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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土壤主要元素平均
2、组成（g/kg）元素土壤O490Si330Al71Fe38Ca14K12Na6Mg6作物吸收的养分中有作物吸收的养分中有作物吸收的养分中有作物吸收的养分中有60%60%60%60%氮素、氮素、氮素、氮素、90%90%90%90%以上的磷素和钾素由土壤提供。以上的磷素和钾素由土壤提供。以上的磷素和钾素由土壤提供。以上的磷素和钾素由土壤提供。二、土壤中的植物营养元素二、土壤中的植物营养元素二、土壤中的植物营养元素二、土壤中的植物营养元素1 1 1 1种类：种类：种类：种类：2土壤养分形态：有效态：难效态:无效态:全量养分：三者之和。三、土壤养分含量的表示方式三、土壤养分含量的表示方式三、土壤养分含
3、量的表示方式三、土壤养分含量的表示方式1 1 1 1、以元素表示，、以元素表示，、以元素表示，、以元素表示，P P P P、K K K K而不是而不是而不是而不是P P P P2 2 2 2O O O O5 5 5 5、K K K K2 2 2 2O O O O。注意与肥料。注意与肥料。注意与肥料。注意与肥料中养分表示相区别。中养分表示相区别。中养分表示相区别。中养分表示相区别。2 2 2 2、单位：、单位：、单位：、单位：g g g g kgkgkgkg-1-1-1-1、mgmgmgmg kgkgkgkg-1-1-1-1、ugugugug g g g g-1-1-1-13 3 3 3、原来的
4、单位：、原来的单位：、原来的单位：、原来的单位：%，ppmppmppmppm基本淘汰。基本淘汰。基本淘汰。基本淘汰。4.2土壤氮素Soilnitrogen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2.41070.01岩石圈火成岩1.9101197.
5、8沉积岩4.01080.2总氮量1.941011土壤氮素集中分布在表层，生物作用和施肥对土壤氮素影响最大。土壤氮素集中分布在表层，生物作用和施肥对土壤氮素影响最大。土壤氮素集中分布在表层，生物作用和施肥对土壤氮素影响最大。土壤氮素集中分布在表层，生物作用和施肥对土壤氮素影响最大。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）
6、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。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3209.74.80.63
7、0.299.01.8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利用方式对土壤氮素影响
8、利用方式对土壤氮素影响利用方式对土壤氮素影响利用方式对土壤氮素影响经济林经济林经济林经济林(茶、柑桔、橡胶等茶、柑桔、橡胶等茶、柑桔、橡胶等茶、柑桔、橡胶等)相应旱地；相应旱地；相应旱地；相应旱地；水稻土水稻土水稻土水稻土 相应旱地；相应旱地；相应旱地；相应旱地；我国土壤氮素含量分布：东北高，西我国土壤氮素含量分布：东北高，西北低；高山高，低山低。北低；高山高，低山低。三、土壤氮素的转化1有机氮的矿化：水解、氨化和硝化2 2 2 2、土壤的脱氮：反硝化、硝酸盐的淋失、氨的挥发。、土壤的脱氮：反硝化、硝酸盐的淋失、氨的挥发。、土壤的脱氮：反硝化、硝酸盐的淋失、氨的挥发。、土壤的脱氮：反硝化、硝酸
9、盐的淋失、氨的挥发。3 3 3 3、土壤氮素的固定：微生物的同化固定、有机质、土壤氮素的固定：微生物的同化固定、有机质、土壤氮素的固定：微生物的同化固定、有机质、土壤氮素的固定：微生物的同化固定、有机质的缩合固定、铵的粘土矿物晶层间固定。的缩合固定、铵的粘土矿物晶层间固定。的缩合固定、铵的粘土矿物晶层间固定。的缩合固定、铵的粘土矿物晶层间固定。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ammonificationR-NH2+H2ONH3+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
10、（nitrification)亚硝化微生物2NH4+3O22NO2-+2H2O+4H+能量（亚硝化）硝化微生物2NO2-+O22NO3-+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2 2 2 2、土壤的脱氮：反硝化、硝酸盐的淋失、氨的挥发。、土壤的脱氮：反硝化、硝酸盐的淋失、氨的挥发。、土壤的脱氮：反硝化、硝酸盐的淋失、氨的挥发。、土壤的脱氮：反硝化、硝酸盐的淋失、氨的挥发。3 3 3 3、土壤氮素的固定：微生物的同化固定、有机质、土壤氮素的固定：微生物的同化固定、有机质、土
