第七章 土壤氮磷转化与环境质量
氮磷循环与农业环境研究
氮磷循环与农业环境研究农业作为人类的主要经济活动之一，不仅提供了我们的食物，还支撑着全球经济增长和社会发展。
同时，农业活动对环境的影响也愈加显著，其中之一就是氮磷循环。
本文将从氮磷循环的基本概念、农业活动的氮磷排放及其环境效应、探究如何发展可持续生产模式等方面探讨氮磷循环与农业环境研究。
一、氮磷循环的基本概念氮和磷是植物生长必需的营养元素，它们在自然界中以不同的形式存在。
氮以氨、硝酸盐等形式存在于空气中、地下水、土壤中的有机质和无机化合物中。
磷则存在于矿物中，并分散于土壤和岩石中。
氮磷循环是这两种元素在自然界和生态系统中的转化过程，包括由植物摄取、在植物和动物体内转换和释放至空气、水、土壤的循环。
二、农业活动的氮磷排放及其环境效应由于农业活动需要大量的化肥和畜禽粪便作为肥料，使得农业成为氮磷排放的重要来源之一。
但是，过量的氮磷排放将对环境造成很多不利的影响。
1. 土壤酸化氮磷肥料的使用会导致土壤PH值降低，从而导致土壤酸化。
酸性土壤会对植物的生长产生不利的影响，严重的还会影响土壤的生态系统功能。
2. 水体富营养化氮磷会在降雨或灌溉中进入水体中，导致水体富营养化。
植物和浮游生物的过度生长会消耗水体氧气，形成死亡区域，严重影响水生生物的生存。
3. 温室气体排放氮肥的制造和使用，以及畜禽粪便的堆积和处理都会产生温室气体，如甲烷、氨、氧化亚氮等，对全球气候变化产生负面影响。
三、探究如何发展可持续生产模式为了减轻人类活动对环境的影响，需要采用可持续生产模式来实现生产的可持续发展。
下面是几点我们可以考虑的方法：1. 采用有机肥料有机肥料是一种天然的堆肥，能够提高土壤的健康程度，并且在生态系统中具有更好的环境效应。
2. 监管农业活动政府和科学家应该更好地监管农业活动，确保农民使用符合标准的肥料，并控制排放量。
3. 大规模粪便处理在畜禽养殖场和养殖区建立便于处理的处理站来处理畜禽粪便。
粪便的去处不仅解决了污染问题，还可作为肥料应用于农业生产中。
土壤中氮、硫、磷的循环与环境质量
①Ca-P（钙磷），以磷灰石为主
氟磷灰石Ca5(PO4)3F 氢氧磷灰石Ca5(PO4)3OH 磷酸八钙Ca8H2(PO4)6 磷酸三钙Ca3(PO4)2 磷酸二钙CaHPO4 溶解度随pH降低而增大。
溶度积＝10-120.9 溶度积＝ 10-113.7 溶度积＝ 10-46.9 溶度积＝ 10-26.0 溶度积＝ 10-6.56
（1）植素类——植酸与钙、镁等离子结合而成。 （2）核酸类——含磷、氮的复杂有机化合物。 （3）磷脂类——醇、醚溶性的有机磷化合物。
• 2.无机磷：50~90％，PO43-
少量溶解、大都以吸附态和固体矿物态 存在
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
(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。
②Fe-P（铁磷） 以粉红磷铁矿FePO4·2H2O为代表，溶度积＝10-34.9。
③Al-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。
④O-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。
RCH2COOH + NH3 + E
酶
条件：
① 真菌、细菌、放线菌等；
② 在通气良好； ③对低温特别敏感；
④ 水分60~70%； ⑤ pH值要求在4.8~5.2
⑥C/N比适当。
2．氨的硝化过程
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
土壤氮转化过程调控及其环境效应 自然科学奖
土壤氮转化过程调控及其环境效应自然科学奖一、引言土壤氮转化过程是指土壤中氮从无机形态到有机形态的转化过程，包括氨氧化、硝化、硝酸还原和氮固定等。
这些过程对土壤氮循环和植物生长具有重要影响，同时也与环境效应密切相关。
本文将探讨土壤氮转化过程的调控机制及其对环境的影响。
二、土壤氮转化过程的调控机制1.氨氧化氨氧化是指氨被氨氧化细菌氧化为亚硝酸的过程。
该过程主要受土壤温度、湿度和pH值的调控。
氨氧化细菌活性随着温度和湿度的升高而增加，但过高的温度和湿度会抑制氨氧化作用。
pH值对氨氧化的影响较大，适宜的pH范围为6-8。
2.硝化硝化是指亚硝酸被细菌氧化为硝酸的过程。
硝化过程的调控较为复杂，包括氨氧化和亚硝酸还原两个环节。
氨氧化细菌和亚硝酸还原细菌的相对活性决定了硝化速率。
土壤中有机质含量、湿度和氧气供应等因素也会影响硝化过程的进行。
3.硝酸还原硝酸还原是指硝酸被细菌还原为亚硝酸的过程。
该过程需要有机质的存在和还原剂的提供。
