1、第4章土壤肥力-1土壤养分土壤在植物生长中的作用营养库的作用；养分转化和循环作用；雨水涵养作用；生物的支撑作用；稳定和缓冲环境变化的作用；土壤的本质特征是肥力4.1 土壤与植物营养一、植物营养元素表表4一一1 植物体内营养元素含量（植物体内营养元素含量（g/kg）营养元素含量（g/kg）营养元素含量（g/kg）碳（C）412氯（CI）0.11氧（0）463铁（Fe）0.066氢（H）54硼（B）0.045氮（N）33锰（Mn）0.036钙（Ca）21锌（Zn）0.009钾（K）8.0铜（Cu）0.007镁（Mg）4.2钼（Mo）0.00005磷（P）3.0硫（S）0.85表2-3 土壤主要元素
2、平均组成（g/kg）元素土壤O490Si330Al71Fe38Ca14K12Na6Mg62土壤养分形态：有效态：难效态:无效态:全量养分：三者之和。4.2 土壤氮素 Soil nitrogen一、土壤氮素的来源和含量1来源：岩石圈:生物圈:生物固N(豆科类作物、固氮微生物)雷电现象使N2氧化成NO、NO2等，再随降水进入土壤。水圈：地表水、地下水中溶解的NO3-N，随灌溉水进入土壤，其量因地区、季节而异。施肥：有机肥、化肥等。表表 42 地球表面氮素的分布地球表面氮素的分布 氮素库总氮量（百万吨）占地球总氮量的大气圈N23.91091.9海洋中溶解的N22.21070.01生物圈2.41070
3、.01岩石圈火成岩1.9101197.8沉积岩4.01080.2总氮量1.941011二、土壤氮素的形态1无机氮（占全氮的5%以下）主要是NH4+，NO3-（或NO2-）都是水溶性氮 NH4+交换态 NO3-土壤溶液中（易淋失，损失）可立即被植物吸收利用，为速效N（有效N）氧化条件下，主要是NO3-（旱地）还原条件下，主要是NH4+（水田）NH4+还可以固定态存在于矿物晶格中。2有机氮（占全氮的95%以上）水溶性有机氮：游离氨基酸、胺盐、酰胺类化合物。水解性有机氮：蛋白质、多肽类。数量多，占全氮的1/3，主要是土壤微生物较易分解的氨基糖类。非水解性有机氮：腐殖质中的氮及其它类型的复杂含氮化合物
4、。如杂环、缩胺类。3土壤氮素的含量范围：0.25g/kg，一般低于 2g/kg，很多土壤不足1g/kg。因此，对多数土壤要补充氮素，且量是很大的。土壤组成对含氮量的影响 有机质：呈正相关，O.M越高，氮素含量越高。质地：粘重的土壤含氮量一般高于砂质土壤。水分：表表44 我国某些地区耕地土壤我国某些地区耕地土壤N素含量素含量地区利用情况标本数有机质（克/公斤）全氮（克公斤）CN黄淮海早地3209.74.80.630.299.01.8水田1415.16.30.930.299.40.8长江中下游旱地4915.86.70.930.3310.03.0茶园2014.55.40.810.2510.41.6水
5、田52422.79.21.340.479.81.5江南旱地11815.76.10.900.2910.22.2茶园、桔园1518.33.40.970.2411.32.2水田32124.610.11.430.5910.01.6华南滇南旱地3126.812.01.390.7711.92.2胶园7724.38.91.130.4312.72.2水田18128.512.41.500.6711.12.0三、土壤氮素的转化1有机氮的矿化：水解、氨化和硝化氨基化 aminization 蛋白质 R-NH2+CO2+其它产物十能量(蛋白水解酶)多肽铵化作用ammonification R-NH2+H2O NH3+
