第十章土壤养分状况介绍

（一）氮在土壤和植物中的含量
• 1 氮在土壤中的含量
–我国土壤含氮量（全氮）一般在 0.4-3.8g/kg 之间，不同土壤全氮含量有很大差异。土壤有 机质含量丰富的土壤，含氮量较高。 –氮素肥料施用过多往往造成江河湖泊水体的富 营 养 化 (eutrophication) 和 地 下 水 硝 态 氮 （NO3--N）累积从而造成污染。
• 可能是影响磷的固定的最重要因素， pH 值 为6.5-7.5，磷的有效性最高。
2) 土壤有机质数量及分解状况
• 有机质能增加P的有效性。
–有机质分解的某些中间产物能与 Al3+ ， Fe3+ ， Mn2+，Ca2+等形成螯合物，从而减少磷的化学固 定； –有机质分解产生的有机酸，可增加石灰性土壤 中固定态P的有效性。
• 占全氮量的1-10%，主要为硝态氮NO3- 和铵 态氮NH4+，都是水溶性的，易于被植物吸收 利用。 • 铵态氮易被土壤胶体吸附，不易淋失； • 硝态氮不能被胶体所吸附，只存在于土壤 溶液中，极易淋失。
• 铵态氮除主要为交换态及部分存在于土壤 溶液中外，还有一部分被固定在黏土矿物 的晶格中，不能溶解，也不能被交换出来， 从而形成“固定态铵”。在热带地区，固 定态铵可达全氮量的50%以上。
国内外公认的高等植物所必需的营养元素有 16种。它们是碳、氢、氧、氮、磷、钾、钙、 镁、硫、铁、硼、锰、铜、锌、鉬、氯。后 13种称为矿质养分。
N
Cl
C
H
P
Mo
S
Mg
Ca
Fe B Mn Cu Zn
O
K
• 根据植物需要量大小，土壤养分元素可分 为大量元素，中量元素和微量元素。 • 大量元素：N，P，K • 中量元素：Ca，Mg，S • 微量元素（痕量元素）： Fe ， Mn ， Cu ， Zn ， B，Cl，Mo • 有人提出， Si, Ni, Na 也是植物必须营养 元素，其中 Si 属大量元素， Ni, Na 属微量 元素。
3) 土壤中 Fe3+ ， Al3+ ， Mn2+ 等离 子的数量
• 这些离子数量多，P被固定的机率大，有效 性则要降低。
4) 微生物活动
• 微生物可促进有机态 P的矿化和分解，从而 促进P的有效性
• 主要有核蛋白，植素，核酸和磷脂等。 • 土壤中有机磷含量一般低于无机磷。 • 土壤中有机磷，大收 利用。
2 无机态磷
inorganic phosphorus
• 1）磷酸钙，镁类化合物（即钙磷、镁磷） • 2）磷酸铁和磷酸铝类化合物（即铁磷、铝 磷） • 3）闭蓄态磷
• 指溶解度低，植物根系不能直接吸收，但 经过一段时间后，较易转化为磷酸根离子 的磷化合物。 • 包括磷酸八钙Ca8H2（PO4）6，新近形成的Fe， Al ， Mn 等的磷酸盐及正在矿质化的有机磷 化合物。 • 占全磷的10-20%。
3 极迟效磷
• 一般植物很难吸收利用的化合物，包括磷 灰石，老化的 Fe ， Al ， Mn 的磷酸盐及稳定 的有机化合物。 • 约占全磷的80-90%。
• 一般当土壤全 P 低于 0.08-0.1% 时，土壤 常出现供P不足，施磷肥有增产效果。 • 土壤有效磷以P素含量为标准 • P×2.29=P2O5，P2O5×0.44=P
土壤供磷状况以土壤有效磷含量表示： 中性或石灰性土壤：P<10mg/kg，有效磷不足 酸性土壤：P<15mg/kg，有效磷不足
45 45 6 1.5 0.2 1.0 0.1 0.5 0.2
微量营养元素
微量元素 吸收形态 • Cl Cl• Fe Fe3＋ Fe2＋ • Mn Mn2+ • B BO33- B4O72• Zn Zn2+ • Cu Cu+ Cu2+ • Mo MoO42主要来源 土壤 土壤 土壤 土壤 土壤 土壤 土壤 含量 0.01 0.01 0.005 0.002 0.002 0.0006 0.00001
土壤中的磷(phosphorus)
• • • • • （一）土壤中磷的含量 （二）磷素的生理作用 （三）土壤中磷的形态 （四）土壤中各类磷化合物的有效性 （五） 影响土壤磷有效性的因素
（一）土壤中磷的含量
• 我国土壤全P（P2O5）约在0.3-3g/kg之间， 变幅很大。 • 就全国主要土类而言，大体上有从南向北 逐渐增加的趋势。从东到西也有增加的趋 势。
目前认为植物必需营养元素有16种
（大量元素9种，微量元素7种）：
大量营养元素 主要吸收形态 主要来源 在干物质中的含量（％）
C H O N P K S Ca Mg
CO2 大气 H2O 土壤水 CO2 O2 大气和土壤空气 NH4+ NO3土壤 H2PO4- HPO42土壤 K+ 土壤 SO42+ 土壤 Ca2+ 土壤 Mg2＋ 土壤