土壤中有机质含量的增加可以促进硝酸还原作用的进行，而氧气供应对硝酸还原过程产生抑制作用。
4.氮固定氮固定是指将空气中的氮转化为植物可利用的氮化合物的过程。
这一过程主要由植物共生固氮菌完成。
土壤中的温度、湿度和pH值对氮固定细菌的生长和活性产生影响。
此外，植物共生固氮菌与植物之间的互惠关系也对氮固定过程的进行起到重要作用。
三、土壤氮转化过程的环境效应1.氮素供应土壤氮转化过程对植物提供了可利用的氮素，促进了植物的生长和发育。
然而，过度的氮素供应可能导致土壤酸化和水体富营养化等环境问题，对生态系统产生负面影响。
2.温室气体排放土壤氮转化过程中产生的硝酸还原和亚硝酸反应会释放出一氧化氮（N2O），它是温室气体之一，对全球变暖起到了一定的促进作用。
因此，土壤氮转化过程对气候变化具有重要影响。
3.土壤健康土壤氮转化过程可以影响土壤的健康状况。
过量的氨氧化和硝化作用会导致土壤酸化，抑制土壤微生物的生长和活性，降低土壤质量。
第章土壤氮磷循环与环境效应环境土壤学ppt课件
• 氮素的淋洗
硅铝片
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NH4+ 硅铝片
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淋 洗
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四. 土壤氮素流失与环境质量
氮肥生产效率趋于下降，农业环境污染则趋于加重 保障粮食安全和农产品供应，减少农业环境污染环境 降低农田中化肥氮损失、提高氮肥利用率 途径：
–适宜施氮量，避免盲目过量施氮 –氮肥深施、早作上表施氮肥(特别是尿素）立即适量灌
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土壤氮素的有效化
• 有机氮的矿化（有机氮水解；氨化） • 硝化（亚硝化；硝化）
土壤氮素的损失
• 反硝化——生物脱氮 • 化学脱氮（亚硝酸分解；氨挥发）
• 粘粒对铵的固定 • 生物固定
• 氮素淋洗
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土壤氮素有效化
——有机氮矿化：
定义：含氮的有机合化物，在多种微生物的作用下
主要为： 游离氨基酸、胺盐及酰胺类化合物； • 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； • 非水解性有机氮30~50%，
主要可能是杂环态氮、缩胺类 。
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无机态氮
数量少、变化大，表土中占全氮 1~2% ，最多不超过 5~8%。
• 铵态氮(NH4+ — N)：可被土壤胶体吸附，一般不易流失， 但在旱田中，铵态氮很少，在水田中较多。
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二. 土壤中氮素的形态
有机态氮
• 可溶性有机氮 < 5%； • 水解性有机氮50~70%； • 非水解性有机氮30~50%。
无机态氮
• 铵态氮(NH4+)； • 硝态氮(NO3-)； • 亚硝态氮(NO2-)。
【环境化学】氮磷肥料在土壤中的迁移转化（可编辑）
6. 氮磷肥料在土壤中的迁移转化 6.1 氮素在土壤中的迁移转化 6.2 磷素在土壤中的迁移转化 6.3 氮、磷肥料对环境的影响7. 固体废弃物对土壤环境的影响 7.1 固体废弃物的概念与分类 7.2 固体废弃物对土壤环境的影响 7.3 固体废弃物的处理与处置 0>. 土壤氮素的来源大气中存在大量的氮素来源（3.86×109吨），每年回到地球表面的大气氮总量为194吨，通过生物固定的氮为175吨，其中约一半是豆科作物固氮的结果。
这些作物具有能从大气固氮的根部细菌――根瘤菌。
固氮杆菌是根瘤菌属细菌，能独立存在，但是若不与植物共生结合就不能固氮。
人类的活动使固氮量大大增加，现在估计约占全部固氮的30~40%。
这些活动包括肥料的制造、燃料的燃烧、增加豆科植物的耕种等。
大气中发生的自然雷电现象，可以使氮、氧转化成氮氧化物，最后随雨水带入土中，成为土壤中氮的经常来源之一。
人为源主要来自化肥及有机肥（包括粪肥、堆肥、绿肥等）的施用。
死亡的动植物的生物降解产物也是有机氮的主要来源。
. 土壤中氮的形态表层土的氮大部分是有机氮，约占总氮的90%以上。
尽管某些植物也能直接利用氨基酸，但植物摄取氮几乎都是无机氮，说明氮绝大多数是以有机氮贮存而以无机氮被植物吸收。
..1 无机氮土壤中无机氮主要是铵态氮（NH4+）和硝态氮（NO3-），是植物摄取的主要形态。