11、壤氮素的固定：微生物的同化固定、有机质、土壤氮素的固定：微生物的同化固定、有机质的缩合固定、铵的粘土矿物晶层间固定。的缩合固定、铵的粘土矿物晶层间固定。的缩合固定、铵的粘土矿物晶层间固定。的缩合固定、铵的粘土矿物晶层间固定。反硝化作用denitrification-2H2O+2H+4H+4H+N22HNO32HNO2H2N2O2+2H+-H2O-2H2O-2H2O（次亚硝酸）N2O2NO-H2O+2H2O-4H+即NO3-N转化为N2、N2O、NO等而逸失的过程。(反硝化细菌)条件：严格嫌气条件，最适条件：严格嫌气条件，最适条件：严格嫌气条件，最适条件：严格嫌气条件，最适pH7-8.2 pH7
12、-8.2（偏碱性）（偏碱性）（偏碱性）（偏碱性）Soil airSoil air，O25%O25%含水量超过田间持水量含水量超过田间持水量含水量超过田间持水量含水量超过田间持水量 有大量易分解的有机质有大量易分解的有机质有大量易分解的有机质有大量易分解的有机质铵态铵态N N在碱性条件下的挥发：在碱性条件下的挥发：NHNH4 4+OH+OH-NHNH3 3+H+H2 2O O三、土壤氮素的转化1有机氮的矿化：水解、氨化和硝化2 2 2 2、土壤的脱氮：反硝化、硝酸盐的淋失、氨的挥发。、土壤的脱氮：反硝化、硝酸盐的淋失、氨的挥发。、土壤的脱氮：反硝化、硝酸盐的淋失、氨的挥发。、土壤的脱氮：反硝化、
13、硝酸盐的淋失、氨的挥发。3 3 3 3、土壤氮素的固定：微生物的同化固定、有机质、土壤氮素的固定：微生物的同化固定、有机质、土壤氮素的固定：微生物的同化固定、有机质、土壤氮素的固定：微生物的同化固定、有机质的缩合固定、铵的粘土矿物晶层间固定。的缩合固定、铵的粘土矿物晶层间固定。的缩合固定、铵的粘土矿物晶层间固定。的缩合固定、铵的粘土矿物晶层间固定。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。薄薄的的氧氧化化层层中中以以NO3-N为为主主，还还原原层层以以NH4+-N为为主主
14、，整整体体以以NH4+-N为主。为主。氧氧化化层层中中的的NO3-易易随随水水下下渗渗至至还还原原层层，产产生生反反硝硝化化作作用用，使使N素损失。素损失。施用氮肥增效剂。施用氮肥增效剂。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（soilphosphorus）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
15、）石灰性土壤中无机P的主要形态。溶解度：Ca5(PO4)3F、Ca5(PO4)3OHCa4H(PO4)3Ca3(PO4)2CaHPO4Ca(H2PO4)2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=5/34/33/21/11/2Ca/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：
16、O-PFe-PAl-PCa-P石灰性土壤：Ca-PO-PAl-PFe-P表表45 我国几种土壤中无机磷形态组成我国几种土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-、H
17、PO42-、H2PO4-）PH5-9：以H2PO4-和HPO42-为主PH7.2：以HPO42-为主。四、土壤磷的固定1化学沉淀机制如：PH=4时，Fe(OH)3的KSP=Fe3+OH-3=10-3710-37Fe3+=10-7（10-10）3PH=5时，Fe3+=10-10，Fe3+H2PO4-+2OH-=Fe(OH)2H2PO4KSP=Fe3+H2PO4-OH-210-33.510-33.510-33.5PH=4时，H2PO4-=10-6.5(moll-1)=0.316(umoll-1)OH-2Fe3+(10-10)2(10-7)10-33.510-33.5PH=5时，H2PO4=10-5
18、.5(moll-1)=3.16(umoll-1)OH-2Fe3+(10-9)2(10-10)2表面反应机制配位体交换反应（酸性土壤）OHH2PO4Fe+H2PO4-Fe+OH-OOOHO高岭OH+H2PO4-高岭OP=O+2H2O+OH-OHO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
19、(OH)2H2PO4+OH-Fe(OH)3+H2PO4-在释出磷的同时，在粉红磷铁矿表面形成一层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
20、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，Fe3+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(Soilpotassium)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、
21、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。