6、R-OH+能量好气、嫌气条件均可进行，偏酸性土壤环境。好气分解速度快，累积的中间产物（有机酸）少。硝化作用（nitrification)亚硝化微生物 2NH4+3O2 2NO2-+2H2O+4H+能量（亚硝化）硝化微生物 2NO2-+O2 2NO3-+能量（硝 化）要求：土壤通气条件良好。最适pH值7-8(偏碱)温度35左右。硝化作用可作为旱地土壤熟化程度的标志。三、土壤氮素的转化1有机氮的矿化：水解、氨化和硝化反硝化作用 denitrification -2H2O+2H+4H+4H+N22HNO3 2HNO2 H2N2O2 +2H+-H2O -2H2O -2H2O（次亚硝酸）N2O 2NO
7、-H2O +2H2O-4H+即NO3-N转化为N2、N2O、NO等而逸失的过程。(反硝化细菌)三、土壤氮素的转化1有机氮的矿化：水解、氨化和硝化四、土壤N素的调节 1土壤N的循环 a 有效化：矿化 b 损失：反硝化 c 无效化：氮的生物与粘土矿物的固定 2.调节原理 控制有效N的供应速度 控制有机质的C/N比 氮肥深施。氮肥深施。薄的氧化层中以薄的氧化层中以NO3-N为主，还原层以为主，还原层以NH4+-N为主，整体为主，整体以以NH4+-N为主。为主。氧化层中的氧化层中的NO3-易随水下渗至还原层，产生反硝化作用，使易随水下渗至还原层，产生反硝化作用，使N素损失。素损失。施用氮肥增效剂。施用
8、氮肥增效剂。避免不必要的排水落干。因为避免不必要的排水落干。因为NH4+NO3-反硝化损失反硝化损失五、水田土壤N素的转化与管理4.3 土壤磷素（soil phosphorus）一、土壤P含量 1范围：0.2-2gkg-1 ,砖红壤红壤沉积岩，基性岩中性岩酸性岩 土壤有机质含量：表土底土 土壤质地：粘质土砂质土（吸附作用）二、土壤磷素形态1有机P占全P的20-50%，形态主要有核酸类，植素类，磷脂类。2无机P磷酸钙（镁）类（Ca-P）石灰性土壤中无机P的主要形态。溶解度：Ca5(PO4)3F、Ca5(PO4)3OH Ca4H(PO4)3 Ca3(PO4)2 CaHPO4 Ca(H2PO4)2
9、氟磷灰石 羟基磷灰石 磷酸八钙 磷酸三钙 磷酸二钙 磷酸一钙 Ca/p=5/3 4/3 3/2 1/1 1/2 Ca/p增加，溶解度降低，稳定性加强。磷酸铁，磷酸铝类（Fe-P，Al-p）：（酸性土壤中的无机P形态）常见的有Fe(OH)2H2PO4粉红磷铁矿、AlPO4XH2O磷酸铝、Al(OH)2H2PO4磷铝石、FePO4XH2O磷酸铁。闭蓄态P（O-P）：氧化铁胶膜包被的磷酸盐。酸性土壤中主要的无机P形态，往往超过50%，石灰性土壤可达15-30%。酸性土：O-P Fe-P Al-P Ca-P石灰性土壤：Ca-P O-P Al-P Fe-P表表45 我国几种土壤中无机磷形态组成我国几种土
10、壤中无机磷形态组成土壤名称（成土母质）pH占无机磷盐的AIPFePCaP0P砖红壤及赤红壤（玄武岩、花岗岩）4555015251409538494红壤（第四纪红色粘土）455.50357152615165283黄棕壤（下蜀黄土）673710252713204557黄湖土（黄淮河冲积物）7585164100763653135搂土（黄土）8853469005617I1220 三、土壤有效P有效P：主要是溶解在溶液中的磷酸根离子，也含少量易分解的有机磷，易溶解的无机P（PO43-、HPO42-、H2PO4-）PH5-9：以H2PO4-和HPO42-为主 PH7.2：以HPO42-为主。四、土壤磷的固
11、定 1化学沉淀机制如：PH=4时，Fe(OH)3的KSP=Fe3+OH-3=10-37 10-37 Fe3+=10-7 （10-10）3 PH=5时，Fe3+=10-10，Fe3+H2PO4-+2OH-=Fe(OH)2H2PO4 KSP=Fe3+H2PO4-OH-210-33.5 10-33.5 10-33.5PH=4时，H2PO4-=10-6.5(moll-1)=0.316(umoll-1)OH-2Fe3+(10-10)2(10-7)10-33.5 10-33.5 PH=5时，H2PO4=10-5.5(moll-1)=3.16(umoll-1)OH-2Fe3+(10-9)2(10-10)2表
