1、第第1010章章 土壤养分土壤养分 一一 土壤养分概述土壤养分概述 二二 土壤中的大量元素土壤中的大量元素macroelementsmacroelements 三三 土壤中的微量元素土壤中的微量元素microelementsmicroelements一一 土壤养分概述土壤养分概述（一）、植物营养元素（一）、植物营养元素（二）、土壤养分来源（二）、土壤养分来源（三）、土壤养分消耗途径（三）、土壤养分消耗途径（一）、植物营养元素（一）、植物营养元素 土壤养分是指那些主要依靠土壤供给的植土壤养分是指那些主要依靠土壤供给的植物生长所必须的营养元素。物生长所必须的营养元素。国内外公认的高等植物所必需的营
2、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。MnBFeSNCOHCaKPCuClZnMgMo 根据植物需要量大小，土壤养分元素可分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。为大量元素，中量元素和微量元素。大量元素大量元素：N N，P P，K K 中量元素中量元素：CaCa，MgMg，S S 微量元素微量元素（痕量元素）：（痕量元素）：FeFe，MnMn，CuCu，ZnZn，B B，ClCl，MoMo 有人提出，有人提出，Si,Ni,NaSi,Ni,Na也是植物必须营养也是植物必须营养元素，其中元素，其中S
3、iSi属大量元素，属大量元素，Ni,NaNi,Na属微量属微量元素。元素。目前认为植物必需营养元素有目前认为植物必需营养元素有16种种（大量元素（大量元素9种，微量元素种，微量元素7种）：种）：大量营养元素大量营养元素 主要吸收形态主要吸收形态 主要来源主要来源 在干物质中的含量（）在干物质中的含量（）C CO2 大气大气 45 H H2O 土壤水土壤水 45 O CO2 O2 大气和土壤空气大气和土壤空气 6 N NH4+NO3-土壤土壤 1.5 P H2PO4-HPO42-土壤土壤 0.2 K K+土壤土壤 1.0 S SO42+土壤土壤 0.1 Ca Ca2+土壤土壤 0.5 Mg Mg
4、2 土壤土壤 0.2微量营养元素微量营养元素微量元素微量元素 吸收形态吸收形态主要来源主要来源含量含量 Cl Cl-土壤0.01 Fe Fe3 Fe2 土壤0.01 Mn Mn2+土壤0.005 B BO33-B4O72-土壤0.002 Zn Zn2+土壤0.002 Cu Cu+Cu2+土壤0.0006 Mo MoO42-土壤0.00001（二）、土壤养分的来源（二）、土壤养分的来源土壤矿物质风化土壤矿物质风化土壤有机质分解土壤有机质分解大气降水（降尘）和地下水（矿质养分）大气降水（降尘）和地下水（矿质养分）生物固生物固N biological N-fixationN biological N
5、-fixation对耕作土而言，养分还来源于人工施肥、对耕作土而言，养分还来源于人工施肥、灌溉和农药残留。灌溉和农药残留。大气沉降大气沉降施肥、灌溉施肥、灌溉凋落物归凋落物归还还（三）、土壤养分的消耗途径（三）、土壤养分的消耗途径植物吸收植物吸收雨水淋失雨水淋失森林凋落物采收森林凋落物采收气态逸出损失气态逸出损失二二 土壤中的大量土壤中的大量 土壤中的氮土壤中的氮nitrogennitrogen 土壤中的磷土壤中的磷phosphorusphosphorus 土壤中的钾土壤中的钾PotassiumPotassium 土壤中的氮土壤中的氮nitrogennitrogen（一）氮在土壤和植物中的含量
6、（一）氮在土壤和植物中的含量（二）土壤中氮素的来源（二）土壤中氮素的来源（三）氮的生理作用（三）氮的生理作用（四）土壤中氮的形态（四）土壤中氮的形态（五）土壤氮素的转化（五）土壤氮素的转化（六）氮的循环（六）氮的循环（一）氮在土壤和植物中的含量（一）氮在土壤和植物中的含量 1 1 氮在土壤中的含量氮在土壤中的含量我国土壤含氮量（全氮）一般在我国土壤含氮量（全氮）一般在0.4-3.80.4-3.8g/kgg/kg之间，不同土壤全氮含量有很大差异。土壤有之间，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。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氮
