第五章 化肥施用对土壤环境的影响

使用方法：撒施 底施、深
施、与有机肥配施等
三、肥料使用中存在的问题
1、盲目过量施用，肥料利用率低，易流失
化肥利用率%＝100×施入化肥的有效量/作物吸收量 各种作物对肥料的平均利用率为：氮40％～50％，磷
10％～20％，钾30％～40％。 据试验统计，我国尿素氮、碳铵氮、普钙中磷利用率
分别约为20％～40％、15％～30％、15％～30％， 钾肥与磷肥相当。而发达国家氮肥利用率可达50％， 磷钾肥利用率可达35％。
是暂时的固定。残留在土壤中死的微生物组织 很容易通过矿化作用把固定的氮释放出来。
指氧化程度低的有机质，通过氧化缩合作用， 将铵转化成为有机杂环化合物。这种固定在 酸性腐殖质土易于发生，在土壤由酸性变成 中性或碱性的情况下也会发生。
二、磷素肥料在土壤中的转化和固定
土 有机磷：存在于腐殖质和其他有机物中，主要
壤 为磷脂、核酸和磷酸肌醇
中
磷
的 形
水溶性含磷化合物
态 无机磷 弱酸溶性含磷化合物
难溶性含磷化合物
磷素肥料在土壤中的转化与固定
土壤中各种形态磷的相互转化：
有机磷
不溶磷 化合物
吸收磷
溶液磷
活性磷
1、有机磷的转化
途径一：
M分解
有机磷
M吸收
途径二：
无机磷
有机磷 水 解 磷 酸
植物吸收
植物吸收 低溶解度的磷酸盐， 为微生物吸收
交换性K
水溶性K
极慢
快
更快
1、钾的释放
指矿物态钾在长时期的风化中，经作物和微 生物如硝化细菌、硫化细菌以及纤维分解细 菌、硅酸盐细菌产生各种有机酸和无机酸的 作用下，逐渐水解释放出钾的过程。反应如 下：
K2O·Al2O3·6SiO2+H2O+2H2CO3
正长石
水解
Al2O3·2SiO2·2H2O+2KHCO3+4SiO2
导致土壤板结、土壤肥力下降
壤 的
造成土壤硝酸盐的污染
影
响 引起土壤酸化
水体富营养化
对 对水体的影响 地下水受NO3--N污染
环
境
地下水硬度增大
的 影 响
对大气的影响
向大气排放NH3、氮氧化物、 CH4直接或间接地影响温室效 应和臭氧层破坏
污染空气
三、肥料对生物的影响（P131～134）
对人类和动物的影响
2、钾的固定 晶格固定：能固定钾的粘土矿物有伊利
石类、蒙脱石类和蛭石类等2:1型粘土矿物
吸附固定 生物固定
§5.3 肥料对土壤环境的效应
一、肥料中的有毒有害物质对土壤环境的污染 重金属污染 放射性污染 氟污染 有毒有机化合物的污染
有机肥中有毒有害物质对土壤的污染
二、化肥对土壤和环境的影响
对 土
氧化 RCHNH2COOH+O2
RCOOH+NH3+CO2+能量
还原 RCHNH2COOH+H2
RCH2COOH+NH3+能量
因此，氨化作用产生的铵以及施入土壤中 的铵态氮肥可被植物和微生物吸收利用，未 被吸收利用的铵，可被土壤胶体吸收保存。 但在通气良好的条件下，铵态氮可进一步被 微生物转化为硝态氮。
因此，盲目施入过量化肥，一是造成经济损失，二 是造成土壤环境问题。
2、施肥结构不合理，养分施用不平衡 3、地区间施肥不平衡 4、有机物料收集利用率低下
§5.2 主要化肥在土壤中的转化和固定
一、氮素肥料在土壤中的转化和固
土
水溶性有机氮（小于5％）
壤 有机氮（95％以上） 水解性有机氮（50％～70％）
有机物质的存在，有机胶体可以在矿质颗粒表面 形成一层胶膜，防止矿质胶体对磷的固定；此外， 有机胶体还可以络合土壤溶液中的F源自文库3+、Al3+、Ca2+、 Hg 2+，从而减少他们对磷的化学固定。
途径1：化学固定
石灰性土壤中，与钙镁化合物结合，产生 沉淀；酸性土壤中，与铁、铝化合物作用生 成磷酸铁铝沉淀，或者进一步与三氧化铁铝 （Fe2O3·Al2O3)转化为更难溶的盐基性磷酸 铁铝。
(主要成分)
N：尿素、碳酸氢氨等
P：来自磷酸盐，主要成分是
氟磷灰石 [Ca3(PO4)2]3CaF2
K：在蔬菜中大量使用
二、我国肥料的利用现状（P115）
有机肥料使用概况：绝对数量在逐年增加，
但所占的比重有所下降
绝对量大、比重大，品种多
化肥使用概况
单一施N肥
使用结 构变化
N、P肥配合施 N、P、K肥配合施
