[高等教育]第六章 土壤养分

第六章 土壤养分
土壤氮素 土壤磷素 土壤钾素

高等植物所必需的营养元素，除C，H， O主要来自大气之外，其余元素主要靠土 壤供应，包括： 大量元素：N，P，K，Ca，Mg，S 微量元素：Fe，Mn，Cu，Zn，Mo，B 所谓土壤养分，就是指这些主要靠土壤 提供的植物必需营养元素。
土壤养分的存在形态
1、化学沉淀机制

游离磷酸根与Fe2+、Al3+、Ca2+等离子及 其氧化物和氢氧化物形成磷酸铁、铝、 钙等沉淀的过程。 如： Fe3+ + H2PO4- + 2H2O=2H+ +Fe(OH)2H2PO4
2、表面反应机制

在酸性条件下，H2PO4-与土壤固相表面 的OH发生配位体交换反应而被吸附。但 与这种方式而被吸附的磷酸根在碱性条 件下仍然是有效的。
5、酸度


在中性或微酸性的土壤中，有机N的矿化 最强。 酸性土壤施用石灰，能明显增加有机N的 矿化。
6、施肥


施用化肥会促进有机质的分解，有利于 有机N的释放，还能提高土壤N的利用率。 施用新鲜有机肥料，会促进难分解有机N 的矿化。
第二节、土壤磷素
一、形态与含量 （一）形态 1、有机磷 2、无机磷

2、硝酸盐淋失


NO3-易溶于水，又难以被土壤胶体吸附， 所以容易随渗漏水淋失 这是土壤氮素引起地下水硝酸盐污染的 主要途径。
3、氨的挥发


土壤中的NH3，NH4+与土壤中的碱性物 质作用形成的NH3的挥发； 挥发性铵肥（氨水、碳酸氢铵等）自身 分解产生NH3挥发；
质地粘重、腐植质含量高、含水量高、 石灰和碱性物质含量少的土壤，氨的挥 发少。
（2）磷酸铁、铝化合物（Fe-P，Al-P）

存在于酸性和强酸性的土壤中 磷酸铁多于磷酸铝
（3）闭蓄态磷（O-P）



被氧化铁胶膜包被的磷酸盐，称为闭蓄 态磷。 在氧化铁胶膜未去除之前，磷酸盐难以 被利用； 在淹水还原的条件下，氧化铁胶膜因还 原而溶解，其中的磷有效性提高。


闭蓄态磷在红壤中居多，有的可占无机 磷的90%以上。 南方水稻土中的闭蓄态磷约占无机磷的 40-70%。
（二）形态
可以分为三种形态： 1、矿物态K：指存在于矿物晶格中的K，约占全K 的90%以上。只有在矿物被风化后才有效，属 于无效态K。 2、缓效态K：指被固定在粘粒矿物晶层中的K和 存在于部分黑云母中的K。它们一般不被作物 直接吸收利用，但通过适当的耕作，可以使之 释放出来。 3、速效K：包括水溶性和交换性K，仅占全K的12%。

无机态N


一般只占土壤全N的1-2%，最多不超过 5-8%。 主要是NH4+，NO3-，可以直接被作物吸 收利用
（二）含量


土壤全N量与土壤有机质有显著的相关性， 全N一般占有机质含量的5%左右。 除少数土壤外，我国大部分土壤全N含量 大都在0.2%以下。
二、土壤氮素的转化
三种主要转化过程： --有机N的矿化作用； --脱N作用； --氮素的固定作用。
三、影响土壤有效N的因素


有机质含量和全氮含量 质地 温度 湿度 酸度 施肥
1、有机质含量与全氮量

有机N是土壤全N的主要来源，有效N随 土壤全N和有机质含量的升高而升高；
2、质地

粘质土壤有机质含量高，但有机质的分 解较慢，所产生的有效N也较少。
砂质土壤有机含量较低，但有机质的分 解较快，所产生的有效N较多。

3、温度


有机质矿化率随温度的升高而升高。 冬季土温低，有机质矿化率较低，土壤 有效N较少。 春季和初夏，矿化率迅速上升，土壤有 效N显著升高。
4、湿度


湿度太高，有机质嫌气分解； 在通气良好而适度适当的情况下，有机 质矿化作用较强，产生的有效N较多。 湿度太高会引起反硝化作用，导致N的损 失。

1、pH


在酸性或碱性条件下，磷都遭受强烈的 固定。 pH6-7之间，土壤磷有效性最高。
2、有机质


有机质分解产物可以络合铁、铝等金属， 使被固定的P溶解出来 有机质含量高，土壤磷有效性也高
3、土壤Eh

淹水种稻， Eh降低，磷的有效性高； 但淹水对磷酸钙的溶解度的影响不明显。
4、土壤温度
二、土壤K的固定
--从速效K变成缓效K或无效K的过程，成为 K的固定。 --粘土矿物晶格的固定是最主要的固定方 式，晶格固定降低了K的有效性。


K的固定主要发生在2：1型粘土矿物中 不同的2：1型矿物对K的固定能力的大小 顺序如下： 蛭石>伊利石>蒙脱石 速效K丰富的土壤，频繁的干湿交替会促 进K的固定；而在速效K很缺乏、固定态K 又较多的条件下，频繁的干湿交替则可 能促进K的释放。
5、干湿交替： 过分干燥影响K离子向植物根部移动， 植物容易缺K。 干燥往往使部分土壤K被固定。 水份过多也导致土壤的缺K，其主要 原因是水溶性K的淋失。
1、反硝化作用
指土壤中的硝酸盐，在反硝化细菌的作 用下，最后还原成为氧化二氮等气体逸 失的过程 2HNO3 2HNO2 N2O N2 2NO