7、素肥料施用过多往往造成江河湖泊水体的富营养化营养化(eutrophicationeutrophication)和地下水硝态氮和地下水硝态氮（NONO3 3-N-N）累积从而造成污染。）累积从而造成污染。一般把土壤含氮量一般把土壤含氮量 0.2%者为者为“高高”；0.2%0.1%之间者为之间者为“中中”；0.1%0.05%者为者为“低低”，100ppm 100ppm 高高50-100ppm 50-100ppm 中等中等50ppm 50ppm 低低（五）土壤氮素的转化（五）土壤氮素的转化 1 1 有机态氮的矿化过程有机态氮的矿化过程 2 2 硝化过程硝化过程 3 3 生物脱氮过程生物脱氮过程 4
8、4 化学脱氮过程化学脱氮过程 5 5 铵态氮的晶穴固定铵态氮的晶穴固定 6 6 氮的生物同化作用氮的生物同化作用1 1 有机态氮的矿化过程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各种有机态氮经微生物分解作用转化为无机态氮。机态氮。mineralization2 2 硝化过程硝化过程 矿化过程中产生的氨矿化过程中产生的氨(甚至第一阶段氨基甚至第一阶段氨基化过程产生的某些胺，酰胺化过程产生的某些胺，酰胺)，在微生物，在微生物作用下转化成硝酸态氮化合物。作用下转化成硝酸态氮化合物。3 3 生物脱氮过程生物脱氮过程(反硝化作用反硝化作用)：在嫌气条件下，由多种微生物对硝态氮所产在嫌气条
9、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。生的一系列生化还原过程。2223NONNONONO4 4 化学脱氮过程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。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）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。时的双分解作用。NHNH4 4NONO2 2 2H 2H2 2O+NO+N2 2+718+718千卡千卡 5 5 铵态氮的晶穴固定铵态氮的晶穴固定 NHNH4 4+直径与直径与2 2：1 1型粘土矿物晶架表面孔穴的型粘土矿物晶架表面孔穴的大小相近，可能陷入晶穴
10、内而变成固定态大小相近，可能陷入晶穴内而变成固定态铵。铵。6 6 氮的生物同化氮的生物同化 由矿质化过程所生成的铵态氮，硝态氮和由矿质化过程所生成的铵态氮，硝态氮和某些简单氨基态氮（某些简单氨基态氮（-NH-NH2 2），通过微生物和），通过微生物和植物的吸收同化，转化成有机态氮。植物的吸收同化，转化成有机态氮。（六）氮的循环（六）氮的循环土壤氮素的调控：C/N比 施肥 激发效应：1.施用新鲜的有机物质激发土壤原来有机质的分解；（注意与无机肥的配合施用）2.施用矿质氮肥促进原来土壤有机氮的分解和释放；土壤中的磷土壤中的磷(phosphorus)(phosphorus)（一）土壤中磷的含量（一）
11、土壤中磷的含量（二）磷素的生理作用（二）磷素的生理作用（三）土壤中磷的形态（三）土壤中磷的形态（四）土壤中各类磷化合物的有效性（四）土壤中各类磷化合物的有效性（五）（五）影响土壤磷有效性的因素影响土壤磷有效性的因素（一）土壤中磷的含量（一）土壤中磷的含量 我国土壤全我国土壤全P P（P P2 2O O5 5）约在）约在0.3-30.3-3g/kgg/kg之间，之间，变幅很大。变幅很大。就全国主要土类而言，大体上有就全国主要土类而言，大体上有从南向北从南向北逐渐增加的趋势。从逐渐增加的趋势。从东到西东到西也有增加的趋也有增加的趋势。势。一般当土壤全一般当土壤全P P低于低于0.08-0.1%0.
