NutrientCycling(营养要素循环)(精)

Nutrient Cycling (營養要素循環)

1.植物生長所需之要素

2.氮的循環

3.磷和硫

4.鉀、鈣和鎂

5.微量要素

土壤與植物營養(Utilization of soil)

Essential Elements (必需營養元素)：在植物正常生長過程中所不可缺少的元素依攝取量之大小分：

*Macronutrients (巨量要素)：C、H、O、N、P、S、Ca、Mg、K

*Micronutrients (微量要素)：Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo、Cl

C、H、O→取自空氣與水

其餘要素→取自土壤

土壤供應這些要素之能力→土壤肥力(soil fertility)

Inorganic Store

available pool (有效的；可利用的)

a.Ions in the soil soln.

例如：NH4+、H2PO4-、NO3-、K+、Ca2+

b.“Exchangeable ions” adsorbed by clay minerals and organic matter

e.g. NH4+-clay

Less available

a.稍微可溶之化合物

e.g. gypsum (石膏)、calcite(CaCO3)、難溶性之磷酸化合物

b.被clay lattices所固定或”non exchangeable”之K+或NH4+

Available pool之Input來自

1.土壤和岩石礦物之風化

2.降雨(precipitation) 和dust fallout

3.有機物之礦化(mineralization)

4.有機廄肥(organic manures)、有機和無機肥料(fertilizer) 之施用

氮素(Nitrogen)

1.形態

N2→植物不能直接利用，Org-N

NH4+、NO3-→植物可以吸收

2.氮素循環及有效性土壤氮素之獲得與損失

Gains of soil N

a.降雨

<1 ~ 5 ppm NH4+

b.肥料(fertilizers) 和廄肥(manures)

硫銨，尿素

c.生物固氮作用(biological N2-fixation)

Free-living N2 fixers

Bacteria : Azotobacter spp.

Blue-green algae; Nostoc spp.

Symbiotic N2 fixation

豆科植物---根瘤菌

Leguminosae---Rhizobium

N2+ 8H+ + 6e- + n Mg‧ATP→2NH4++ n Mg‧ADP + n PO4

Losses of soil N

a. Crop Removal

b. Leaching (淋洗流失)

NO 3-↓

NH 4+−−−−−−→−)(硝化作用on Nitnficati

NO 3-↓ Eutrophication (優養化作用)

c. gaseous losses

(1). 氨揮散作用 (Ammonia volatilization)

高溫、高pH 狀況下，NH 3↑

(NH 2)2CO+2H 2O ⇔(NH 4)2CO 3⇔2NH 3↑+CO 2+H 2O

(尿素，urea)

(2). 脫氮作用 (denitrification)

NO 3-⇔NO 2-⇔N 2O ↑⇔N 2↑

Facultative anaerobic bacteria

在厭氧狀態下

C/N、C/P、C/S影響N、P、S之生物固定化作用(Immobilization)

磷（Phosphorus）

1.形態

有機態磷（Org.-P）

無機態磷（Inorg.-P）H2PO4, HPO4-2, Fe-P, Al-P, Ca-P

2.土壤中磷之原始來源為磷灰石（Apatite），次生來源在無機方面為C a，Fe，

Al等之磷酸鹽。有機方面則如植物磷脂質（phytin），核酸（nucleic acid）等。

3.磷酸之有效性（phosphate availability）

植物自土壤溶液中吸收之磷，大多數是屬H2PO4-離子態。

Labile P（活性P）

Adsorbed P + Solution P

Non-labile P（非活性P）

P held in insoluble compounds（e.g. hydroxyapatite Ca10(PO4)6(OH)2）or in

organic matter.

影響磷有效性之土壤因子 1. Soil pH

a. 在鹼性土壤中，磷酸沉澱形成鈣化合物

Ca 2+

+ PO 4-3

Octacalcium phosphate Ca 4H(PO 4)3‧5H 2O Hydroxylapatite Ca 10(PO 4)6(OH)2 Ca 2+ + HPO 4-2

pH ＞ 7

pH ↓，溶解度↑

b. 在酸性土壤中，

pH ＜ 1.4 FePO 4‧2H 2O Strengite ppt.

pH ＜ 3.1 AlPO 4‧2H 2O Variscite ppt.

pH ↑，溶解度↑

AlPO 4 + 3 OH - Al(OH)3 + PO 43-

pH 4.5~6

H 2O + Al(H 2O)63+ [Al(OH)(H 2O)5]2+ + H 3O +

Hydroxyaluminum ion

P adsorption site

[Hydroxyaluminum complex]2x+

+

Clay H 2PO 4- occluded

∵ pH ~ 6.5 P availability 最大

△ Soil pH, clay content, sesquioxide content, and exchangeable-Al 3+ 均影響P 之有效性。