铵态氮是由土壤有机质通过微生物的铵化作用而生成，能被带负电荷的土壤胶体所吸附，成为交换性离子，也不易流失，在水田中比较稳定而有可能积累。
硝态氮能直接被植物吸收，由于是阴离子，不能被土壤吸附而易流失。
亚硝态氮、N2O、NO、NO2等在土壤中停留时间短，只是在特殊条件下作为微生物转化氮的中间物而存在，如硝化、反硝化过程及硝酸盐还原。
还有一些量不大且化学上不稳定仅以过渡态存在，如NH2OH。
..2 有机氮土壤中的有机态氮可按其溶解度大小及水解难易分为三类。
《土壤磷素与环境》PPT课件
P流失危险性指数=Σ〔因子等级分值*权重〕
PI
P流失危险性
<5
低
5-9
中等
9-22
高
>22
很高
我国一些省市土壤有效磷的变化
土壤磷分级
较为合理土壤磷素分级方法应该包 括对无机磷、转性和稳定性有机磷的区 分,更有助于全面估计土壤无机态磷和有 机态磷有效性程度 Hedley分级法 Guppy分级法
Hedley分级法
Hedley等1982年提出的分级方法,是目前较为合理、 较具说服力的土壤磷素分级方法,已被越来越多的学者 采用和发展,简述如下：
有机磷
有机磷含量与土壤有机质正相关,平均约 占土壤全磷量的10—50％,在有机质含量高的 黑土中,有机磷可达全磷量的60—70％.而我国 南方侵蚀性红壤中,有机质含量多低于1％,其 有机磷含量只占全磷量的10％以下.
土壤有效磷测定方法
➢ Bray-kurtzl<0.025mol L-1 HCl+0.03mol L-1 NH4F>法磷 ➢ 0lsen<0.5mol L-1 NaHC03,pH8.5>法磷； ➢ Mehlich <0.2mol L-1 CH3C00H+0.25mol L-1
土壤Olsen—P法是世界应用较成功的 方法,在环境测定中应用较多.英国的研究 认为,在Olsen—P＜60 mg P/kg时,土壤渗 漏水中磷的浓度很低,但当＞60 mg P／kg 时,渗漏水磷浓度大大增加,g故认为土壤 Olsen—P应保持低于60 mg／kg的水平,以 保护水环境安全.该临界值必须考虑到土壤 类型及性质的不同.
NH4N03+0.015mol L-1 NH4F十0.013mol L-1 HN03+0.001mol L-1 EDTA>法磷； ➢ Morgan<0.72mol L-1 NaOAc十0.52mol L-1 CH3C00H,pH4.8>法 磷、 ➢ VerMont1<1.25mol L-1NH40Ac,pH4.8>法磷 ➢ VerMont2<1.25mol L-1NH40Ac + 0.03mol L-1NH4F,pH4.8>法 磷； ➢ 滤纸条法磷； ➢ 0.1mol L-1NaOH提取磷； ➢ 蒸馏水提取态磷； ➢ 0.01mol L-1CaCl2提取磷<CaCl2>.
第七章土壤与植物氮素营养及化学氮肥
第七章土壤与植物氮素营养及化学氮肥第一节土壤氮素营养一、土壤中氮素的来源及其含量（一）来源1. 施入土壤中的化学氮肥和有机肥料2. 动植物残体的归还3. 生物固氮4. 雷电降雨带来的NH4＋－N和NO3－－N(二)、土壤氮素的含量1 土壤氮素的含量土壤中氮素的含量受自然因素如母质、植被、气候等影响，同时也受人为因素如利用方式、耕作、施肥及灌溉等措施的影响。
我国自然植被下土壤表土中氮素的含量与有机质含量密切相关。
我国土壤含氮量的地域性规律：北增加西长江东增加南增加一般农业土壤耕层氮素含量在0.5-3.0g/kg之间。
较高的氮素含量往往被看成为土壤肥沃程度的重要标志。
表层含氮量最高，以下各层随深度增加而锐减。
(三)、土壤中氮的形态1. 无机氮吸附态土壤胶体吸附(1～2％) 固定态2：1型粘土矿物固定水溶性速效氮源<全氮的5%2. 有机氮水解性缓效氮源占50～70%(>98%) 非水解性难利用占30～50%离子态土壤溶液中（1）土壤无机态氮:位于粘土矿物晶层间的固定态铵是数量最大的一部分。
（1）土壤无机态氮交换性NH4+、溶液中NH4+和NO3-最易被植物吸收，一般为几个mg/kg，具有重要的农学意义。
土壤无机氮还包括NO2-,一些含氮气体，如NH3、N2O、NO、NO2等。
N2O是温室气体之一。
（2）土壤有机态氮一般情况下土壤有机态氮构成了土壤全氮的绝大部分。
土壤有机态氮的组成较为复杂，以前已分离鉴定出的含氮化合物单体有氨基酸、氨基糖，嘌呤、嘧啶以及微量存在的叶绿素及其衍生物、磷脂、各种胺、维生素等。
绝大多数有机态氮存在于土壤固相中，只有很少量的存在于土壤液相中。
(四)、土壤中氮的转化NH3 N2、NO、N2O矿化作用硝化作用生物固定有机质铵态氮硝态氮有机氮生物固定硝酸还原作用吸附态铵水体中的硝态氮或固定态铵（一）有机态氮的矿化作用（氨化作用）与生物固持作用矿化作用：在微生物作用下，土壤中的含氮有机质分解生成氨的过程。
