH H 2 O + NH 3 ↑
淋失：土壤上层的硝态氮和可溶性有机氮随着土壤水分被淋洗到深层、 淋失：土壤上层的硝态氮和可溶性有机氮随着土壤水分被淋洗到深层、 甚至地下水的过程。 甚至地下水的过程。 侵蚀：由于土壤水蚀或风蚀所导致的土壤氮素养分损失。 侵蚀：由于土壤水蚀或风蚀所导致的土壤氮素养分损失。
第三部分 土壤化学 3、养分循环
1
土壤质量：狭义（农学） 土壤质量：狭义（农学）
土壤维持植物生产的能力
作物健壮生长、 作物健壮生长、良好发育
气、热
支撑
水分
养分
土体、 土体、耕层结构
保水供水能力
养分转化与供应能力 养分转化与供应能力
适宜的土体构型、 适宜的土体构型、质地 良好的耕层结构 较高的有机质水平
共生生物固氮
土 壤 中 氮 素 的 损 失 途 径
硝酸 HNO3 燃烧 化石能
N2, NO N2O
氨气 NH3
生物固氮
动物 施肥
挥发
人类
肥料 NH3, NH2, NO3 干湿沉降作用 反硝化作用 植物组织中的N素 施肥 有机质和其它R–NH2 微生物合成 土壤生物(SO)N
SO
侵蚀 或径 流损 失
硝态氮 NO3-
+
13
植物组织中的P素
动物
农 田 生 态 系 统 中 的 磷 素 循 环
人类
肥料P
菌根促进 根系吸收
秸秆、粪肥等
径流 损失
pH较高的 碱性土壤 上无机P的 主要形态
难溶解 的Ca-P 矿物
易溶 解的 Ca-P