第五章 土壤养分循环
土壤养分循环(精)
（五）土壤磷的调节
1、活性磷和磷的固定
只有那些不溶性磷化合物和保持在粘粒或有 机质中的固持态磷才称为固定态的磷，这部分磷 占土壤全磷的95%以上，又称为非活性磷。
土壤中可被植物吸收的磷组分称为土壤的有效磷
2、提高土壤磷有效性的途径。
（1） 土壤酸碱度 pH6.5-6.8之间为宜，可减少磷的固定作用，提高土壤磷 的有效性。 （2） 土壤有机质 ① 有机阴离子与磷酸根竞争固相表面专性吸附点位， 从而减少了土壤对磷的吸附。 ② 有机物分解产生的有机酸和其它螯合剂的作用， 将部分固定态磷释放为可溶态。 ③ 腐殖质可在铁、铝氧化物等胶体表面形成保护膜， 减少对磷酸根的吸附。 ④ 有机质分解产生的CO2,溶于水形成H2CO3,增加钙、 镁、磷酸盐的溶解度。
硝态氮化合物
（2）硝化作用
硝化微生物 2NO2- + O2 2NO3- + 40千卡 以(硝化细菌Nitrobacter为主)
在通气良好的条件下，硝化作用的速率＞亚硝化 作用＞铵化作用，因此，在正常土壤中，很少有亚硝 态氮和铵态氮及氨的积累。
反硝化作用的条件是
1）具反硝化能力的细菌，反硝化细菌现已知有33个属，多数 是异养型，也有几种是化学自养型，但在多数农田都不重要； 2）合适的电子供体，如有机 C化合物、还原性硫化合物或分 子态氢；有效态碳的影响最大; 3）厌氧条件，与田间持水量大小密切相关； 嫌气状态 O2 < 5%或土壤溶液中 [O2] < 4 10-6M Eh < 344mv (pH = 5时)
3．粘粒矿物对铵的固定
我国北方的土壤中，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。
土壤养分循环.ppt
CO2 content of atmosphere in 1988 was 351 ppm and in 1992 was 356 ppm
CO2 content of atmosphere in 1996 was 363 ppm CO2 content of atmosphere in 1999 was 370 ppm
3. 土壤碳的循环转化
The Carbon Cycle
1. autotrophs fix carbon dioxide from the atmosphere during photosynthesis 2. carbon dioxide is released back into the atmosphere by respiration 3. the carbon cycle is very fast 4. Other carbon cycles are slow
•50%-90% savings for NT vs. CT
•Increased leaching •Increased fertilizer use
Soil carbon equilibrium
•Affected by many factors
• amount and type of biomass input
•Biomass
•has degradation resistant litter •provides good soil microbial habitat •has high water holding capacity •protects from oxidation •cools soil by shading/water •promotes aggregation •tight nutrient budget
土壤养分循环
第十章土壤养分循环土壤养分循环：是指在生物参与下，营养元素从土壤到生物，再从生物回到土壤的循环过程，是一个复杂的生物地球化学过程。
土壤元素通常可以反复的再循环和利用,典型的再循环过程包括：（1）生物从土壤中吸收养分（2）生物的残体归还土壤（3）在土壤微生物的作用下，分解生物残体，释放养分（4）养分再次被生物吸收一、土壤氮素循环（一）氮素循环由两个重叠循环构成，一是大气层的气态氮循环，几乎所有的气态氮对大多数植物无效，只有若干种微生物或少数与微生物共生的植物可以固定大气中的有效氮。
另一个是土壤氮的循环，即在土壤植物系统中，氮在动植物体、微生物体、土壤有机质、土壤矿物质各分室中的转化和迁移，包括有机氮的矿化和无机氮的生物固持作用、粘土对氨的固定和释放作用、硝化和反硝化作用、腐殖质形成和腐殖质稳定化作用。