12、08-0.1%时，土壤时，土壤常出现供常出现供P P不足，施磷肥有增产效果。不足，施磷肥有增产效果。土壤有效磷以土壤有效磷以P P素含量为标准素含量为标准 P P2.292.29=P=P2 2O O5 5，P P2 2O O5 50.440.44=P=P土壤供磷状况以土壤有效磷含量表示：土壤供磷状况以土壤有效磷含量表示：中性或石灰性土壤：中性或石灰性土壤：P10mg/kgP10mg/kg，有效磷不足，有效磷不足 酸性土壤：酸性土壤：P15mg/kgP15mg/kg，有效磷不足，有效磷不足我国土壤有效磷素含量分布图我国土壤有效磷素含量分布图Available P content(Bray II)
13、Pink 30 mg/kg (moderately deficient)Red:20 mg/kg(deficient)Dark red:10 mg/kg(severely deficient)（二）磷素的生理作用（二）磷素的生理作用 磷是植物磷是植物细胞核细胞核的重要组成成分，主要集的重要组成成分，主要集中在植物的中在植物的种子种子中。中。磷对提高植物抗病性，抗寒性及抗旱能力磷对提高植物抗病性，抗寒性及抗旱能力有良好作用。有良好作用。磷还能促进根系发育。磷还能促进根系发育。（三）土壤中磷的形态（三）土壤中磷的形态 土壤无机磷土壤无机磷 50509090 土壤有机磷土壤有机磷 10105050
14、水溶性水溶性P P铁铝结合态铁铝结合态P P闭蓄态闭蓄态P P钙的磷酸盐钙的磷酸盐含含P P矿物矿物土壤磷土壤磷1 1 有机磷有机磷 organic phosphorusorganic phosphorus 主要有核蛋白，植素，核酸和磷脂等。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。土壤中有机磷含量一般低于无机磷。土壤中有机磷，大多要经微生物作用，使土壤中有机磷，大多要经微生物作用，使之转化为无机态有效磷，才能被植物吸收之转化为无机态有效磷，才能被植物吸收利用。利用。2 2 无机态磷无机态磷 inorganic phosphorusinorganic phosphoru
15、s 1 1）磷酸钙，镁类化合物（即钙磷、镁磷）磷酸钙，镁类化合物（即钙磷、镁磷）2 2）磷酸铁和磷酸铝类化合物（即铁磷、铝）磷酸铁和磷酸铝类化合物（即铁磷、铝磷）磷）3 3）闭蓄态磷）闭蓄态磷闭蓄态磷闭蓄态磷 由由氧化铁或氢氧化铁胶膜氧化铁或氢氧化铁胶膜包被着的磷酸盐包被着的磷酸盐（以铁盐为主，也有少量铝盐和钙盐），（以铁盐为主，也有少量铝盐和钙盐），称闭蓄态磷。称闭蓄态磷。闭蓄态磷占无机磷的比例很大，尤其在强闭蓄态磷占无机磷的比例很大，尤其在强酸性土壤中，酸性土壤中，往往超过往往超过50%50%，砖红壤中甚至，砖红壤中甚至可高达可高达90%90%。闭蓄态磷一般对植物无效。闭蓄态磷一般对植物无
16、效。（四）磷的有效性（四）磷的有效性 1 1 速效磷速效磷 2 2 迟效磷迟效磷 3 3 极迟效磷极迟效磷1 1 速效磷速效磷 指植物根系能吸收的指植物根系能吸收的H H2 2POPO4 4-，HPOHPO4 42-2-，POPO4 43-3-等阴离子，含量很低，一般只有几等阴离子，含量很低，一般只有几个个几十几十个个ppmppm。速效磷含量可作为土壤供磷指标：速效磷含量可作为土壤供磷指标：5mg/kg 20mg/kg 20mg/kg 极高极高2 2 迟效磷迟效磷 指溶解度低，植物根系不能直接吸收，但指溶解度低，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经过一段时间后，较易转
17、化为磷酸根离子的磷化合物。的磷化合物。包括包括磷酸八钙磷酸八钙CaCa8 8H H2 2（POPO4 4）6 6，新近形成的新近形成的FeFe，AlAl，MnMn等的磷酸盐等的磷酸盐及及正在矿质化的有机磷正在矿质化的有机磷化合物化合物。占全磷的占全磷的10-20%10-20%。3 3 极迟效磷极迟效磷 一般植物很难吸收利用的化合物，包括一般植物很难吸收利用的化合物，包括磷磷灰石，老化的灰石，老化的FeFe，AlAl，MnMn的磷酸盐及稳定的磷酸盐及稳定的有机化合物的有机化合物。约占全磷的约占全磷的80-90%80-90%。上述上述3 3种磷维持着如下的动平衡种磷维持着如下的动平衡关系：关系：速
