第十章 土壤养分循环

0.2%~0.1%之间者为“中”；0.1%~0.05%者为
“低”，< 0.05%者为“极低”。一般把作物在
不施氮区的全年生长期所吸收的氮量为土壤供氮
能力的良好指标。
二、土壤中氮的形态和转化
（一）土壤中氮的形态
1、无机氮

硝态氮和铵态氮之和称为无机氮，一般只
占土壤全氮量的l～2％，而且还处于经常变

铵的吸附：铵离子被土壤胶体吸附为交换性铵的作
用。

铵的解吸：土壤胶体吸附的交换性铵被转移到溶液 中的作用。

铵的固定与释放，吸附与解吸之间存在着下述平衡：
固定态铵
交换性铵
液相铵
影响铵固定与释放的因素

土壤对铵的固定量比较高，一般表土中铵的固
定量可达全氮量的11～12％。

影响铵固定量的因素：
粘土矿物类型：2∶1型粘土矿物固定铵的能
有机肥带入的微生物 ④
生理酸性肥料 ⑤ 菌根菌 ③
Ca-P
土壤 难溶磷
解磷菌
② 活 化
Al-P
Fe-P
可 溶 性 磷
CO2
50-80%
酸化 螯合
分泌物 根
①
土壤难溶性无机磷释放的途径
土壤供磷能力
土壤供磷能力是合理施用磷肥的重要依据
评价土壤磷肥力的指标，全磷，迟效，有效磷，
代表性差。用能量的指标来表示。

土壤水分：干湿交替会促进钾的固定，干旱则
固定的钾增多

pH值：中性和石灰性土壤比酸性土壤固定的钾
要多

NH4+的多少： NH4+与K+离子竞争结合位置
2 缓效钾和矿物钾的释放
影响含钾矿物风化的因素

矿物的晶格构造
长石类的含钾矿物为架状构造，钾处于
晶格内部，难于风化
云母类的含钾矿物为层状构造，抗风化
水解性有机氮

指用酸、碱或酶处理后，能水解为较简单
的易溶性含氮化合物的氮，总量约占土壤 全氮量的50～70％，主要包括以下三类：
蛋白质类（占全氮量的40－50％） 核蛋白类（占全氮量的10％左右） 氨基糖类（占全氮量的5－10％）
非水解性有机氮
对当季作物氮营养意义不大，其含量约占土壤
动之中。

土壤中无机氮易为作物吸收，也易于从土
壤中损失。
2、有机氮

有机氮是土壤中氮的主要形态，一般
占土壤全氮量的98％以上。
2、有机氮
土壤中有机氮按其溶解性和水解的难易程 度可分为： 水溶性有机氮 水解性有机氮 非水解性有机氮

水溶性有机氮

主要有结构简单的游离氨基酸、胺盐及酰胺类
化合物。水溶性有机氮含量一般不超过土壤全 氮量的5％。 分子量小的可被作物直接吸收利用。 分子量略大的容易水解，迅速释放出铵离子， 成为作物的速效氮源。
些水稻土和东北的黑土中可高达65%左右。
土壤中有机磷的种类主要有：磷酸肌醇类，
磷脂类和核酸及其衍生物类。
２、无机磷
土壤中无机磷 的含量一般约 占全磷含量的 50－90%。冲 积、沉积母质 的土壤 >花岗 岩、砂页岩和 第四纪粘土母 质的土壤。
有机
无机
（二）土壤中磷的转化
土壤中磷的转化，包括有机磷的分解和无机磷
液相、活性和非活性
等温吸附
A值
第三节 土壤中的钾
一、土壤中钾的和含量形态
(K) 1～3%
土 壤 中 钾 的 含 量
土 壤 钾 主 要 来 源 于 矿 物 风 化
土壤中钾的形态

矿物态钾：又称难溶性钾，指含钾原生矿物，
如长石、云母中钾

缓效态钾：也叫非交换性钾，包括层状粘土矿 物所固定的钾和水云母及黑云母中的钾
用形成一系列的Fe-P（粉红磷铁矿），Al-P
（三水铝石），无定型铁铝等化合物，使磷的 有效性降低。
吸附固定
非专性吸附：通过静电引力吸附磷酸根离子，
这个过程可逆。专性吸附，单键吸附，双键吸 附，最后形成晶体，有效性很低。 非专性吸附 OH
专性吸附
n n
H
n
H+ H2PO4 O H
Fe-OH H PO 2 4 Fe-OH
的能力弱，易于风化
影响含钾矿物风化的因素

