土壤养分循环大学精品课程课件.pptx
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1、第十章第十章 土壤养分循环土壤养分循环有效养分有效养分能够直接或经过转化被植物吸收利用的能够直接或经过转化被植物吸收利用的 土壤养分土壤养分 速效养分速效养分在作物生长季节内,能够直接、迅速为在作物生长季节内,能够直接、迅速为 植物吸收利用的土壤养分。植物吸收利用的土壤养分。无效养分无效养分不能被植物吸收利用的土壤养分。不能被植物吸收利用的土壤养分。一、一、土壤养分土壤养分指植物所必需的,且主要指植物所必需的,且主要由土壤提供的营养元素就叫做土壤养分。由土壤提供的营养元素就叫做土壤养分。第一节土壤养分循环第一节土壤养分循环土壤养分状况土壤养分状况是指土壤养分的含量、组成、形态是指土壤养分的含量
2、、组成、形态 分布和有效性的高低。分布和有效性的高低。二、植物必需的营养元素二、植物必需的营养元素1、必需元素必需元素(essential elementessential element)植物正常生长发育所必需而不能用其它植物正常生长发育所必需而不能用其它元素代替的植物营养元素。元素代替的植物营养元素。判断标准判断标准(19391939年年,美国学者阿隆美国学者阿隆(Arnon)Arnon)和斯托德和斯托德(Stout)Stout)):):必须是完成植物生活周期不可缺少的;必须是完成植物生活周期不可缺少的;缺少时呈现专一的缺素症状;缺少时呈现专一的缺素症状;必须对植物起直接的营养作用。必须对
3、植物起直接的营养作用。MoMo对全部高等植物及大部分微生物是必需的;对全部高等植物及大部分微生物是必需的;NaNa和和CoCo对藻类、细菌与高等植物是必需的;对藻类、细菌与高等植物是必需的;CaCa、B B、ClCl对高等植物是必需的,但对微生物,对高等植物是必需的,但对微生物,特别是真菌的生长则并不必需。特别是真菌的生长则并不必需。此外,钡、硅、铝、碘与镓几种元素只对少数此外,钡、硅、铝、碘与镓几种元素只对少数几种植物必需。几种植物必需。高等植物所必需的营养元素一般有高等植物所必需的营养元素一般有1616个:个:C、O、H、N、K、P、S、Ca、Mg、Fe、B、Mn、Cu、Zn、Mo、Cl
4、路密斯(Loomis)和许尔(Shull)于1973年首先使用的名称。大量元素:大量元素:植物对这种元素的需要量超过1%。前九种属之。前九个占干体重的绝大多数,即植物吸收的数量大,通常占植物干重千分几到百分之几十。微量元素:微量元素:植物对这种元素的需要小于植物干重的0.1%。2、大量元素和微量元素、大量元素和微量元素土壤养分三要素在植物所必需的营养元素中,C、H、O大约占植株干重的95%。碳主要来自与大气中的二氧化碳,而H、O则来自与土壤中的水分,氧可来自空气。氮则除豆科作物外大部分取源于土壤。氮磷钾三要素,简称氮磷钾三要素,简称土壤养分三要素土壤养分三要素。其所以重要就在于必需经常调节其供
5、不其所以重要就在于必需经常调节其供不应求的状况,而不是指它们在植物营养应求的状况,而不是指它们在植物营养中所起的作用。中所起的作用。土壤养分循环土壤养分循环指来自土壤的元素通常可以反复的再循环和利用指来自土壤的元素通常可以反复的再循环和利用,典型的再典型的再循环过程。包括循环过程。包括 生物从土壤中吸收养分;生物从土壤中吸收养分;生物的残体归还土壤;生物的残体归还土壤;在土壤微生物的作用下,分解生物残体,释放养分;在土壤微生物的作用下,分解生物残体,释放养分;养分再次被生物吸收。养分再次被生物吸收。土壤系统中的养分循环过程土壤系统中的养分循环过程第二节第二节 土壤氮素循环土壤氮素循环 一般把土
6、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”,0.05%者为者为“极低极低”。一般把作物在。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。能力的良好指标。1、氮素在自然界的分布岩石圈 1.636*1011Tg(1012g)陆地土壤:有机质2.2*105 粘土矿物2*104大气圈 3.86*109水圈 2.3*107生物圈 2.8*105 固氮作用主要是靠微生物,固氮微生物分共生和自生两类。(1)与豆科作物共生的固氮菌,其固氮能力很强。1020斤/