18、效磷速效磷 迟效磷迟效磷 极迟效磷极迟效磷土壤中磷的转化土壤中磷的转化 施肥施肥 有机态磷有机态磷(影响矿化率的因素影响矿化率的因素)H2PO4 无定形磷酸盐无定形磷酸盐 结晶态磷酸盐结晶态磷酸盐HPO42 闭蓄态磷闭蓄态磷(有效性降低有效性降低)吸附态磷吸附态磷矿物矿化矿物矿化Eh交替变化交替变化老化老化生物生物 矿化矿化固定固定 作用作用化学沉淀化学沉淀释放作用释放作用解吸解吸 吸持吸持 作用作用 固定固定施肥施肥 矿物矿物 难容性难容性 (有机、无机有机、无机)矿化矿化 磷释放磷释放 植物吸收植物吸收 生物固定生物固定 化学沉淀化学沉淀 闭蓄态固定闭蓄态固定 淋失淋失 吸附固定吸附固定
19、我国磷肥的利用率平均为我国磷肥的利用率平均为1025 土壤有效磷土壤有效磷（五）（五）影响土壤磷有效性的因素影响土壤磷有效性的因素 1)pH1)pH 2)2)土壤有机质数量及分解状况土壤有机质数量及分解状况 3)3)土壤中土壤中FeFe3+3+，AlAl3+3+，MnMn2+2+等离子的数量等离子的数量 4)4)微生物活动微生物活动 5 5）土壤温度和湿度）土壤温度和湿度1)pH1)pH 可能是影响磷的固定的最重要因素，可能是影响磷的固定的最重要因素，pHpH值值为为6.5-7.56.5-7.5，磷的有效性最高。，磷的有效性最高。2)2)土壤有机质数量及分解状况土壤有机质数量及分解状况 有机质
20、能增加有机质能增加P P的有效性的有效性。有机质分解的某些中间产物能与有机质分解的某些中间产物能与AlAl3+3+，FeFe3+3+，MnMn2+2+，CaCa2+2+等形成螯合物，从而减少磷的化学固等形成螯合物，从而减少磷的化学固定；定；有机质分解产生的有机酸，可增加石灰性土壤有机质分解产生的有机酸，可增加石灰性土壤中固定态中固定态P P的有效性。的有效性。3)3)土壤中土壤中FeFe3+3+，AlAl3+3+，MnMn2+2+等离等离子的数量子的数量 这些离子数量多，这些离子数量多，P P被固定的机率大，有效被固定的机率大，有效性则要降低。性则要降低。4)4)微生物活动微生物活动 微生物可
21、促进有机态微生物可促进有机态P P的矿化和分解，从而的矿化和分解，从而促进促进P P的有效性的有效性5 5）土壤温度和湿度）土壤温度和湿度 温度高，湿度大，有机磷的矿化速度快。温度高，湿度大，有机磷的矿化速度快。磷肥的利用率磷肥的利用率磷肥当季利用率磷肥当季利用率10-30%10-30%，但有后效。累积叠加，但有后效。累积叠加利用率可达利用率可达86%86%。利用率低的原因：利用率低的原因：水溶性磷的固定、磷在土壤中移动性小水溶性磷的固定、磷在土壤中移动性小。提高土壤磷素有效性的途径提高土壤磷素有效性的途径1.1.调节土壤调节土壤pHpH2.2.增加有机质增加有机质有机胶体的被覆作用有机胶体的
22、被覆作用有机胶体络合作用有机胶体络合作用有机酸的溶解作用有机酸的溶解作用有机阴离子与磷酸根竞争专性吸附点有机阴离子与磷酸根竞争专性吸附点3.3.土壤淹水土壤淹水4.4.集中施肥集中施肥 土壤中的钾土壤中的钾（一）含量（一）含量（二）钾素的生理功能（二）钾素的生理功能（三）土壤中钾的形态（三）土壤中钾的形态（四）土壤中钾的转化（四）土壤中钾的转化（一）含量（一）含量 我国土壤全钾量（我国土壤全钾量（K K2 2O O）远高于）远高于N N，P P含量，而且变含量，而且变幅很大，少的只有万分之几，多的可达幅很大，少的只有万分之几，多的可达4-5%4-5%。红壤、砖红壤红壤、砖红壤等风化强烈，是含钾
23、量最低的土壤等风化强烈，是含钾量最低的土壤种类。种类。华南砖红壤地区土壤全钾最少，平均不足华南砖红壤地区土壤全钾最少，平均不足0.5%0.5%西北，华北，东北黄土母质地区的旱地土壤含钾西北，华北，东北黄土母质地区的旱地土壤含钾较多，平均为较多，平均为2-2.5%2-2.5%左右。左右。我国地域性分布规律：我国地域性分布规律：由北向南、由西向东由北向南、由西向东渐减渐减，东南地区东南地区土壤多缺钾。土壤多缺钾。（二）钾素的生理功能（二）钾素的生理功能 钾能加速植物对二氧化碳的同化过程，促钾能加速植物对二氧化碳的同化过程，促进碳水化合物的转移，促进蛋白质的合成进碳水化合物的转移，促进蛋白质的合成和