环境中的化学成分
高温、多于易于风化
酸性条件易于风化
云母风化中钾释放与固定
钾含量10% 6～8% 4～6% <2%
比表面积，交换量及水化度增加→
§2 土壤中的微量元素
影响沉淀和溶解的因素主要有： pH、Eh、有机质含量
一、土壤中的铁
含量：土壤中的铁的含量可达3.8%，
土壤有机质含量：一般有机质高的土壤，其
全磷和有机磷的含量高。
耕作施肥影响：磷肥在土壤中的迁移率低，
淋失量小，施肥可提高土壤含磷量。
二、土壤中磷的形态和转化
（一）土壤中磷的形态
1、有机磷
土壤中的有机磷来源于动、植物和微生物残
体，因此其含量与土壤有机质含量有密切关 系。
有机磷一般约占土壤全磷量的10～50%，某
%
2、土壤中无机氮的生物固定
无机氮被土壤微生物同化后，构成其躯体而暂
时保留在土壤中。
只要土壤中能量物质充足，无机氮的生物固
定作用就会发生，其固定量可占施入氮肥量 的14～40％。
在生产中，要防止在作物生育期间，大量施
用未腐熟的有机肥料。
影响矿化与固定的因素

土壤中能量物质少时，出现净矿化作用；能

交换性钾：是土壤胶体吸附的钾离子 水溶性钾：水溶液中的钾离子
各种形态的钾所占比例
二、土壤中钾的转化
1 水溶性钾和交换性钾的固定
P-位
e-位
i-位
K
Si -O四面体
1.0 nm
Al-O八面体
Si -O四面体
钾的晶格固定
影响钾固定的因素

粘土矿物种类：2:1型的蛭石>伊利石>蒙脱石，
1:1型的高岭石几乎不固定钾
全氮的30～50％，主要包括：
多醌物质与铵缩合而成的杂环状含氮化合
物
糖类物质与铵的缩合物 蛋白质或铁与木质素缩合成的复杂环状结
构物质
（二）土壤中氮的转化
概

述
土壤中氮的转化包括：

有机氮的矿化和无机氮的生物固定


铵态氮的固定与释放
各个转化过程相互联系和相互制约

转化的方向与速率控制着土壤的供氮能力
大部分铁存在于矿物中，土壤中可 溶性铁含量不高，0.005M DTPA浸 提的有效Fe临界浓度为4.5mg/kg。
形态：铁的形态复杂，主要有矿物
态、易还原态、交换态、水溶态， 后三者为有效态铁。
二、土壤中的硼

含量：全硼含量从痕迹到500mg/kg ，平 均64mg/kg 。一般沉积物发育的土壤高 于火成岩发育的土壤，旱地土壤高于湿 润土壤，盐土高于普通土壤。
0-8
8-15
0-12 12-35 >35 0.12 12-35 >35
低 0-0.15 0-0.30 0-0.45 0-0.30 0-0.45 0-0.60
三、土壤中的锰
含量：土壤中锰的含量很高，我国
土壤含锰的范围为42－3000 mg/kg， 平均含量为710 mg/kg。 土壤缺锰的临界值为10mg/kg。 形态：水溶性锰、交换性锰和易还 原性锰。水溶性锰和交换性锰都是 以Mn2+ 形态存在。上述三部分锰的 总和称为活性锰或有效锰
的生物固定、有效磷的固定和难溶性磷的释放。
土壤中磷转化的方向与速率，控制着土壤的供
磷能力，也是经济有效施用磷肥的理论依据。
⒈有机磷的矿化和无机磷的生物固定
有机磷的矿化
有机磷的矿化：土壤中有机磷在微生物和磷
酸酶等生物共同作用下转化为无机磷。
矿化速率决定于土壤温度、湿度、通气性、
pH值等。
矿化，增加土壤中的有效氮量。

当P＜1时为负激发，说明出现净固定，施入
土壤中的无机氮的有效性降低。
3、铵的固定与释放、吸附与解吸

铵的固定：矿化的铵和施入的铵被土壤中2∶1
型粘土矿物晶格固定成为固定态铵的作用。

铵的释放：固定态铵在生物、物理和化学等因
素影响下被释放的过程。
3、铵的固定与释放、吸附与解吸
三、土壤中的锰
土壤活性锰含量的分级指标
土壤活性锰含量(mg/kg) <50 50-100 100-200 200-300 > 300 供锰水平 很低 低 中等 丰富 很丰富
出现缺锰和锰毒害的主要土壤类型
缺
土壤类型
锰
土壤类型
锰毒害
占世界土壤面积的
占世界土壤面积的
百分数 （ %）
黑钙土 潜育土 栗钙土 3.0 4.7 6.8 17.7 2.0 Nitrosol 强淋溶土 铁铝土
全磷含量虽然受人为因素的影响变幅很大，
但由于土壤磷的迁移率小，因而仍表现出 明显的地带性分布规律 。
（二）影响土壤磷含量的因素
成土母质的矿物组成：原生岩发育的土壤，
玄武岩＞花岗岩；沉积岩发育的土壤，石灰 性沉积物＞酸性沉积物。
土壤的物理性状：即细粒(包括粘粒)的含磷
量高于粗粒部分。
（二） 影响土壤磷含量的因素
（二）土壤中氮的含量

