第五章--化肥施用对土壤环境的影响
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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Fe3+、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。
▪ 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。
▪ 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。
▪ 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。
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
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。
.
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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：
.
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
.
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。
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
(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
使用结 构变化
单一施N肥 N、P肥配合施 N、P、K肥配合施
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％。 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。 .
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
.
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。
.
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
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。
.
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
.
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)
.
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。
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％）
含
氮
非水解性有机氮（30％～50％）
化
物
的
形
态 无机氮：NH4+-N、NO3--N
.
▪ 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。
▪ 途径2：阴离子代换固定 ▪ 途径3：生物固定
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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。
▪ 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。
▪ 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。
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▪ 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。
第二步硝化：
2HNO2 +O2
硝化微生物
2HNO3 +能量
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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
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。
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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
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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
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1、有机磷的转化
途径一：
.
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
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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
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▪ 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。
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
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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
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§5.1 肥料的使用概况
▪ 一、肥料的种类
有机肥料
化学肥料
(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
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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
使用结 构变化
单一施N肥 N、P肥配合施 N、P、K肥配合施
使用方法：撒施 底施、深
施、与有机肥配施等
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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％。 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。 .
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
.
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。
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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
氧化 RCHNH2COOH+O2
RCOOH+NH3+CO2+能量
还原 RCHNH2COOH+H2
RCH2COOH+NH3+能量
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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。
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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
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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)
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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
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▪ 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。
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％）
含
氮
非水解性有机氮（30％～50％）
化
物
的
形
态 无机氮：NH4+-N、NO3--N