土壤養(yǎng)分循環(huán)

生物從土壤吸收無機(jī)養(yǎng)分——生物殘?bào)w歸還土壤形成有機(jī)質(zhì)——土壤微生物分解有機(jī)質(zhì)釋放無機(jī)養(yǎng)分——養(yǎng)分再次被生物吸收。

土壤養(yǎng)分循環(huán)第十二章土壤養(yǎng)分循環(huán)是“土壤圈”物質(zhì)循環(huán)的重要組成部分，也是陸地生態(tài)系統(tǒng)中維持生物生命周期的必要條件。大量營養(yǎng)元素：N、P、K、Ca、Mg、S(中量營養(yǎng)元素)微量營養(yǎng)元素：Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo、Cl重要生命元素，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中為“肥料三要素”之首。第一節(jié)土壤氮素循環(huán)氮素

一、陸地及土壤生態(tài)系統(tǒng)中的氮循環(huán)（一）土壤氮素含量及影響因素1、土壤氮素含量

耕作土壤：耕作層(0.05%－0.5%)

心土層、底土層(0.02%)

草地、林地：0.5%－0.6%。

2、影響土壤氮素含量的因素(1)有機(jī)質(zhì)含量氮素主要存在于有機(jī)質(zhì)中，二者呈平行正相關(guān)關(guān)系。(2)植被:歸還氮素、固定氮素二、土壤氮的獲取、形態(tài)和轉(zhuǎn)化（3）氣候主要是水、熱條件引起有機(jī)質(zhì)的分解與合成（4）質(zhì)地質(zhì)地愈粘重、有機(jī)質(zhì)含量愈高（5）地勢主要是引起水熱條件變化（二）土壤氮素的獲取

1、生物固氮(自生和共生固氮菌完成)2、雨水和灌溉水帶入氮

3、施肥（有機(jī)肥和化學(xué)肥）其中95%以上為有機(jī)態(tài)氮，無機(jī)態(tài)氮一般不超過5%。土壤的全氮和有機(jī)質(zhì)含量之間存在高度正相關(guān)關(guān)系。

（三）土壤氮的形態(tài)及其有效性耕地土壤的全氮量一般低于自然土壤，其中水田土壤的全氮量又低于旱地土壤。1、土壤全氮四川耕地土壤全氮分級(jí)面積統(tǒng)計(jì)土壤面積構(gòu)成（%）土壤全氮分級(jí)（N，g/kg）高(＞1.5)中等(1.5～1.0)較低(1.0～0.75)低(≤0.75)水田土壤17.858.420.92.9旱地土壤14.922.728.234.2全省水田土壤全氮分級(jí)面積是高、低兩頭小，中等大；旱地土壤則以低等和較低為主（占62.4%）。據(jù)四川第二次土壤普查資料:

2、無機(jī)態(tài)氮

包括NH4+－N、NO3-－N、NO2-－N。旱地土壤無機(jī)氮一般以NO3-－

N較多，淹水土壤則以NH4-N占優(yōu)勢。3、有機(jī)態(tài)氮

包括水溶性氮、水解性氮、非水解性氮。大部分是腐殖物質(zhì)。它們需經(jīng)微生物分解礦化成無機(jī)氮后才能為植物吸收利用。土壤氮的形態(tài)及其有效性

土壤全氮（N）無機(jī)氮（NO3-、NH4+）＜5%速效氮有機(jī)氮水溶性有機(jī)氮＜5%水解性有機(jī)氮50～70%緩效氮難礦化有機(jī)氮30～50%（四）土壤中氮的轉(zhuǎn)化

1、有機(jī)氮的礦化——氨化過程氨基化——復(fù)雜的含氮有機(jī)化合物降解為簡單的氨基化合物。氨化——簡單的氨基化合物分解成氨（NH3/NH4+）

2、銨的硝化：NH4+→NO3-分兩步

亞硝酸微生物

2NH4++3O22NO2-+2H2O+4H+

硝酸微生物

2NO2-+O22NO3-

3、無機(jī)態(tài)氮的生物固定

三、土壤氮的損失1、淋洗損失（NO3-的淋失）

NH4+、NO3-易溶于水，帶負(fù)電荷的土壤膠體表面對(duì)NH4+為正吸附，而保持于土壤中；對(duì)NO3-為負(fù)吸附（排斥作用），易被淋失。4、銨離子的礦物固定