12、面反应机制配位体交换反应（酸性土壤）OH H2PO4Fe +H2PO4-Fe +OH-O O OH O高岭 OH+H2PO4-高岭 O P=O+2H2O+OH-OH O表面次生化学反应（碱性土壤）CaCO3晶核表面，与磷酸盐（达一定浓度时）形成CaHPO4膜状沉淀，随内部Ca2+的扩渗，CaHPO4逐步转化成浓度更低的Ca-P化合物。与共存阳离子同时被胶体吸附 胶 体=Ca2+K+H2PO4-胶体 Ca-H2PO4+K+3闭蓄机制：Fe(OH)3溶度低于粉红磷铁矿，后者在土壤PH值升高时，会发生下列反应：Fe(OH)2H2PO4+OH-Fe(OH)3+H2PO4-在释出磷的同时，在粉红磷铁矿表
13、面形成一层Fe(OH)3胶状薄膜，对内部Fe-P起了掩蔽作用（O-P形成）。4生物固定：微生物必需的养料，O.M的C/P比200-300:1五、影响土壤P素转化的因素1矿质胶体类型：含Fe，Al氧化物多，CaCO3多，SiO2/R2O3小者。层状矿物1:1型固P能力大于2:1型。2土壤PH值：影响固P物质存在的形态。影响磷酸盐的形态。3土壤O.M的含量O.M多，有机磷多，有效磷多。螯合作用，将Fe、Al、Ca等螯合，使P释放出来。分解的中间产物（有机酸），可增加土壤酸度，对某些固定态P有溶解作用。掩蔽无机胶体表面，减少固P接触点。施有机肥，是增加土壤有效P的有效措施!4土壤Eh：Eh降低，Fe
14、3+Fe2+磷酸铁化合物溶度提高。5其它：质地：粘质土壤干湿频繁：固P增加 微生物活动：生物固P 温度高：矿化增加4.4 土壤钾素(Soil potassium)一、土壤K含量1范围：0.5-50g/kg，多数土壤5-25g/kg，在土壤的大量营养元素中，K含量最高（C、H、O除外）。我国砖红壤15g/kg（冲积土、水稻土为10-15g/kg）。2影响钾含量的因素成土母质：岩浆岩中主要含K矿物：a.钾长石 KAlSi3O8b.次生粘土矿物：伊利石、蛭石。c.黑云母气候：淋洗作用 土壤质地 耕作与施肥：棉花、薯类作物、烟草、甜菜耗K多，土壤易缺K，草木灰含丰富的K。二、土壤钾的形态1无效钾：指存
15、在于斜长石、正长石、白云母等矿物中的K。占全的90%以上。只有经长期的风化后，才能逐渐转化为植物可利用的形态。2缓效钾：粘粒矿物层间固定的钾以及黑云母中的钾，占全K的百分之几，不能为当季作物利用，但可作为速效K的贮备。黑云母中的钾较易风化释放出来。有效性与固定态K相近。3速效钾：水溶性K和交换性K。占全K的千分之几到百分之一、二，易被植物利用。无无 效效 钾钾 风化风化 风化风化 钾的释放钾的释放 速效钾速效钾 缓效钾缓效钾 钾的固定钾的固定三、土壤钾的转化与调节1有效化：指缓效钾向速效钾的转变过程（无效缓效有效要经长期风化）。只有当土壤交换性钾减少时，缓效性钾才释放为交换性K。土壤的释K能力决定于缓效K的含量水平。干燥、灼烧、冻触作用等可在一定程度上促进K的释放。2钾的固定：速效K缓效K的过程。影响因素：粘粒矿物的类型和含量（主要是2:1矿物）：蛭石伊利石蒙脱石因为蛭石、伊利石的同晶置换主要发生在四面体上，而蒙脱石主要在八面体上。土壤水分：含速效K丰富的土壤，变干造成K的固定。土壤PH值：水化铝离子聚合度高，对2:1型矿物的 蜂窝状孔起堵塞作用，可减少K的固定。3调节：在土壤管理、施肥措施上，尽量减少K的固定和淋失，促进K的有效化。