（二）土壤的氮的获得（来源）1土壤氮的获得（来源）（1）土壤母质中的矿质元素（2）大气中分子氮的生物固定大气和土壤空气中的分子态氮不能被植物直接吸收、同化，必须经生物固定为有机氮化合物，直接或间接地进入土壤。
（3）雨水和灌溉水带入的氮灌溉水带入土壤的氮主要是硝态氮形态，其数量因地区、季节和降雨量而异。
大气层发生自然雷电现象，可使氮氧化成NO2及NO等氮氧化物。
（4）施用有机肥和化学肥料2土壤N存在形态土壤无机态氮主要是铵态氮和硝态氮，是植物能直接吸收利用的有效态氮。
有机态氮是土壤氮的主要存在形态，一般占土壤全量氮的95%以上，按其溶解度的大小及水解的难易分为水溶性有机氮、水解性有机氮和非水解性有机氮三类。
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，常总被称为速效态氮。
3土壤中氮的转化（1）有机态氮的矿化过程含氮的有机化合物，在多种微生物的作用下降解为简单的铵态氮的过程矿化过程：第一阶段：把复杂的含氮化合物的含氮化合物，如蛋白质、核酸、氨基糖及其多聚体等，经过微生物酶的系列作用下，逐级分解而形成简单的氨基化合物，称之为氨基化阶段。
土壤生物化学过程与养分循环课件PPT
影响土壤有机质分解和周转的因素 腐殖物质占10-30%。
占土壤有机质的20～30%
土壤生物化学过程和养分循环
土壤有机质组成---非腐殖质
糖类物质 saccharides
➢在一般有机体代谢过程中，糖类物质中所 含的结合能是最好的能量来源，在土壤代 谢过程中，糖类同样可作为能量物质,是土 壤微生物的主要能源物质。
酶氧化 ---提供植物需要的其他养分
多糖、多糖醛酸苷、有机酸等非腐殖物质占3-8%，
2
2
2
一般土壤微生物活动的最适宜温度大约为25-35 ℃，超出这个范围，微生物的活动就会受到明显的抑制。
土络壤合有 多腐机糖质可殖转将化土化和壤碳颗过素粒循结程环合为：稳定h的团u聚m体i。fication
各种有机化合物通过微生物的合成或在原植物组织中的聚合转 进入土壤的有机残体经过一年降解后，三分之二以上的有机物质以二氧化碳的形式损失掉，残留在土壤中的有机质不到三分之一，其
2.5g/ml)溶液中的沉降速度将其分作轻组和 重组土壤，它们中的有机质被分别称作轻 组有机质(Light Fraction Organic Matter, LFOM) 和重组有机质(High Fraction Organic Matter, HFOM)。
土壤生物化学过程和养分循环
SOM分组方法---密度分组法
土壤有碳机素质储土量壤(G，t 含C)有：机陆质地在2生0%物以圈下1的5土50壤G，t C称土为壤矿质圈土12壤0。0Gt C
土➢壤但碳耕密作度土壤中(kg，/表m层2)：有单机质位的面含积量土通壤常在碳5素%以含下量。
有机质含量（%）
肥力水平
<0.5
第五章 土壤养分
第二节 土壤氮素
一、来源与含量
1、来源
1）微生物固N作用：空气N2 → 有机N
2）大气中和闪电生成的NH3被雨水带到土 壤中 3）施肥与灌溉
4）根系富集作用：将分散的N集中到表层
5）粘粒矿物中固定态NH4+
2、含量与影响因素 含量： 0.2~11 g/kg 1）气候与地形 温湿度 东北>西北，山区>平原 2）植被 豆科>非豆科，草本>木本 3）土壤质地 粘>轻（粘粒与O.M.结合） 4）耕作利用方式 水田>旱地
2、形态
无机态 • 石灰性土壤占40~62% • 矿物态、吸附态、水溶态 有机态 • 东南湿润土壤占85~94%
3、转化
与氮、磷类似，硫循环 矿化、固定、吸附、解吸、氧化、 还原
第七节 土壤微量元素
（microelement, trace element）
微量元素：自然界含量很低的化学元素； 植物需要量或含量甚微的元素 1、种类
1、含量
5～25 g/kg，平均 10 g/kg • 变幅大，1～50 g/kg 远高于N、P
2、影响因素
母质：主要存在于含K矿物中 • 长石、云母、伊利石 气候：高温多雨地区<干燥区 质地：同类土壤中，粘粒>砂粒 耕作：开垦后可交换性K降低
土壤开垦后可交换性K降低
3、形态
1）矿物态K（Lattice / Structural potassium ） 原生矿物、次生矿物中 占全K量>90% 无效 2）非交换性K ( Non-exchangeable /Fixed potassium) 缓效 黑云母、粘土矿物（水云母等） 占全K量<10%
高的 >4 g/kg，低的 <0.1 g/kg
草地生态系统中的土壤养分循环与利用