7、亩(2)自生固氮菌,有分为好气和嫌气两类。好气性固氮能力强,在热带林地,可达1030斤/亩2土壤氮的来源土壤氮的来源 土壤中的氮素并非来源于土壤矿物质。是生物固氮作用产生土壤中的氮素并非来源于土壤矿物质。是生物固氮作用产生的。的。对于农地来说,土壤氮素的来源不止以上两对于农地来说,土壤氮素的来源不止以上两种途径,包括:种途径,包括:(1 1)固氮作用;自生固氮)固氮作用;自生固氮 、共生固氮和联合固氮、共生固氮和联合固氮 (2 2)降水;)降水;(3 3)灌水;)灌水;(4 4)施肥;)施肥;有机肥;有机肥;无机化肥;它们是土壤氮无机化肥;它们是土壤氮肥的主要来源。肥的主要来源。氨的挥发 NH
8、4+(代换态)NH4+(液相)NH3(液相)NH3(气相)NH3(大气)反硝化 生物反硝化:化学反硝化:NO3-的淋失 土壤氮素养分循环土壤氮素养分循环1植被与气候植被与气候一般:一般:草本植物草本植物 木本植物木本植物 草本植物:豆科草本植物:豆科 非豆科非豆科木本植物:阔叶林针叶林木本植物:阔叶林针叶林 二、二、影响土壤氮素含量的因素影响土壤氮素含量的因素一般而言:一般而言:温度愈高,有机质分解愈快,温度愈高,有机质分解愈快,OM含量低,含量低,N少;少;湿度愈高,有机质分解愈慢,湿度愈高,有机质分解愈慢,OM积累的多,积累的多,N多。多。3质地质地质地质地 砂性土砂性土 壤性土壤性土 粘
9、性土粘性土N%低低 高高 4地形及地势地形及地势 2土壤有机质含量土壤有机质含量土壤氮素和土壤有机质二者呈正相关关系。土壤氮素的含土壤氮素和土壤有机质二者呈正相关关系。土壤氮素的含量大致占土壤有量大致占土壤有 机质含量的机质含量的5%左右。左右。1有机态氮占全氮的绝大部分,9298%。有机氮的矿化 率只有36%。(1)可溶性有机氮 5%,主要为:游离氨基酸、胺盐 (速 效 氮)及酰胺类化合物(2)水解性有机氮5070%,用酸碱或酶处理而得。包 括:蛋白质及肽类、核蛋白类、氨基糖类(3)非水解性有机氮3050%,主要可能是杂环态氮、缩胺类 二二 土壤氮素的存在形态土壤氮素的存在形态2无机态氮无机
10、态氮 土壤无机氮占全氮 12%(150ppm)。最多不超过58%;(1)铵态氮铵态氮(NH4)在土壤里有三种存在方式:游离态、交换态、固定态。(2)硝态氮硝态氮(NO3-N)在土壤主要以游离态存在。(3)亚硝态氮亚硝态氮(NO2-N)主要在嫌气性条件下才有可能存在,而且数量也极少。在土壤里主要以游离态存在。3游离态氮(游离态氮(N2)三三 土壤中氮素的转化土壤中氮素的转化(1)水解过程 水解 水解 蛋白质 多肽 氨基酸、酰胺等朊酶 肽酶 条件:真菌、细菌、放线菌等;在通气良好;温度较高;水分6070%;pH值适中;C/N比适当一)土壤氮素的有效化过程一)土壤氮素的有效化过程1有机态氮的矿化过程
11、有机态氮的矿化过程 含氮的有机合化物,在多种微物物的作用下降解为简单的氨含氮的有机合化物,在多种微物物的作用下降解为简单的氨态氮的过程。态氮的过程。(2)氨化过程)氨化过程RCHNH2COOH+O2 RCH2COOH+NH3+E 酶酶条件:条件:真菌、细菌、放线菌等;真菌、细菌、放线菌等;在通气良好;在通气良好;对低温对低温特别敏感;特别敏感;水分水分6070%;pH值要求在值要求在4.85.2C/N比适当。比适当。氨化微生物氨化微生物(1)亚硝化作用 亚硝化微生物 2HN4+3O2 2NO2-+2H2O+4H+158千卡 以(Nitrosonas为主)条件:亚硝化细菌(专性自养型微生物)通气