途径2：阴离子代换固定 途径3：生物固定
因此，只有当土壤pH在中性范围时，磷的相 对有效性最高，因为：
pH＜5.0时，大部分磷被土壤中可溶性铁、铝、锰和含 水氧化铁、铝、锰所固定； pH在6.5左右时，部分磷又固定在硅酸盐矿物的表面； pH＞7.5时，大部分磷和土壤中碳酸钙化合而沉淀； pH在8.5时，将形成极不溶解的盐基磷酸盐。
2、铵态氮的硝化作用
第一步亚硝化：
亚硝化微生物
2NH4+ +3O2
2HNO2 +2H2O+能量
第二步硝化：
2HNO2 +O2
硝化微生物
2HNO3 +能量
3、硝态氮的反硝化作用
硝态氮在反硝化细菌作用下的反硝化反应大 致趋势为：
-2[O]
2HNO3
-2[O]
-2[O]
2HNO2 -[H2O]
N2O
N2
2、土壤中无机磷的转化 土壤中难溶性磷的释放
土壤中有效磷的固定
途径1：
土壤酸度增强或施用生理酸性肥料时，难溶性磷酸 盐、特别是磷酸钙盐可逐步转化为易溶性磷酸盐。
途径2：土壤淹水和有机物质存在时，能促进难溶
性磷酸盐转化为易溶性磷酸盐。因为：
淹水时，一方面土壤的pH增高能促进磷酸盐沉淀 的水解；另一方面土壤Eh降低，使溶解度低的磷酸 高铁还原成溶解度高的磷酸低铁。
如磷脂、植素、核蛋白的水解过程如下;
卵磷脂 水 解 磷酸甘油 水 解 H3PO4
水解
植素
植
酸 水解
H3PO4
核蛋白 水 解 核 酸 水 解 H3PO4
影响有机磷转化的因素主要有：
土壤温度、湿度、pH值、耕作技术和有机磷化合 物中的C/P比。
至于C/P比对有机磷转化的影响在于，如果 C/P比过大的有机物存在时，土壤微生物又可 能把大部分已矿化的磷酸盐重新固定，因为 在土壤有机质转化过程中，C、N、P是一个整 体，并保持一定的比例关系（即C:N:P约为 110:10:1)
反硝化作用约有30％的氮经过一系列转化，
以N2O和 N2的形式进入大气，释放到空气的 N2O不溶于水，可以到达平流层的臭氧层， 与臭氧作用，生成NO，使臭氧层破坏。
因此，向农田施入过量的氮肥，易出现下列 情况： 硝化作用释放的氢离子会导致土壤酸化； 导致水体中的氮的富营养化； 导致地下水受硝态氮污染，尤其质地较轻的 土壤。 导致臭氧层遭到破坏
含 氮
非水解性有机氮（30％～50％）
化
物
的
形 态 无机氮：NH4+-N、NO3--N
氮素肥料在土壤中的转化和固定
1、有机氮的矿化作用
水解过程
蛋白质 蛋白水解酶
氨化过程
RCHNH2COOH +其他产物+能量
氨基酸
RCH2OH+NH3+CO2+能量
水解 RCHNH2COOH+H2O
RCHCOOH+NH3+能量
第五章 肥料对土壤环境的影响
重点：肥料中有毒有害物质对土壤环境的污染 化肥对土壤的影响 土壤肥料污染的调控措施与防治措施
内容提要
肥料的使用概况 主要化肥在土壤中的转化和固定 肥料对土壤环境的效应 土壤肥料污染的调控措施与防治措施
§5.1 肥料的使用概况
一、肥料的种类
有机肥料
化学肥料
4、氮素肥料在土壤中的保持、固定
土壤胶体的吸附
无机氮的生物固定
有机质固定
无机氮的化学固定
粘土矿物固定
主要指土壤微生物在其生命活动过程中，需要 吸收土壤中的氮素以组成生物躯体以及合成更 为复杂的微生物代谢产物——腐殖质等。
一些示踪试验结果表明，施入土壤的氮，大约 有25％～60％被生物固定。
对作物产量、品质的影响
§5.4 土壤肥料污染的调控措施 与防治对策
加强对肥料的监督管理，从肥料的质量上扼制污染； 经济合理施肥，严防过量施肥； 氮、磷、钾肥配合施用； 化肥与有机肥配合施用； 推行施肥新技术，提高肥料利用率； 优化肥料品种结构，研制新型无污染肥料； 加强水肥管理，实施控水灌溉； 培育高产高效低积累硝酸盐的蔬菜品种。
三、钾素肥料在土壤中的转化和固定
土 矿物钾：指构成矿物晶格或深受结构束缚的钾，
壤 如长石、白云母中的钾
中 钾
缓效钾：主要是层状硅酸盐矿物层间和颗粒边
的 缘一部分的钾
形
态 速效钾：包括了大部分吸附于颗粒表面的钾以
及水溶性钾
钾素肥料在土壤中的转化与固定
土壤中各种形态的钾的相互转化：
矿物K 非交换性K