草地生态系统中的土壤养分循环与利用草地生态系统是一个复杂的生态系统，其中土壤养分的循环和利用对草地的健康发展和生物多样性的维持至关重要。
本文将探讨草地生态系统中土壤养分的循环和利用过程，并提出一些有效的管理措施。
一、土壤养分的来源和循环在草地生态系统中，土壤养分的来源主要有两部分：一是通过植物的残体、根系和分泌物等有机质的输入，二是通过降水和大气中的氮、磷、钾等无机营养元素的输入。
土壤养分循环的过程主要包括吸收、转化和释放三个阶段。
首先，植物通过根系吸收土壤中的养分，其中氮、磷和钾是植物生长所需的主要元素。
其次，土壤中的养分经过微生物的作用，发生一系列的生化反应，包括蛋白质分解、氨化作用、矿化等，将有机养分转化为无机养分。
最后，植物通过根系释放出一部分养分，形成根际土壤，也可以通过腐生菌分解植物残体来释放养分。
二、土壤养分利用的重要性土壤养分的利用对于草地生态系统的健康发展至关重要。
首先，土壤养分的利用可以提高草地的产量和质量。
植物生长所需的养分是其生长和代谢的基础，充足的养分供应可以促进植物的正常生长，提高草地的生产力和素质。
其次，土壤养分的利用可以维持土壤的肥力和水分保持能力。
适当的养分供应可以改善土壤结构，增加土壤的肥沃度和保水能力，有利于草地植被的生长和土壤的保护。
此外，土壤养分的利用还可以促进土壤和植被的生物多样性。
充足的养分供应可以提供多样的资源和环境条件，促进不同物种的繁衍和生存，提高生物多样性水平。
三、草地生态系统中土壤养分利用的管理措施为了有效地利用土壤养分，维持草地生态系统的良好状态，需要采取一些管理措施。
以下为几个重要的措施：1. 合理施肥：根据不同草地类型和植被特点，科学制定施肥方案，为草地提供合适的养分供应。
根据土壤养分含量和植物需求，合理调整氮、磷、钾的比例，防止养分的过量或不足。
2. 种草结合：合理选择适应性较强、养分利用能力较强的草种进行种植，增加土壤养分的利用效率。
光合作用与土壤养分循环
汇报人：XX
CONTENTS
PART ONE
土壤中的微生物和植物根系相 互作用，促进养分的循环和利 用。
光合作用需要吸收土壤中的养 分作为原料，如氮、磷、钾等 元素。
光合作用产生的有机物可以返 回土壤中，为土壤提供有机质
促进农业可持续发展：通过光合作用与土壤养分循环的研究，可以更好地利用自然资源，提高 农业生产效率，促进农业可持续发展。
优化土壤管理：研究光合作用与土壤养分循环的关系，有助于深入了解土壤的性质和变化规律， 为土壤的合理利用和保护提供科学依据。
提高作物产量和质量：通过研究光合作用与土壤养分循环的相互作用，可以培育出更适应环境、 产量更高的优质作物品种，提高农产品的质量和市场竞争力。
循环。
光合作用产生的 氧气和二氧化碳 对土壤微生物的 活性有重要影响， 进而影响土壤养 分的分解和循环。
光合作用产物 的种类和数量 影响植物残体 的分解速率和 养分归还量。
光合作用产生有机物，为土壤 微生物提供能量和养分
光合作用对土壤微生物的种类 和数量有调控作用
光合作用产生的氧气对土壤好 氧微生物的生长有促进作用
针对不同土壤类型和气候条件，开展光合作用与土壤养分循环的综合研究，以提高土壤可持续 利用水平。
结合现代生物技术手段，深入挖掘光合作用与土壤养分循环相关基因的功能和调控机制，为作 物改良提供新思路和新方法。
新型传感器：实时监测土壤养分状况，提高数据准确性和可靠性 人工智能：利用机器学习算法分析数据，预测土壤养分循环规律 遥感技术：通过卫星或无人机监测大面积土壤状况，为研究提供宏观数据支持 基因编辑技术：通过基因工程手段改良植物品种，提高光合作用效率和养分吸收能力
植物的根系和土壤养分循环
从主根或其他侧根上生出的分支根，向四周扩展，增加根系与土壤的 接触面积，提高吸收能力。
根毛区与吸收功能
根毛区
位于根尖后方的区域，此处的表 皮细胞向外突出形成根毛，大大 增加了吸收表面积。
吸收功能
根毛区是植物吸收水分和养分的 主要部位，通过质膜上的转运蛋 白将土壤中的水分和养分转运到 细胞内。
根系分泌物及其作用
根系分泌物对土壤微生物的影响
提供营养和能源
根系分泌物中含有大量的碳水化合物、有机酸等，这些物质可以作为土壤微生物的营养和能源，促进 土壤微生物的生长和繁殖。
影响微生物群落结构
不同类型的根系分泌物会对不同的微生物产生吸引或抑制作用，从而影响土壤微生物的群落结构。
土壤环境对根系生长的影响
土壤物理性质
部分植物与真菌共生形成菌根，扩大 根系吸收范围，提高养分吸收能力。
根系分泌物
根系能分泌有机酸、酶等物质，改变 土壤环境，促进难溶性养分的溶解和 吸收。