磷在土壤中的转化PPT课件
般可利用作为基肥施用的难溶性磷肥或枸溶性磷肥； • 后期吸磷弱，施磷效果差，可用水溶性磷肥根外追肥。
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四）土壤条件与施磷
1、土壤有效磷
♣ 等级：（0.5mol/LNaHCO3浸提）
土壤含量（mg/Kg ） 供磷能力
结晶态磷酸
H低P) O42－解 作吸用
吸持 固定
闭蓄态磷 (有效性降
矿物矿化
吸附态磷
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土壤有效磷增加和减少的途径
施肥 (有机、无机)
矿物 矿化
植物吸收
土壤有效磷
难溶性 磷释放
生物固定
化学沉淀 闭蓄态固定 淋失
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2、吸附固定作用
磷的吸附作用：指土壤溶液中的磷吸附到土壤颗粒表面，变 为植物难以吸收利用的磷的形态。
磷的吸附分为专性吸附和非专性吸附。
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非专性吸附 的概念：
非专性吸附：在低pH条件下，粘土矿物或铁铝氧化物 表面的OH基团 被H＋质子化，这种由于粘 土矿物或铁铝氧化物表面质子化而通过库 仑引力作用对磷酸根离子 的吸附称为 非专性吸附。
影响因素：
土壤母质、 成土过程 耕作施肥 气候条件
土壤全磷量并不能作为土壤磷素供应水平的确切指标，因为大部分是迟 效的，全磷与有效磷之间缺乏相关性。
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土壤供磷状况以土壤有效磷(Available P content)含量表示： 中性或石灰性土壤：P<10mg/kg，表示有效磷不足
土壤中氮、硫、磷的循环与环境质量
土壤氮素循环对环境的影响
1.土壤中氮的损失 无机氮肥的损失：氨挥发、硝化-反硝化、淋洗、
径流、侧渗以及通过作物地上部直接损失。 有机氮损失：主要取决与本身的化学性质和C/N比
3．游离态氮（N2）
氮循环主要过程
土壤中氮的转化过程
1．有机态氮的矿化过程
（1）水解过程
水解 水解
蛋白质 多肽 氨基酸、酰胺等
朊酶
肽酶
条件：① 真菌、细菌、放线菌等；
②在通气良好； ③ 温度较高；
④ 水分60~70%； ⑤ pH值适中；
⑥ C/N比适当
（2）氨化过程
氨化微生物
RCHNH2COOH + O2
RCH2COOH + NH3 + E
酶
条件：
① 真菌、细菌、放线菌等；
② 在通气良好； ③对低温特别敏感；
④ 水分60~70%； ⑤ pH值要求在4.8~5.2
⑥C/N比适当。
2．氨的硝化过程
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
•土壤有机质含量
土壤氮素和土壤有机质二者呈正相关关系。土壤氮素的 含量大致占土壤有 机质含量的5%左右。
•质地
质地 砂性土 壤性土 粘性土
N% 低
高
•地形及地势
土壤氮素的存在形态
1．有机态氮 （1）可溶性有机氮 < 5%，主要为： 游离氨基酸、胺盐
（速 效 氮）及酰胺类化合物 （2）水解性有机氮50~70%，用酸碱或酶处理而得。包
《土壤氮素与环境》课件
土壤氮素的作用
土壤氮素是植物生长和发育的重要营养元素之一，对提高作物产量和品质具有重要作用。
土壤中的氮素可以促进植物的光合作用、蛋白质合成和其他生理生化过程，从而影响植物的生长和发 育。同时，土壤中的氮素也可以影响土壤微生物的活性、种群结构和功能，进而影响整个生态系统的 健康和稳定性。
02
土壤氮素循环
铵的转化
铵在土壤中的吸附、解吸、移动等过程。
土壤氮素的流失
径流流失
雨水或灌溉水携带土壤中的氮素通过地表径 流流失。
淋溶流失
土壤中的氮素通过渗滤作用进入地下水或河 流。
气态流失
土壤中的氮素以氨气、氮氧化物等形式挥发 到大气中。
03
土壤氮素与植物生长
土壤氮素对植物生长的影响
土壤氮素是植物生长的重要营养元素之一，对植物的生长、发育和产量具 有显著影响。
05
土壤氮素的管理与保护
提高土壤氮素利用效率的措施
合理施肥
根据作物需求和土壤养分状况，制定科学的施肥 计划，平衡氮、磷、钾等营养元素的施用。
推广缓控释肥料
缓控释肥料能够根据作物需求释放养分，提高养 分利用率，减少养分流失。
优化灌溉方式
合理安排灌溉时间和水量，避免过度灌溉导致养 分淋失。
控制土壤氮素流失的措施
土壤氮素的固定
固氮作用
大气中的游离态氮被微生物或植物吸收，转化为有机 氮的过程。
生物固氮
通过豆科植物、蓝绿藻等生物活动将氮气转化为氨的 过程。
非生物固氮