反硝化作用是土壤氮素损失的主要途径，应设 法加以控制。 影响反硝化作用的主要土壤条件有： （1）氧的供应：通气性越差，反硝化作用越强 烈。 （2）土壤反应：强烈影响反硝化作用的速率， 最佳：7.5-8 （3）温度：最适30-35°C （4）有机质：含量高，反硝化作用强。
1、有机磷



土壤有机磷占全磷的比例变异很大，从 <10%到80%。 有机磷主要包括核酸类、植素类、和磷 脂类。 有机磷经过水解后可以被植物吸收利用。
2、无机磷
可以分为三类： ---磷酸钙（镁）化合物 ---磷酸铁（铝）化合物 ---闭蓄态磷

（1）磷酸钙（镁）化合物（Ca-P）

主要存在于石灰性、中性或微酸性的土壤中； 这些化合物是（依溶解度大小）： 氟磷灰石 羟基磷灰石 磷酸八钙 磷酸三钙 磷酸二钙：弱酸溶性，可利用 磷酸一钙：水溶性，可利用
三、影响土壤有效K的因素
1、全K量： 全K量与有效K没有必然的联系。但在其他性 质相似的情况下，全K量高的土壤，有效K也较 高。 2、母质： 母质是土壤有效K的重要来源。母质含云母、 长石多的，供K能力较强。风化度高的土壤，K 的淋失严重，故K的有效性较低。
3、质地：砂粒供K能力微弱，粉砂粒供K 能力较强，粘粒的含K量和供K潜力都较 强。因此，质地粘重的土壤的供K能力较 强。砂土容易出现缺K现象。 4、土壤吸收性和pH：吸附量高的土壤可 以保存较多的K，因此供K能力较强。 酸性土壤有效K含量比中性和碱性土壤 低。





水溶态：溶解于土壤溶液中的养分，有效性很 高，很容易被作物吸收。 交换态：被吸附于土壤胶体上的养分离子，有 效性高。 缓效态：存在于某些矿物中，如固定于矿物中 的K，有效性较低。 难溶态：存在于土壤矿物中的养分，难溶解， 难被利用，基本无效。 有机态：主要存在于有机质和微生物中的养分， 经过转化以后，才能被吸收。

温度升高，有机P分解加快，有效P升高
5、土壤矿质胶体的性质

无定形氧化物>结晶氧化物>1:1型粘土 矿物>2:1型粘土矿物
第三节、土壤K素
一、形态和含量
（一）含量 土壤K的含量比N，P高。我国多数土壤 全K含量变化在15-20g/kg。最低的为广 西的砖红壤，仅3.6g/kg，最高的为吉林 的风沙土，达26.1g/kg。

(三)氮素的固定作用



通过矿物的、生物的或化学的作用将土 壤氮素固定为暂时不能被植物利用的状 态的过程，称为氮素的固定过程。 包括微生物对氮素的同化作用、2：1型 矿物对NH4+的晶格固定作用、以及土壤 某些有机质与亚硝酸反应而产生的化学 固定作用。 这种作用是暂时的，在适合的条件下， 可以重新释放。
（二）含量



我国土壤全磷含量一般在0.02-0.11%（P） 之间。 我国土壤全磷含量从南到北逐渐增高， 砖红壤的全磷量小于0.004%。 全磷含量与磷的有效性之间没有必然联 系。全磷含量高，不等于有效磷含量也 高。
二、土壤的固磷作用及其机制




目前我国一般作物对化学磷肥的利用率 不到30%，最重要的原因是因为土壤对 磷具有强大的固磷能力。 将土壤可溶性或速效磷转变成为不溶或 缓效态磷的过程，称为磷的固定作用。 土壤对磷的固定作用主要有四种： 化学沉淀机制、表面反应机制、闭蓄机 制、生物固定机制。
第一节、土壤氮素
一、土壤氮素的形态和含量 （一）形态 1、有机态 2、无机态
有机态氮
是土壤氮素的主要形态，约占土壤全氮量的 95%以上； 按溶解度和水解的难易程度有可以分为三种： （1）水溶性有机态N：〈5%，易水解称为速效 N； （2）水解性有机N：50-70%，可以被酸、碱、 酶水解成为可溶性或无机态N。 （3）非水解性有机N：〉30%，不溶于水，也不 能被酸、碱、酶水解。
3、闭蓄机制


指土壤磷酸盐被不溶性的铁（铝）质或 钙质胶膜包被而失去有效性的过程。 胶膜的溶解度低于磷酸盐。
4、生物固定机制


指土壤中的有效磷被微生物吸收利用， 暂时失去有效性的过程。 当有机质分解后，磷又可以重新释放出 来。
三、影响磷素有效性 pH值 有机质 Eh值 土壤温度 土壤矿质胶体性质

（一）土壤有机N的矿化作用
包括氨基化、氨化和硝化等三个步骤。 以蛋白质为例： （1）氨基化作用：蛋白质水解成为肽，最 后变为氨基酸的过程。 （2）氨化作用：氨基酸进一步分解成为 NH3的过程。 （3）硝化作用：氨在亚硝酸细菌和硝酸细 菌的作用下，氧化成为硝酸的过程。