12、:良好 O2 5%pH 5.5-10(7-9),4.5 受抑制!受抑制!水分:5060%温度:35 2 STOP!养分:Cu,Mo等促进硝化作用的进行。缺钙,不利。2硝化过程硝化过程 氨、胺、酰胺 硝态氮化合物(2)硝化作用 硝化微生物 2NO2-+O2 2NO3-+40千卡 以(硝化细菌Nitrobacter为主)在通气良好的条件下,硝化作用的速率亚硝化在通气良好的条件下,硝化作用的速率亚硝化作用铵化作用,因此,在正常土壤中,很少有亚硝作用铵化作用,因此,在正常土壤中,很少有亚硝态氮和铵态氮及氨的积累。态氮和铵态氮及氨的积累。反硝化作用的条件是反硝化作用的条件是1)具反硝化能力的细菌,反硝化
13、细菌现已知有具反硝化能力的细菌,反硝化细菌现已知有33个属,多数个属,多数是异养型,也有几种是化学自养型,但在多数农田都不重要;是异养型,也有几种是化学自养型,但在多数农田都不重要;2)合适的电子供体,如有机合适的电子供体,如有机C化合物、还原性硫化合物或分化合物、还原性硫化合物或分子态氢;有效态子态氢;有效态碳碳的影响最大的影响最大;3)厌氧条件,与田间持水量大小密切相关;厌氧条件,与田间持水量大小密切相关;嫌气状态嫌气状态 O2 5%或土壤溶液中或土壤溶液中 O2 4 10-6MEh 344mv(pH=5时时)4)有硝态氮存在有硝态氮存在5)pH 7-8.2 pH 8.2-9时,反硝化时,
14、反硝化作用减弱。作用减弱。(1)亚硝酸分解反应)亚硝酸分解反应 3HNO2 HNO3+2NO +H2O条件:酸性愈强,分解愈快。条件:酸性愈强,分解愈快。(2)氨态氮的挥发)氨态氮的挥发在碱性条件下,在碱性条件下,NH4+OH-NH3 +H2O土壤中的铵态氮在碱性条件下,很容易以土壤中的铵态氮在碱性条件下,很容易以NH3的形式直接的形式直接从土壤表面从土壤表面损失掉。损失掉。2化学脱氮过程化学脱氮过程 主要是指在一些特殊的情况下,如强酸反应,温度较主要是指在一些特殊的情况下,如强酸反应,温度较高和水分含量很低等,亚硝酸协与一些其他化合物(包高和水分含量很低等,亚硝酸协与一些其他化合物(包括有机
15、化合物)进行化学反应而生成分子态氮或氧化亚括有机化合物)进行化学反应而生成分子态氮或氧化亚氮的过程氮的过程 3粘粒矿物对铵的固定粘粒矿物对铵的固定 我国北方的土壤中,能固铵的粘粒矿物较多,但其我国北方的土壤中,能固铵的粘粒矿物较多,但其土壤中铵极少,而南方水田的铵态较多,而能固定铵的土壤中铵极少,而南方水田的铵态较多,而能固定铵的粘土矿物不多。因此,铵的粘土矿物固定在我国的意义粘土矿物不多。因此,铵的粘土矿物固定在我国的意义不大。不大。4生物固定生物固定5、硝酸盐的淋洗、硝酸盐的淋洗四、土壤氮素的调控四、土壤氮素的调控(一)(一)C/N比影响比影响(二)施肥的影响(二)施肥的影响第三节第三节
16、土壤磷的循环土壤磷的循环一、土壤中磷素的来源 土壤中的磷是由岩石风化而来的。原生矿物的含磷量为0.12%左右。二、土壤磷的含量及影响因素二、土壤磷的含量及影响因素 1土壤磷的含量土壤磷的含量 一般来说,土壤的磷素含量都在一般来说,土壤的磷素含量都在0.2%以下,红壤、黄壤含以下,红壤、黄壤含磷只有磷只有0.04%。我国土壤全磷的含量在我国土壤全磷的含量在0.02%0.11%之之间。间。从总体来说,自北而南,土壤磷的含量是逐渐降低的从总体来说,自北而南,土壤磷的含量是逐渐降低的。2影响土壤磷含量的因素影响土壤磷含量的因素 (1)母质中矿物成分的不同;母质中矿物成分的不同;基性岩基性岩 酸性岩酸性
17、岩 碱性沉积体酸性沉积体碱性沉积体酸性沉积体 如,由石灰性风化体形成的红壤的含磷量比如,由石灰性风化体形成的红壤的含磷量比由的由的 红壤多得多。红壤多得多。(2)土壤质地的差别土壤质地的差别 土壤细粒部分所含的磷主要是次生的磷化合土壤细粒部分所含的磷主要是次生的磷化合物。物。(3)P在土壤剖面上的分布在土壤剖面上的分布 从上到下,磷的含量逐渐降低。原因从上到下,磷的含量逐渐降低。原因 磷的迁移率很低;磷的迁移率很低;植物根系的富积;植物根系的富积;有机胶体或无机胶体对磷酸根的吸附有机胶体或无机胶体对磷酸根的吸附作用,上层较强。作用,上层较强。耕作制度和施肥的影响;耕作制度和施肥的影响;三、土壤
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