通过闪电、火山活动等自然现象将氮气转化为氨的过 程。
土壤氮素的转化
硝化作用
在土壤微生物的作用下，氨转化为硝酸盐的过 程。
反硝化作用
在缺氧条件下，硝酸盐被还原为氮气，释放到 大气中的过程。
读《氮磷在农田土壤中的迁移转化规律及其对水环境质量的影响》
读《氮磷在农田土壤中的迁移转化规律及其对水环境质量的影响》作者——陈英旭梁新强前言：本书是陈英旭教授领导的团队对太湖流域水环境近十年来持续研究的成果，从田间中观到区域宏观阐明农田土壤氮磷流失的发生机制和界面过程。
估算了区域氮磷流失强度与通量，提出了利用新型硝化抑制剂，生态施肥和生态灌溉等方法圆头阻控氮磷流失的策略和措施建议。
国际上关于农田养分流失提出“最佳管理措施”（BMPs Best Management Practices ）1、农田最佳养分管理，2、农业水土保持技术及其配套措施，3、等高线条带种植技术，4、在水源保护区指定和执行限定性农业生产技术标准。
内容农业面源污染：泛指污染物从非固定的地点，通过径流汇入受纳水体并引起水体富营养化或其他形式的污染。
三大特征：发生具有随机性，排放途径和排放污染物具有不确定性，时空的差异性。
研究的核心过程：降雨径流（代表有美国SCS 模型），土壤侵蚀（美国提出的通用土壤流失方程USLE及后来改进的RUSLE），地表溶质溶出（有效混合深度EDI），土壤溶质溶出四个过程。
农业面源研究常用模型：RUSLE CREAMS AGNPS ANSWERS WEPP SWAT美国农业部农业研究局（US departent of agriculture and agriculture research service USDAARS）在1992年12月正式发行RUSLE（revised universal soil loss equation）RUSLE是一套完整软件，可以测出适用于不同地区不同作物和耕作方式及林地、草地灯土壤侵蚀速率的很小的变化。
农业面源污染主要调控技术：面临的问题，缺乏适合中国农村特色的施肥技术，不合理的田间耕作管理模式。
稻田淹水时期通过降雨径流及排水径流大量流失的氮磷已经成为影响水体环境的一个重要农业面源污染源。
研究对杭嘉湖平原的杭州市，湖州市和嘉兴市调查水中典型水生植物浮萍与藻的数量及分布情况，同时以嘉兴双桥农场大田为例，进一步探讨浮萍密度，藻的数量及多样性以及叶绿素a含量对不同施肥量的响应状况。
土壤肥力与氮磷钾的转化规律：最全最基本的土壤知识（精编版）
土壤肥力与氮磷钾的转化规律：最全最基本的土壤知识（精编版）土壤的概念苏联土壤学家威廉斯指出：“土壤是地球陆地上能够生长绿色植物的疏松表层。
”这个定义正确地表示了土壤的基本功能和特性。
土壤之所以能生长绿色植物，是由于它具有一种独特的性质——肥力。
土壤这种特殊本质，就是土壤区别于其它任何事物的依据。
土壤肥力虽与土壤物质组成有联系，但主要受土壤性状的影响。
土壤的主要性状土壤质地：土壤的泥砂比例称为土壤质地。
直径小于0.01毫米的土粒称泥;直径为1~0.01毫米的土粒称砂;直径大于1毫米的土粒称砾石。
根据土壤质地不同将土壤分为砂质土、粘质土和壤质土。
①砂土：这类土壤含砂粒在80%以上，土粒间大孔隙多，土壤容积比重在1.4~1.7克/厘米3之间，因此，土壤昼夜温差大，通透性好，有机质矿质化快，易耕作，但保水保肥能力差，遇水易板结，肥力一般较低。
种植作物要增施有机肥和少量多次地勤追化肥。
②粘土：这种土壤含泥粒在60%以上，土壤比重在2.6~2.7克/厘米3之间。
土壤硬度大，粘着性、粘结性和可塑性都强，故适耕性差。
土壤保水保肥力强，潜在肥力较高。
但土紧难耕，土温低，肥效不易发挥。
因此，水田要注意管水，提高泥温，多施腐熟性有机肥和热性化肥。
③壤土：这种土壤泥砂比例适中，一般砂粘占40~55%，粘（泥）粒占45~60%。
土壤容重1.1~1.4克/厘米3之间。
质地轻松，通气透水，保水保肥力强，耕作爽犁。
因此，它是水、肥、气、热协调的优质土壤。
土壤结构土壤形成团聚体的性能，称为土壤的结构性。
凡土粒胶结成直径为1~10毫米的团粒状土壤结构，称为团粒结构。
这是土壤结构中最好的一种。
其形成条件有两个：一是胶结物质。
土壤中的胶结物质最主要是粘粒，新形成的腐殖质和微生物的菌丝及分泌物。
这些物质与钙胶结在一起，就形成了具有多孔性和养分丰富、不易被水泡散的水稳性团粒状土壤结构。
因此，增施钙质肥料（石灰、石膏）有利团粒结构形成。
二是外力挤压作用。
土壤中磷的含量、形态与转化.pptx
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2）吸附固定——土壤固相对溶液中的磷酸根加以吸持的作用。 施入土壤的水溶性磷酸盐被土壤固相所吸持，它包括吸附和吸收两 个难以截然区分的反应。