养分在植物体内的运输与分配
养分运输途径
01
植物通过木质部和韧皮部将吸收的养分运输到各个器官和组织
。
养分分配机制
02
植物根据生长需求和内源激素调节，将养分优先分配给生长活
蛋白质的重要组成部分，参与植物体内许 多生物化学反应。主要来源于含硫矿物和 有机肥。
微量元素
铁（Fe）
参与叶绿素合成和呼吸作用。主要来源于含铁矿物和有机 肥。
铜（Cu）
参与呼吸作用和氧化还原反应。主要来源于含铜矿物和 有机肥。
硼（B）
促进花粉萌发和花粉管伸长，提高坐果率。主要来源于含 硼矿物和有机肥。
推广节水灌溉技术
采用滴灌、喷灌等节水灌溉技术，减少水分流失和浪费，提高水分利用效率。同时，节 水灌溉还能减少养分的淋失和挥发损失。
土壤学土壤养分循环
西南地区 华南、滇南地区
2. 影响土壤氮素含量的因素 （1）有机质含量 氮素主要存在于有机质中，二者呈平行正相关关系。 （2）植被: 归还氮素、固定氮素
（3）气候 主要是水、热条件引起有机质的分解与合成 （4）质地 质地愈粘重、有机质含量愈高 （5）地势
主要是引起水热条件变化
（二）土壤氮素的获取
1. 生物固氮（自生、共生和联合固氮）
无机态氮包括NH4+－N、NO3-－N、 NO2-－N。 旱地土壤无机氮一般以NO3-N较多，淹水土壤
则以NH4-N占优势。
土壤学
资源环境学院土地资源与农业化学系
2. 有机态氮 占全氮92－98%，平均95%。大部分是腐殖物质。 它们需经微生物分解矿化成无机氮后才能为植物吸 收利用。 包括水溶性氮、水解性氮、非水解性氮。 土壤氮的形态及其有效性
主要内容
1.土壤氮素循环 （重点） 2.土壤磷和硫的循环 （重点） 3.土壤中的钾钙镁 4.土壤中的微量元素循环
教学目标 与要求
从养分的来源、含量、形态和转化 过程来掌握各种土壤养分。 1.重点掌握土壤氮、磷的转化过 程，尤其是无效化过程； 2.了解土壤钾、钙、镁的状况以及微 量元素的重要性。
资源环境学院土地资源与农业化学系
土壤学
其它养 化肥养 分资源 分资源
沉降、灌溉 生物 固氮
植物需求
废 弃 物
生态 环境 质量
有机肥 养分资源 养分供应
挥 发
淋 洗
土壤养分资源
地下水
土壤学 资源环境学院土地资源与农业化学系
土壤养分的基本概念
土壤养分－指植物所必需的，主要是土壤来提供的营养元 素就叫做土壤养分。土壤养分是土壤肥力的物质基础，是土 壤肥力的重要组成因素。 有效养分－能够直接或经过转化被植物吸收利用的土壤养 分。 速效养分－在作物生长季节内，能够直接、迅速为植物吸 收利用的土壤养分，称速效养分。 无效养分－不能被植物吸收利用的土壤养分，称无效养分。 土壤养分状况－是指土壤养分的含量、组成、形态分布和 有效性的高低。
《土壤养分循环》课件
2
探讨钙、镁、铁等次要元素在土壤和植 物之间的循环过程。
主要营养元素的循环过程
详细描述氮、磷、钾等主要营养元素在 土壤和植物之间的循环过程。
土壤养分循环的因素
人为因素
探讨人为活动对土壤养分循环的影响，如施肥和农 业实践。
自然因素
分析自然环境对土壤养分循环的影响，如气候和土 壤类型。
土壤养分循环的方法
《土壤养分循环》PPT课 件
这是一份关于土壤养分循环的PPT课件，我们将深入探讨土壤养分的重要性、 循环的过程和方法，以及对环境保护和农业生产的意义。
土壤养分循环概述
1 土壤养分的重要性
了解土壤养分对植物生长的重要作用。
2 养分循环的定义
解释养分循环是指养分在土壤和植物之间的循环过程。
3 养分循环的作用
有机肥的应用
介绍有机肥如何改善土壤养 分循环。
化学肥的应用
解释化学肥如何提供养分补 给。
生物肥的应用
介绍生物肥如何促进土壤养 分循环。
土壤养分循环的意义
1 保护环境
阐述养分循环对水体污染和土壤侵蚀的控制作用。
2 增加农业生产
说明养分循环对农作物生长和产量的促进作用。
3 消费能源节约成本
解释养分循环对能源效率和减少成本的贡献。
结束语
展用于编写《土壤养分循环》PPT课件的参考文献列表。
探讨养分循环对生态系统的维持和农业可持续发展的重要性。
养分的来源
1 前人所学
总结前人研究土壤养分来源的成果。
2 新的认识
介绍最新的研究成果，揭示养分来源的新视角。
养分的种类
1 主要养分
列举主要的植物营养元素，如氮、磷和钾。
2 次要养分
土壤养分循环与土壤改良技术
土壤养分循环与土壤改良技术土壤养分循环是一个复杂而又至关重要的过程。
土壤中的养分并非是一成不变的，而是处于不断的转化和循环之中。
土壤中的养分主要来源于岩石风化、动植物残体的分解等。