24、细胞的分裂和细胞的分裂 增强植物抗病力，减少植物蒸腾，提高抗增强植物抗病力，减少植物蒸腾，提高抗旱性。旱性。（三）土壤中钾的形态（三）土壤中钾的形态 1 1 无效态钾无效态钾 2 2 缓效钾缓效钾 3 3 速效钾速效钾1 1 无效态钾无效态钾 存在于难于风化的矿物中的钾，如白云母，存在于难于风化的矿物中的钾，如白云母，正长石，斜长石中的钾，约占土壤全钾量正长石，斜长石中的钾，约占土壤全钾量的的90%90%以上。以上。2 2 缓效钾缓效钾 被被2 2：1 1型层状粘土矿物所固定的钾以及水型层状粘土矿物所固定的钾以及水云母，黑云母中的钾。一般占全钾的云母，黑云母中的钾。一般占全钾的2-6%2-6%
25、。这部分钾植物不能直接吸收，但它易于转这部分钾植物不能直接吸收，但它易于转化为速效态钾，并与速效钾保持一定动平化为速效态钾，并与速效钾保持一定动平衡关系。衡关系。3 3 速效钾速效钾 主要指主要指土壤溶液中的土壤溶液中的K K+和吸附在土壤胶体上和吸附在土壤胶体上的钾离子的钾离子。植物易于吸收利用。植物易于吸收利用。速效钾占土壤全钾的千分之几到速效钾占土壤全钾的千分之几到1-2%1-2%。而。而其中吸附在胶体上的钾离子（交换性钾）其中吸附在胶体上的钾离子（交换性钾）占速效钾的占速效钾的90%90%。速效钾含量水平分级速效钾含量水平分级30mg/kg 30mg/kg 极低极低30-60mg/kg
26、 30-60mg/kg 较低较低60-100mg/kg 60-100mg/kg 中等中等100-160mg/kg 100-160mg/kg 较高较高大于大于160mg/kg 160mg/kg 极高极高 在施用化学钾肥时，应分次，适量，避免在施用化学钾肥时，应分次，适量，避免一次过量；一次过量；宜条施或穴施，提高钾的饱和度，增加钾宜条施或穴施，提高钾的饱和度，增加钾的有效度；的有效度；不宜面施，应深施或施后盖土，以减少受不宜面施，应深施或施后盖土，以减少受干湿交替影响而固定。干湿交替影响而固定。三三 微量元素微量元素 microelementsmicroelements 概念概念 土壤中各微量元
27、素的状况土壤中各微量元素的状况概念概念 微量元素是指植物必须但需要量很少的元微量元素是指植物必须但需要量很少的元素，主要包括素，主要包括B B，MoMo，CuCu，ZnZn，FeFe，MnMn，CoCo，ClCl等，既有金属元素，也有非金属元素。等，既有金属元素，也有非金属元素。各微量元素在土壤中的含量一般较低，为各微量元素在土壤中的含量一般较低，为百万分之几到万分之几。百万分之几到万分之几。微量元素的总量往往不能反映其供应水平，微量元素的总量往往不能反映其供应水平，与植物生长关系密切的是有效含量。与植物生长关系密切的是有效含量。土壤中微量元素状况土壤中微量元素状况 1 Fe1 Fe 2 Mn
28、2 Mn 3 Cu3 Cu 4 Zn4 Zn 5 B5 B 6 Mo6 Mo 土壤微量元素含量范围，有效形态及主要土壤微量元素含量范围，有效形态及主要来源来源土壤微量元素含量范围，有效形土壤微量元素含量范围，有效形态及主要来源态及主要来源土壤有效硼分级土壤有效硼分级 含硼量含硼量(mg/kg)丰缺程度丰缺程度 2.0 很高很高土壤活性锰分级土壤活性锰分级 活性锰含量活性锰含量(mg/kg)丰缺程度丰缺程度 300 很高很高土壤有效锌分级土壤有效锌分级 有效锌含量有效锌含量(mg/kg)(mg/kg)评价评价 5.0 很高很高土壤有效铜分级：土壤有效铜分级：有效铜有效铜(mg/kg，DTPA提取提取)评价评价 1.0 高高土壤有效钼分级：土壤有效钼分级：土壤含量土壤含量mg/kg 评价评价 0.30 很高很高 土壤有效铁分级：土壤有效铁分级：有效铁含量有效铁含量mg/kg 评价评价 10 高高