•①土壤对磷的非专性吸附：是磷酸根与土壤固相表面吸附的OH-发生 交换或借助静电引力而被吸附的现象。 •②土壤对磷的专性吸附：是吸附在土壤固相表面的磷酸根离子与氢氧 化铁、铝，氧化铁、铝的Fe-OH或Al-OH发生配位基交换，为化学力作 用，称之为专性吸附。 •吸附态的有效性较高，长期来看对磷的有效性没有太大影响。 •③生物固定——土壤微生物吸收水溶性磷酸盐构成其躯体，使水溶性 动暂时被固定起来的过程。随着微生物世代更替能较快地被释放出来 •④闭蓄态固定 •盐基性磷酸盐水解，表面产生Fe(OH)3或Al(OH)3等胶膜，把磷酸盐 包被起来；当胶膜脱水后，被包被磷便形成闭蓄态磷，在旱作条件下 植物难以利用。
• 土壤溶液中的磷：是植物最直接的磷源。 • 土壤溶液中磷的浓度常用来表征土壤供磷能力。 • 主要以HPO42-和H2PO4-形态存在，其相对数量取决于溶液的pH。 • 土壤溶液中还有或多或少的有机磷化合物，也可以被作物根系吸
收利用。
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作物生长环境课程 /作物生长的营养环境教学单元/化学肥料的性质与施用子单元/2
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思考题
➢1.磷在土壤中有哪些转化过程？请解释土壤中磷的吸附固定、化学 固定、闭蓄作用、生物固定？这些作用对磷的有效性有什么影响？
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作物生长的营养环境
土壤氮素转化
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全氮：土壤中
氮素旳总量。
几种概念
有效氮：能被当季作物利用旳
氮素，涉及无机氮(<2％)和易分 解旳有机氮
碱解氮：测得旳有效氮。
速效氮：土壤溶液中旳铵、互
换性铵和硝态氮因能直接被植物 根系所吸收，常被称为速效态氮。
全氮 有效氮 速效氮
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有机态氮
生物 固定
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• 反硝化——生物脱氮 • 化学脱氮（亚硝酸分解；氨挥发） • 粘粒对铵旳固定 • 生物固定 • 氮素淋洗
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土壤氮素有效化 ——有机氮矿化：
定义：含氮旳有机合化物，在多种微生物旳作用下
降解为简朴旳氨态氮旳过程。它涉及：
a. 水解：
水解
蛋白质 朊酶
水解
多肽 肽酶
氨基酸
b. 氨化：
• 生物固定
• 氮素旳淋洗
硅铝片
淋洗
NH4+ 硅铝片
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NH3
挥发损失
N2、NO、N2O
反硝化作用
有机态氮
生物 固定
有机态氮
矿化作用
硝化作用
铵态氮
硝态氮
生物固定
硝酸还原作用
吸附固定
淋洗损失
吸附态铵或 固定态铵
水体中旳 硝态氮
4.氮素转化在农田土壤中旳应用
现状：氮肥生产效率趋于下降，农业环境污染则趋于加重 任务：保障粮食安全和农产品供给，降低农业环境污染环境 目的：降低农田中化肥氮损失、提升氮肥利用率 途径：
无机态氮
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二. 土壤中氮素的形态
有机态氮
• 可溶性有机氮 < 5%； • 水解性有机氮50~70%； • 非水解性有机氮30~50%。
无机态氮
• 铵态氮(NH4+)； • 硝态氮(NO3-)； • 亚硝态氮(NO2-)。
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有机态氮
占全氮的绝大部分，95%以上。
• 可溶性有机氮 < 5%，Βιβλιοθήκη 2017/5/2621
施用氮肥对土壤健康质量的影响
对于氮肥来说，最易引起土壤变化的性质就是 pH。连续施 用氮肥会导致土壤pH降低，在酸性土壤上问题尤为明显。 酸 性 土 壤 交 换 性 钙 含 量 低 ， 每 加 入 100kg 硫 酸 铵 就 需 要 110kg的碳酸钙去中和由于氮肥所产生的酸度。如果不施加
——其他损失途径
• 粘粒矿物对铵的固定
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。
• 生物固定
• 氮素的淋洗
硅铝片 NH4+ 硅铝片
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淋 洗