在自然环境下，岩石经过风化作用逐渐破碎，其中所含的矿物质元素释放到土壤中，这是土壤养分的初始来源之一。
动植物残体则包含着丰富的有机物质，当它们进入土壤后，开始被微生物分解。
微生物在这个过程中扮演着极为重要的角色。
例如，细菌和真菌会将动植物残体中的复杂有机化合物分解为简单的无机化合物，像把蛋白质分解为铵态氮等。
土壤养分的循环有着多种形式。
其中氮循环尤为典型。
空气中的氮气是氮元素的一个巨大储存库，但植物不能直接利用氮气。
这时候，土壤中的一些微生物，如固氮菌，能够将氮气转化为植物可吸收利用的铵态氮，这个过程被称为生物固氮。
铵态氮一部分会被植物吸收，一部分会在土壤中经过硝化细菌的作用转化为硝态氮。
而植物吸收的氮元素，在植物体内参与各种生理生化过程，当植物残体进入土壤后，氮元素又会被微生物重新分解转化，再次参与到土壤的氮循环之中。
磷元素的循环也有其独特之处。
磷主要来源于岩石中的磷矿石，在风化过程中，磷元素释放到土壤中。
但是磷在土壤中的移动性较差，容易被土壤颗粒吸附固定。
这就使得磷元素在土壤中的有效性较低，植物对磷的吸收相对较难。
土壤中的有机磷也需要经过微生物的矿化作用，转化为无机磷才能被植物吸收。
钾元素在土壤养分循环中同样不可或缺。
土壤中的钾有矿物态钾、缓效钾和速效钾等不同形态。
矿物态钾需要经过长时间的风化才能释放出可利用的钾离子，缓效钾可以缓慢释放，而速效钾能够被植物直接吸收。
植物吸收钾离子后，在植物体内调节细胞渗透压等生理过程，植物残体归还土壤后，钾元素又重新回到土壤的养分循环体系中。
随着农业生产的发展和人类活动对土壤的影响，土壤改良技术变得日益重要。
一方面，有机物料添加是一种常见的土壤改良技术。
像农家肥、绿肥等有机物料施入土壤后，能够改善土壤的物理性质。
土壤养分循环与土壤改良技术
土壤养分循环与土壤改良技术土壤，是大地的肌肤，是农业生产的基石，也是生态系统的重要组成部分。
在土壤的世界里，养分循环如同一场永不停息的舞蹈，而土壤改良技术则是为这场舞蹈增添活力与和谐的魔法。
土壤养分循环，简单来说，就是土壤中各种营养元素在生物、物理和化学作用下不断转化、迁移和循环的过程。
就好像一个巨大的仓库，里面的货物（养分）不断地进进出出，以满足植物生长和生态系统的需求。
氮、磷、钾是植物生长的三大主要养分。
氮在土壤中可以通过微生物的作用，从有机氮转化为无机氮，供植物吸收利用。
而植物吸收氮后，通过自身的代谢和死亡分解，又将氮重新归还给土壤。
磷的循环相对较为缓慢，它在土壤中容易被固定，难以移动，但在风化和微生物的作用下，也能逐渐释放出来。
钾则相对活跃，在土壤溶液和矿物之间不断交换。
除了这三大元素，还有许多微量元素如铁、锰、锌、铜等，它们在土壤中的循环虽然量少，但同样至关重要。
微量元素的缺乏或过量，都可能导致植物生长异常。
然而，由于人类活动的影响，如过度施肥、不合理的耕作方式、工业污染等，土壤养分循环常常被打破平衡。
这就像是舞蹈中的节奏乱了，舞步变得不协调，直接影响到土壤的肥力和生态功能。
为了让土壤恢复健康，让养分循环重新步入正轨，各种土壤改良技术应运而生。
首先要提到的是有机肥料的应用。
有机肥料，如腐熟的畜禽粪便、堆肥、绿肥等，富含丰富的有机质和各种养分。
它们不仅能直接提供植物所需的营养，还能改善土壤结构，增加土壤的保水保肥能力，促进微生物的活动，从而间接提高土壤养分的有效性。
轮作也是一种有效的土壤改良技术。
不同的作物对养分的需求和吸收方式各不相同。
通过合理的轮作，比如将豆科植物与禾本科植物轮作，可以充分利用土壤中的养分，减少病虫害的发生，同时还能改善土壤的理化性质。
土壤深耕则可以打破土壤的板结层，增加土壤的通气性和透水性，促进根系的生长和养分的吸收。
但深耕也要适度，避免过度破坏土壤结构。
另外，生物改良技术也越来越受到重视。
植物的营养吸收与土壤养分循环
植物的营养吸收与土壤养分循环在自然界中，植物的生长和发育所需的养分主要来源于土壤。
土壤中含有丰富的营养物质，如氮、磷、钾等，但这些养分并不是一成不变的，而是通过土壤养分循环的过程不断循环利用。
植物通过根系吸收土壤中的养分，并将其转化为自身所需的有机物质，同时，一部分养分还会通过植物的代谢活动释放回土壤，从而形成养分循环的闭环。
本文将详细探讨植物的营养吸收与土壤养分循环的过程。
一、植物的根系吸收根系是植物吸收养分的主要器官。
植物的根系通常分为主根和侧根，主根深入土壤，侧根则在主根的基础上分支生长。
根系的吸收能力与吸收表面积密切相关，根毛是根系吸收养分的关键结构。