上述 3 种磷维持着如下的动平衡 关系：
• 速效磷 迟效磷 极迟效磷
土壤中磷的转化
施肥
有机态磷 (影响矿化率的因素)
生物 固定 矿化 作用
化学沉淀 释放作用
H2PO4
－
无定形磷酸盐
Eh交替变化 吸持 固定
老化
结晶态磷酸盐
HPO4
2－
闭蓄态磷 (有效性降低)
解吸 作用
吸附态磷
矿物矿化
施肥
矿物
难容性
• 磷是植物细胞核的重要组成成分，主要集 中在植物的种子中。 • 磷对提高植物抗病性，抗寒性及抗旱能力 有良好作用。 • 磷还能促进根系发育。
（三）土壤中磷的形态
水溶性P 铁铝结合态P 土壤无机磷 50－90％ 闭蓄态P 钙的磷酸盐 含P矿物 土壤有机磷 10－50％
土壤磷
1 有机磷
organic phosphorus
mineralization
2 硝化过程
• 矿化过程中产生的氨(甚至第一阶段氨基 化过程产生的某些胺，酰胺)，在微生物 作用下转化成硝酸态氮化合物。
3 生物脱氮过程(反硝化作用)：
• 在嫌气条件下，由多种微生物对硝态氮所产 生的一系列生化还原过程。
NO3 NO2 NO N 2O N 2
–>100ppm 高 –50-100ppm 中等 –<50ppm 低
（五）土壤氮素的转化
• • • • • • 1 2 3 4 5 6 有机态氮的矿化过程 硝化过程 生物脱氮过程 化学脱氮过程 铵态氮的晶穴固定 氮的生物同化作用
1 有机态氮的矿化过程
• 各种有机态氮经微生物分解作用转化为无 机态氮。
• 在通气不良的土壤中可能会存在 NO2- 并不 断累积，造成对植物的毒害。
2 有机态氮
• 土壤中的氮主要以有机态氮形式存在，它 一般占全氮的95%左右。 • 按照溶解度和水解难易程度可分为三类： 水溶性有机氮；水解性有机氮；非水解性 有机氮。
• 生产上常以全氮量（ % ）， C/N 比和水解性 氮含量等作为土壤供氮能力的指标。一般 全氮量低于 0.1% 的土壤，施氮肥均能获得 增产效果。 • 水解性氮含量等级是：
氮素过量危害 • 1、降低植物体内糖分含量、作物 抗性差； • 2、机械组织发育差，易倒伏； • 3、引起作物徒长、晚熟。
氮素形态
（四）土壤中氮的形态
溶解态铵 无机态氮（全N 土壤 氮素
含量的1-10%左 右）
铵态氮
交换性铵 固定态铵
硝态氮、亚硝态氮
有机态氮（占全N含量90%以上 ）
1 无机态氮：
Available P content (Bray II) Pink <30 mg/kg (moderately deficient) Red: <20 mg/kg (deficient) Dark red: <10 mg/kg (severely deficient)
我国土壤有效磷素含量分布图
（二）磷素的生理作用
闭蓄态磷
• 由氧化铁或氢氧化铁胶膜包被着的磷酸盐 （以铁盐为主，也有少量铝盐和钙盐）， 称闭蓄态磷。 • 闭蓄态磷占无机磷的比例很大，尤其在强 酸性土壤中，往往超过50%，砖红壤中甚至 可高达90%。 • 闭蓄态磷一般对植物无效。
（四）磷的有效性
• 1 速效磷 • 2 迟效磷 • 3 极迟效磷
1 速效磷


4 化学脱氮过程
硝酸盐在一定条件下所进行的纯化学分解过程。
• 铵态氮和亚硝态氮同时大量存在土壤溶液（生成亚硝酸铵） 时的双分解作用。 • NH4NO2 2H2O + N2 + 718千卡
5 铵态氮的晶穴固定
• NH4+直径与2：1型粘土矿物晶架表面孔穴的 大小相近，可能陷入晶穴内而变成固定态 铵。
二 土壤中的大量
• 土壤中的氮nitrogen • 土壤中的磷phosphorus • 土壤中的钾Potassium •
土壤中的氮nitrogen
• • • • • • （一）氮在土壤和植物中的含量 （二）土壤中氮素的来源 （三）氮的生理作用 （四）土壤中氮的形态 （五）土壤氮素的转化 （六）氮的循环
（二） 土壤中氮素的来源
• • • • 1 2 3 4 生物固氮作用 大气降水及雷电现象 由灌溉水输入的氮 氮肥
1 生物固氮
• 大气和土壤中的分子态氮（N2）经过微生物 固定为有机态氮的过程，叫生物固氮。
2 大气降水及雷电现象
• 降水时其中溶解的氮氧化物如NO2，N2O，NO 和NH3随水进入土壤。 • 闪电雷击时N2、H2合成NH3。
（二）、土壤养分的来源
• • • • • 土壤矿物质风化 土壤有机质分解 大气降水（降尘）和地下水（矿质养分） 生物固N biological N-fixation 对耕作土而言，养分还来源于人工施肥、 灌溉和农药残留。