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四. 土壤氮素流失与环境质量
氮肥生产效率趋于下降，农业环境污染则趋于加重 保障粮食安全和农产品供应，减少农业环境污染环境 降低农田中化肥氮损失、提高氮肥利用率 途径： – 适宜施氮量，避免盲目过量施氮 – 氮肥深施、早作上表施氮肥(特别是尿素）立即适量灌 水、前氮后移 – 使用改性氮肥，延长肥效 – 利用作物与微生物共生固氮
1.2 土壤磷的形态
1、无机磷
2、有机磷
在大多数土壤中，磷以无机形态为主，主要以 正磷酸盐形式存在，焦磷酸盐的形式很少； 有机形态的磷含量较低，且变幅较大。
1、无机磷
无机磷一般占土壤全磷的50%以上。
无机磷主要以正磷酸盐的形式存在。 2、有机磷 土 壤有机磷化合物主要来自植物，也有相当 部分来自土壤生物，特别是微生物。 绝大部分土壤有机磷以单脂键与土壤腐殖质 结合，已知组分的有机磷化合物主要有 3 类： 植素类、核酸类、磷脂
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氮素是土壤中活跃营养元素，作物需求量大。和植物 需求相比，全世界大部分土壤缺氮，氮肥的应用有力 地促进农业生产的发展，开创了农业历史的新纪元。
土壤中氮可以通过一系列化学反应和物理过程以各种
形态进入大气和水体，对局部乃至全球环境产生种种
负面影响。围绕施用氮肥产生的效益与弊端的讨论一 直是土壤、肥料、地球物质循环、农产品品质、环境 科学等多个研究领域密切关注的问题。
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几个概念
全氮：土壤中氮素的总量。
有效氮：能被当季作物利用的
氮素，包括无机氮(<2％)和易分 解的有机氮 碱解氮：测得的有效氮。
速效氮：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，常被称为速效态氮。
速 效 氮
有 效 氮
全 氮
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中国不同地区耕层土壤的全氮含量
硝化（亚硝化；硝化）
土壤氮素的损失
• • 反硝化——生物脱氮 化学脱氮（亚硝酸分解；氨挥发）
•
• •
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粘粒对铵的固定
生物固定 氮素淋洗
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土壤氮素有效化 ——有机氮矿化：
定义：含氮的有机合化物，在多种微生物的作用下
降解为简单的氨态氮的过程。它包括：
a. 水解：
蛋白质
水解 朊酶
多肽
水解 肽酶
氨基酸
b. 氨化：
氨化微生物 RCHNH2COOH + O2 RCH2COOH + NH3 + 能量 酶
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土壤氮素有效化 ——硝化过程：
定义：将土壤中的氨、胺、酰胺等微生物的作用下氧化
为硝酸的生物化学过程。
第一步：亚硝化作用
2HN4+ + 3O2
亚硝化微生物
2NO2- + 2H2O + 4H+ + 158千卡
……
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施用氮肥对环境质量的影响
据估计，我国农业中氮损失正以惊人速度增加，如 1969-1973年农业中氮（化肥和有机肥）年损失500万 吨，其中化肥为200万吨，是同期化肥氮用量69%； • 1994-1998年，氮年损失2300万吨，其中化肥氮为1900 万吨，为同期化肥氮的84%。2010年氮肥需求量达到 3200万t. 氮损失量增加与氮肥利用率有很大关系，氮肥利用率 低可能是氮肥损失原因，也可能是氮肥损失的结果。 20世纪60年代氮肥利用率为0.6，70至80年代为0.5~0.4， 90年代则进一步下降为0.35~0.32 ,我国现阶段约为0.3
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三. 土壤中氮素的转化
NH3 N2、NO、N2O
反硝化作用 挥发损失
有 机 态 氮
矿化作用
生物固定
铵态氮
吸附固定
硝化作用
硝酸还原作用
硝态氮
生 物 固 定
淋洗损失
有 机 态 氮
吸附态铵或 固定态铵
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水体中的 硝态氮