根毛具有大量的微细细胞，有效增加了根系的吸收表面积，使其能更充分地吸收土壤中的水分和养分。
植物通过根系吸收养分的过程主要分为主动吸收和被动吸收两种方式。
主动吸收是指植物根系通过活跃的吸收细胞来主动摄取土壤中的养分，如氮、磷、钾等。
植物通过与土壤微生物的共生关系，利用根系分泌的有机物质来吸收养分。
被动吸收则是指植物根系对物质的浸渍和扩散吸收，如水分和一些微量元素。
二、植物的养分转化植物通过吸收根系摄取的养分，并运输到地上部分进行养分转化。
养分转化过程中，植物将无机养分转化为有机物质，并将其储存在叶片、茎和根系等器官中。
此过程主要通过光合作用来完成，光合作用中的光能被植物利用来将二氧化碳和水转化为有机物质，同时释放出氧气。
养分转化的过程中涉及到许多关键酶的参与，如氮酶、磷酸酶等。
这些酶催化了养分之间的转化反应，使得植物能够合成自身所需的有机物质。
同时，养分转化还涉及到植物的能量代谢，这是植物维持生命活动所必需的。
三、植物代谢产物的释放除了将养分转化为有机物质，植物还会通过代谢活动将一部分养分释放回土壤中。
这一过程被称为根系分泌，通过分泌物质的方式，植物释放出一些有机物质、激素、氨氮等到土壤中。
这些有机物质有助于土壤中微生物的生长繁殖，进一步促进土壤的肥力。
《土壤养分循环》课件
同位素示踪法
利用同位素标记法追踪土壤养分的来 源、转化和去向，揭示养分循环的详 细过程。
数学模型模拟
建立数学模型，模拟土壤养分循环过 程，预测未来变化趋势，为实际应用 提供理论依据。
土壤养分循环研究的发展趋势
综合研究
将土壤养分循环与气候变化、土地利用方式、植 被类型等多因素相结合，进行综合研究。
高新技术应用
植物通过根部吸收土 壤中的水分和养分， 以满足其生长和发育 的需求。
植物对养分的吸收受 到土壤质地、pH值 、温度和水分等因素 的影响。
养分吸收的方式包括 离子交换、主动运输 和被动运输等。
土壤微生物对养分的利用
土壤微生物是土壤养分循环的重要参 与者，它们通过分解有机物质，将有 机养分转化为可被植物吸收的无机养 分。
利用。
养分的释放速度和程度取决于 多种因素，包括土壤pH值、土 壤温度、土壤湿度等。
在一定的环境条件下，土壤微 生物的活动也可以促进养分的 释放。
03
土壤养分的转化与迁移
土壤养分的矿化与固定
矿化
有机物质通过微生物分解转化 为简单的无机物质。
固定
土壤中的无机物质与有机物质 结合，转化为难以被植物吸收 的形式。
3
养分的矿化与腐殖化
土壤中的有机物质通过微生物的分解作用转化为 无机养分，同时也会形成较为稳定的腐殖质，储 存养分。
02
土壤养分的来源与输入
土壤养分的自然来源
01
02
03
04
自然界的土壤养分主要来源于 岩石的分解、动植物残体的分
解和微生物的合成。
岩石的分解是土壤养分的主要 来源之一，包括风化作用和侵
蚀作用。
动植物残体的分解也是土壤养 分的重要来源，通过微生物分 解有机物质，释放出其中的养
第五章 土壤圈层中的物质循环与环境效应
• 生物固N
• 大气降水
微生物 (细菌) 逐渐积累
土壤空气中的分子态N2 →离子态NH4+ →有效态N – 根瘤菌 与豆科植物共生 固N能力强 (共生固N菌) – 腐生菌 自生固N菌 (包括蓝绿藻) 含氮氧化物 (NO3- NO2- NO NH4+等) – 溶解在雨滴中、随降水进入土壤
3
• 灌溉水 硝态N（NO -N） “肥水” • N肥、有机肥
二、土壤磷的有效性 土壤中植物可以吸收的磷:溶于水的HPO42-、 H2PO4- 、 PO43-
三、土壤磷的固定（磷的无效化） 易溶性或速效态磷酸盐转化为难溶性迟效态和缓效态的过程，
通常称之为磷的固定。
1.化学沉淀固定机制 土壤溶液中或胶体上的阳离子与土壤溶液中的磷酸根离子发生 反应，生成磷酸盐的过程。
CaHPO4的膜状沉淀。也是一种配位体交换反应。 形成过程：Ca/P的提高，有效性降低，2~3年。 ③胶体表面磷酸离子及其并存的阳离子的同时吸附（中性土 壤）
Байду номын сангаас
磷酸根的有效性降低
3.闭蓄机制
当磷在土壤中固定为粉红磷铁矿后，若土壤局部的 pH 升高，可在粉红磷铁矿的表面形成一层无定形的氧化铁薄 膜，把原有的磷包被起来，这种机制叫闭蓄机制。 Fe(OH)3 pKs = 37~38 粉红磷铁矿：pKs = 33~35
– 重要来源 – 速效N
2. 土壤氮的损失
淋洗损失（leaching loss）
NH4+、NO3-易溶于水，带负电荷的胶体表面对NH4+为正吸 附而保持于土壤中；对NO3-为负吸附(排斥作用)，易被淋失。