土壤氮的总量既决定于氮的来源，又决
定于氮的损失，而两者的关键则是有机
质的合成与ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ解速率。
（二）土壤中氮的含量

土壤含氮量由东向西，依黑土→栗钙土→灰
钙土的顺序依次降低；由北向南，则依暗棕
壤→棕壤→黄棕壤的次序明显降低。
一 般 把 土 壤 含 氮 量 > 0.2% 者 为 “ 高 ” ；
定作用有明显影响。
ª Ê à ® µ · ¹ Ë
生物固氮
N
NH4+
NH3
N2¡ NOx? ¢
NO3 N NO
第二节土壤中的磷循环
一、土壤中磷的来源与含量
（一）土壤中磷的来源与含量
我国耕地土壤中的全磷量（P2O5 ）一般在
0.01－0.43%，多数土壤的含磷量在0.04－ 0.25%之间，很少超过0.5%。
形态：矿物态、吸附态、有机态和水溶 性硼。水溶性硼作物可直接吸收利用， 是有效硼。临界值为0.5 mg/kg， < 0.25 mg/kg 严重缺硼。

土壤热水浸提硼的分级
有机质 粘粒 % % （） （） 硼含量分级 mg/kg （ ） 中 高 0.16-0.30 >0.30 0.31-0.45 >0.45 0.46-0.60 >0.60 0.31-0.45 >0.45 0.46-0.60 >0.60 0.61-0.75 >0.75
Fe-H2PO4 Fe－OH
-
n
闭蓄态固定
磷酸盐被溶度积很小的无定形铁、铝、钙等
胶膜所包蔽的现象。这种被包蔽的磷称闭蓄 态磷(O－P)。
在我国南方水稻土中，闭蓄态磷约占土壤中
无机磷总量的40－70%，在旱作情况下作物难 于利用，但在淹水的还原条件下，其中的磷 仍有可能释放出来供作物吸收利用。
无机磷的生物固定
无机磷的生物固定：土壤中无机磷转化为微
生物体中有机磷的作用。
当土壤中有机磷含量不足时，就会出现微生
物与作物竞争磷的现象。
在有机磷矿化的过程中也能发生。
⒉有效磷的固定与难溶性磷的释放
化学固定
石灰性和中性土壤中，Ca-P固定。
在酸性土壤中，磷酸根离子与可溶性的铁铝作
来源于降水、生物固氮和所施用的氮 肥。
大气中的N2
尿素及动 植物遗体 土壤中的微生物
NO3-
NO3-
氮素化肥
NH3
（二）土壤中氮的含量

土壤中氮的含量变化很大，我国耕地土壤含
氮量为0.04～0.35％，多数土壤在0.05～0.1％
之间。

土壤含氮量与植被、气候、地形、土壤类型、
耕作方式和施肥等措施密切相关。
量物质多时，产生净固定作用。

能量、氮源、温度、湿度、pH值等，影响这 两个作用的相对强度。
激发效应

施入无机氮可促进土壤有机氮的矿化，这种作
用称为激发效应。激发效应的量度，用土壤氮
的激发率（P）来表示，计算方法如下：
施氮肥区植株总氮量－植株吸收肥料氮量 P= 无氮区植株总氮量
激发效应

当P＞1时为正激发，说明氮肥施入后出现净
第十章 土壤养分循环
第一节 土壤氮素循环
概

述
土壤供氮状况是土壤肥力的一项重
要指标

土壤中氮的转化是有效施用氮肥的
理论基础
一、土壤中氮的来源与含量
（一）土壤中氮的来源

地 球 上 约 有 1.97×1023 吨 的 氮 ， 其 中
99.78％存在于有机物内和大气中。

成土矿物中不含氮。土壤中的氮主要
1、有机氮的矿化

土壤中有机氮分解为氨的作用称为矿化, 矿化作 用分为解蛋白和氨化两步进行：
解蛋白:
氨化：
RCHNH2COOH+H2O →RCH2OH+CO2+NH3
影响有机氮的矿化的因素
氨化作用是相当普遍的，无论是好气和嫌气
条件下都能进行，以下条件氨化作用最为旺 盛：
土壤温度为20～30 0C 土壤湿度为田间持水量的60 pH为中性 C/N比值等于或小于25∶1
力依次为蛭石＞豪脱石＞伊利石。 1∶1型
的高岭石几乎不固定铵。
干湿交替能促进铵的固定作用。
影响铵固定量的因素
土壤胶体表面吸附的交换性阳离子数量和
种类、铵离子的浓度和数量。

Fe3+、Al3+、H+、Ca2+、Mg2+等阳离子的交
换能力大于NH4+离子。

K+的交换能力小于NH4+ 离子，但对铵的固