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土壤氮素的有效化
•
•
有机氮的矿化（有机氮水解；氨化）
主要为： 游离氨基酸、胺盐及酰胺类化合物；
• 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； • 非水解性有机氮30~50%， 主要可能是杂环态氮、缩胺类 。
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无机态氮
数量少、变化大，表土中占全氮 1~2% ，最多不超过5~8%。
• 铵态氮(NH4+ — N)：可被土壤胶体吸附，一般不易流失，
无机磷可分为矿物态、吸附态和水溶态 3 种。
Plant Residues/Manures
Soil Solution
P
Stable
Soil Micro bes Labile
Stable Organic P
phospholipids
Labile. Inorg. Complex P
Inorg.P
HPO4
目前氮和磷是我国湖泊富营养化的主要诱因，五大淡水湖泊
（太湖、洪泽湖、鄱阳湖、洞庭湖和巢湖）水体中营养盐均
远超过氮磷富营养化发生浓度，尤其总氮浓度高达10倍以上。 我国几乎所有的江湖河海和局部的地下水都不同程度遭到了
氮和其化合物的污染 。
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施用氮肥的大气污染
氮肥施入土壤后，部分会以气态形式损失掉，如NH3、 NO、N2和N2O等。在近地面的环境中，NOx在阳光下 与氧气反应，形成臭氧，组成化学烟雾，刺激人、畜 的呼吸器官；在农田则对农作物产生危害 大气中N2O正以0.25%的年增长率上升，其中，热带和 农业土壤被认为是全球重要的N2O释放源，贡献率达 70%~90%。在美国，来自农田的N2O大约有405kt1011kt。 近20年来，农业生产的N2O的释放及其影响因素的研 究成为氮素生物化学循环研究的新热点。
但在旱田中，铵态氮很少，在水田中较多。 在土壤里有三种存在方式：游离态、交换态、固定态。 • 硝态氮(NO3- — N) ：移动性大；通气不良时易反硝化损失； 速效氮：土壤溶液中的铵、 在土壤中主要以游离态存在。 交换性铵和硝态氮因能直接 • 亚硝态氮(NO2 — N)：主要在嫌气性条件下才有可能存在， 被植物根系所吸收，常被称 而且数量也极少。在土壤里主要以游离态存在。 为速效态氮。 • 其他，氨态氮、氮气及气态氮氧化合物。
石灰校正土壤酸度，锰和铝的过量释放将会产生对植物的
毒害作用
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施用氮肥的水体污染
施用化肥对水体环境影响多方面，如水体富营养化、NO3-和
NO2-污染等。一般来说，在封闭性湖泊和水库水中，氮（N）
浓度超过0.2 mg/L，磷（P）浓度达到0.015mg/L时就可能引 起“藻化”现象。从土壤学角度看，这两个浓度很易达到。
磷是植物必需的大量营养元素，但与其它 大量元素相比，土壤磷的含量相对较低，分 布变异也较大。 土壤中含磷化合物种类繁多，各种形态磷 之间的转化过程错综复杂。因此，尽管土壤 中磷的研究工作较多，但是仍然有许多问题 没有弄清楚。
一、土壤磷的含量、形态分级 及其植物有效性
1.1 土壤中磷的含量 地壳中磷的平均含量约为 0.122% ( 按 P 计， 下同）。 一般岩石含磷量变动在 1.0-1.2 g/kg 。 玄武岩发育的土壤全磷含量通常较高，而 花岗岩发育的土壤全磷含量较低。 我国土壤全磷含量一般为 0.022-0.109%, 最低可小于0.004%，高的可达0.175%。 在自然土壤中的全磷含量决定于母质类 型、成土作用和土壤磷的淋失情况，而在 耕作土壤中主要受耕作施肥的影响。
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一. 土壤氮素的含量及其来源
含量：
一般土壤含量范围：0.02%~0.50% 我国耕地含量：0.04%~0.35% 表层高，心、底土低
来源：
A B C D 生物固氮：包括自生固氮 、共生固氮和联合固氮； 降水：1.5-10.5 kg/hm2.a； 灌水； 施肥；有机肥、无机化肥
目前肥料是农田土壤氮肥的主要来源。
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土壤氮素损失
——化学脱氮过程
主要是一些特殊环境条件下的化学反应，如：
a. 氨态氮挥发
NH4+ + OH- NH3 + H2O 在碱性条件下进行
b. 亚硝酸分解反应
3HNO2 HNO3 + 2NO + H2O 条件：酸性愈强，分解愈快。