反硝化作用 (denitrification)
又称生物脱氮作用。在缺氧条件下，NO3-在反硝化细菌作用 下还原为NO、N2O、N2的过程。 NO3-→NO2-→NO→N2O→N2 反硝化临界Eh约334mv，最适pH7.0～8.2，pH小于5.2～
土壤养分循环和生态系统效应
土壤养分循环和生态系统效应土壤是地球上最重要的自然资源之一，其作用不仅仅是为植物提供生长所需的营养，同时也是生物之间的重要交互平台。
然而，由于人类活动的干扰，土壤的生态系统功能也在不断受到破坏。
土壤养分循环是土壤生命力和农业生产的重要保障，同时也是生态系统平衡的关键因素。
本文将从土壤养分循环和生态系统效应两方面进行探讨。
一、土壤养分循环土壤养分循环是指土壤中各种营养元素在生态系统中不断循环利用的过程。
土壤养分循环主要包括有机物质分解、植物吸收、菌根共生、固氮作用等环节。
通过这些环节，生物将营养元素转化为各种有机化合物，并在生命过程中再次释放到土壤中，最终成为植物所需的营养物质。
其中，有机物质分解是土壤养分循环的第一步，也是最为重要的环节。
土壤中的有机物质经过微生物和其他生物的分解作用后，将释放出大量的养分，例如氮、磷、钾、镁、钙等元素。
这些养分能够与空气中的氧发生化学反应，形成氮氧化物、硫氧化物等二次污染物，对环境产生负面影响。
植物吸收是土壤养分循环的第二步，是将土壤中的养分吸收到植物体内，供其生长发育所需的营养元素。
植物根系能够吸收土壤中的养分，这些养分将在植物体内发生反应，合成草酸盐、蛋白质、氨基酸、核酸等有机化合物。
菌根共生是土壤养分循环的第三步，它是一种天然的共生关系，即植物根系与某些种类的真菌共生。
这种共生关系比单独植物吸收要高效得多，因为真菌可以帮助植物吸收土壤中难以吸收的养分。
此外，真菌还可以分泌能够分解有机物质的酶，促进堆肥的形成。
固氮作用也是土壤养分循环的重要环节之一，它是指将氮气转化为植物可利用的氨或氮酸盐的过程。
固氮作用主要由一些特殊的细菌或蓝藻来完成。
这些微生物能够将氮气转化为氨，再将氨氧化为氮酸盐，以供植物吸收使用。
二、生态系统效应土壤养分循环具有非常重要的生态系统效应。
首先，它有助于提高土壤质量，促进农业生产。
通过养分循环，土壤中的养分得到不断补充，能够提高土壤肥力，从而为植物的生长提供更为充足的营养。
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• 2.无机磷
在大部分土壤中，无机磷含量占有主导地位，占土壤全磷量的50-90% 。土壤无机磷化合物中几乎全部为正磷酸盐，除了少量的水溶态外， 绝大部分以吸附态和固体矿物态存在于土壤中。 根据其结合的主要阳离子性质不同，主要分为四类： 1). 磷酸铝类化合物Al-P： 包括磷铝石，也包括富铝矿物(如三水铝石 、水铝英石等)； 2). 磷酸铁类化合物Fe-P：如粉红磷铁矿及吸附于水合氧化铁等富铁矿 物表面的非闭蓄态磷； 3). 磷酸钙镁类化合物Ca-P：指各种酸溶性钙镁磷酸盐，如磷灰石类， 也包括磷酸二钙、磷酸八钙等； 4). 闭蓄态磷O-P：也称还原溶解磷，包括被水合氧化铁胶膜包被着的 各种磷酸盐。 土壤中难溶性无机磷大部分被铁、铝、钙元素束缚，一般来说，在酸 性土壤中，磷与Fe3+和Al3+形成难溶性化合物，在中性条件下与Ca2+和 Mg2+形成易溶解性化合物，在碱性条件下与Ca2+形成难溶性化合物。
② 表面上次生化学反应
在土壤CaCO3晶核的表面通过化学反应或吸附形成一层 CaHPO4的膜状沉淀。 ③ 阳离子吸附机制（中性土壤）
（3）闭蓄机制
当磷在土壤中固定为粉红磷铁矿后，若土壤局部的pH升高，可 粉红磷铁矿的表面形成一层无定形的氧化铁薄膜，把原有的磷包被起
来，这种机制叫闭蓄机制。
Fe(OH)3 PKs = 37~38 粉红磷铁矿：PKs = 33~35
土壤磷的循环
（一）土壤中磷素的来源
磷是植物生长必须的营养元素之一，是农业生产中最重要的养分限 制因子。 1.在磷未被作为肥料应用于农业之前，土壤中可以被植物吸收利用的磷 基本上来源于地壳表层的分化释放，以及成土过程中磷在土壤表层的生 物富集。原生矿物含磷量为0.12%左右。 2.农业中磷肥的应用在很大程度上增加了土壤磷素肥力，为农业生产带 来了巨大的效益。 但随着磷肥的长期大量广泛地施用，在改变土壤中磷的含量、迁移 转化状况和土壤供磷能力的同时，增加了土壤磷素向水环境释放的风险， 许多有毒有害的重金属元素也随磷肥的施用进入土壤和水体。因此了解 林素循环转化状况，对评估磷素对水体、土壤生态环境以及对农产品质 量的影响十分重要。
① 难溶性磷酸盐 如氟磷灰石、羟基磷灰石等存在于石灰性土壤中；粉红磷 铁矿和磷铝石在酸性土壤中较多。 ② 易溶性磷酸盐 包括水溶性和弱酸溶性两种。
易溶磷酸盐，一方面来自与化肥，另一方面来自于难溶磷
酸盐的溶解。
（四）土壤磷的转化
1．土壤磷的有效化过程
有机态磷和难溶性磷酸盐在一定条件下，转化为植物 可以吸收利用的水溶性的磷酸盐或弱酸溶性的磷酸盐的过 程是其有效性提高的过程，通常称之为磷的释放。
③ 有机胶体或无机胶体对磷酸根的吸附作用，上层较强。
④ 耕作制度和施肥的影响；
（三）土壤中磷的存在形态
土壤磷素可分为两大类：有机态磷和机 态磷。 有机态磷的含量占全磷的10~20%左右。
1．有机磷化合物
主要是植素（肌醇六磷酸）或植酸类，核
蛋白或核酸以及磷类分为：
一般来说，根据磷酸盐的溶解性，可分为：
1) 难溶性磷酸盐 如氟磷灰石、羟基磷灰石等存在于石灰性土壤中；粉红磷 铁矿和磷铝石在酸性土壤中较多。 2) 易溶性磷酸盐 包括水溶性和弱酸溶性两种。
易溶磷酸盐，一方面来自与化肥，另一方面来自于难溶磷
酸盐的溶解。
• 磷是作物生长必须的营养元素之一，
（二）土壤磷的含量及影响因素 1．土壤磷的含量
② 有机物分解产生的有机酸和其它螯合剂的作用，将部分固定 态磷释放为可溶态。
③ 腐殖质可在铁、铝氧化物等胶体表面形成保护膜，减少对磷 酸根的吸附。 ④ 有机质分解产生的CO2,溶于水形成H2CO3,增加钙、镁、磷酸 盐的溶解度。
（3） 土壤淹水
①淹水使酸性土壤pH上升促使铁、铝形成氢氧化物沉淀，减 少了它们对磷的固定；碱性土壤pH有所下降，能增加磷酸钙的溶 解度；反之，若淹水土壤落干，则导致土壤磷的有效性下降。 ②土壤氧化还原电位(Eh)下降，高价铁还原成低价铁，磷酸低 铁的溶解度较高，增加了磷的有效度。 ③包被于磷酸表面铁质胶膜还原，提高了闭蓄态磷的有效度。
（三）土壤中磷的存在形态
土壤磷素可分为两大类：有机态磷和机 态磷。
• 1.有机磷
土壤有机磷的变幅很大，可以占表土的20-80%。目前已知的有机磷化 合物主要包括一下三种： 1) 植素类：植素及植酸盐，是由植酸与钙、镁、铁、铝等离子结合而 成。普遍存在于植物中，植物种子中特别丰富，一般占有机磷总量的 20-50%； 2) 核酸类：是一类含磷、氮的复杂有机化合物。土壤中的核酸与动植 物和微生物中的核酸组成和性质基本类似。多数人认为土壤核酸直接 由动植物残体，特别是微生物中的核蛋白分解而来，约占土壤有机磷 比例的1-10%； 3) 磷脂类：是一类醇、醚溶性的有机磷化合物，普遍存在于动植物及 微生物组织中。在土壤中的含量不搞，约占有机磷总量的1%。磷脂 容易分解，可产生甘油、脂肪酸和磷酸。
一般来说，土壤的磷素含量都在 0.2% 以下，红壤、黄壤含磷只有
0.04%。我国土壤全磷的含量在0.02%～0.11%之间。从总体来说，自北 而南，土壤磷的含量是逐渐降低的 。
2．影响土壤磷含量的因素
（1）母质中矿物成分的不同； 如，由石灰性风化体形成的红壤含磷量比由其它风化物形成的 红壤含磷量多得多。 （2）土壤质地的差别 土壤细粒部分所含的磷主要是次生的磷化合物。 （3）P在土壤剖面上的分布 从上到下，磷的含量逐渐降低。原因 ① ② 磷的迁移率很低； 植物根系的富积；
2．土壤磷的无效化过程
易溶性或速效态磷酸盐转化为难溶性迟效态和缓效态的过程，通常称
之为磷的固定。土壤中磷的固定是非常普遍的。
（1）化学沉淀机制
（2）表面反应机制
该固磷作用发生在土壤固相的表面。具体可分为： ① 表面交换反应（pH 5.5~6.5） 通过土壤固相表面的OH-和溶液中的磷根交换，
只有那些不溶性磷化合物和保持在粘粒或有机质中的固
持态磷才称为固定态的磷，这部分磷占土壤全磷的95%以
上，又称为非活性磷。 土壤中可被植物吸收的磷组分称为土壤的有效磷
2、提高土壤磷有效性的途径。
（1） 土壤酸碱度
pH6.5-6.8可减少磷的固定作用，提高土壤磷的有效性。
（2） 土壤有机质
① 有机阴离子与磷酸根竞争固相表面专性吸附点位，从而减少 了土壤对磷的吸附。
胶膜有铁铝质的、钙质的。
（4）生物固定
有机质 C/P 比为 200∶1~300∶1 ，当微生物的 C/P 比小于土壤 有机质时，就可产生生物固定。当土壤中的磷太少时，对磷素、微生 物和作物就会发生竞争。 特点：① 表聚性；② 暂时无效；③ 把无机磷 → 有机磷。
（五）土壤磷的调节
1、活性磷和磷的固定