NH4+離子半徑為0.148nm，與2∶1型粘土礦物晶層表面六角形孔穴半徑0.140nm接近，陷入層間的孔穴后，轉(zhuǎn)化為固定態(tài)銨。

2、反硝化作用，又稱生物脫氮作用在缺氧條件下，NO3-在反硝化細(xì)菌作用下還原為NO、N2O、N2的過程。

NO3-→NO2-→NO→N2O→N2

反硝化的臨界Eh約為334mv，最適pH為7.0～8.2，pH小于5.2～5.8的酸性土壤，或高于8.2～9.0的堿性土壤，反硝化作用顯著下降。

3、氨態(tài)氮揮發(fā)損失主要發(fā)生在堿性土壤中

NH4+＋OH-

NH3↑＋H2O

四、土壤氮的調(diào)控

1、維持土壤氮素平衡土壤氮以有機(jī)態(tài)氮為主，土壤有機(jī)質(zhì)平衡是氮素平衡的基礎(chǔ)。（1）有機(jī)肥與無機(jī)氮肥（化肥）配合施用。有機(jī)質(zhì)C/N＞3030～15＜15氮的固定量＞礦化量固定量＝礦化量固定量＜礦化量補(bǔ)充化肥補(bǔ)充有機(jī)質(zhì)有機(jī)質(zhì)豐富的土壤，施用綠肥等新鮮有機(jī)肥產(chǎn)生正激發(fā)效應(yīng)，促進(jìn)土壤原來有機(jī)氮的礦化和更新。有機(jī)質(zhì)缺乏的土壤，施用富含木質(zhì)素的粗有機(jī)肥，產(chǎn)生負(fù)激發(fā)效應(yīng)，增加土壤有機(jī)質(zhì)和氮的積累?！澳箱@北硝”。水田土壤不施硝態(tài)化肥和避免頻繁的干濕交替。氮肥深施（水田和旱地）。堿性土碳銨少施，防止氨的揮發(fā)損失。應(yīng)用氮肥增效劑（硝化作用抑制劑）。2、防止土壤氮的損失（2）應(yīng)用“激發(fā)效應(yīng)”調(diào)節(jié)土壤有機(jī)質(zhì)和氮素平衡亞硝酸鹽是人的致癌物質(zhì)和植物的有害物質(zhì)。其產(chǎn)生和積累條件：（1）EhNH4+→NO2-（亞硝化過程）E0＝0.345VNO2-→NO3-（硝化過程）E0＝0.421V（2）pH

硝化細(xì)菌比亞硝化細(xì)菌對(duì)pH反應(yīng)敏感。

NO2-易在pH＞7.3的堿性環(huán)境積累。3、避免有害物質(zhì)—NO2-的積累（3）游離NH4+的影響氨對(duì)硝化細(xì)菌的抑制作用大于對(duì)亞硝化細(xì)菌，大量施用銨態(tài)氮肥（特別是NH4HCO3），易造成NO2-積累。旱育秧NO2-可使水稻幼苗出現(xiàn)青枯病當(dāng)NO2-＞5mg/kg時(shí)，青枯開始出現(xiàn)＞15mg/kg時(shí)，青枯很快出現(xiàn)。

NO2-可使小麥、玉米燒種、爛芽、爛根以及幼苗死亡第二節(jié)土壤磷和硫的循環(huán)

一、土壤磷的形態(tài)和數(shù)量

P2O5%=P%×2.291P%=P2O5%×0.44

我國土壤全磷（P）含量一般為0.2～1.1g/kg，并有從南到北漸增的地域變化趨勢。（一）無機(jī)態(tài)磷

3種相互平衡的形態(tài)溶解吸附

礦物態(tài)

水溶態(tài)

吸附態(tài)

沉淀解吸

1、水溶態(tài)磷—土壤溶液中的磷

H2PO4-、HPO42-、PO43-，其相對(duì)濃度（比例）隨溶液pH而變化。

H2PO4-HPO42-＋H+，pK2＝7.2

當(dāng)土壤溶液pH=7.2時(shí)，H2PO4-和HPO42-各占一半

pH＜7.2時(shí)以H2PO4-為主

pH＞7.2時(shí)以HPO42-為主。

水溶性磷離子是植物根系可直接吸收利用的磷，但根際微域土壤多呈酸性，主要吸收H2PO4－離子。

2、吸附態(tài)磷土壤固相表面吸附的磷酸根離子，主要是配位體交換吸附（專性吸附）。

酸性土中磷的專性吸附劑主要是鐵、鋁氧化物及其水合物。

石灰性土壤的方解石（CaCO3）對(duì)磷的配位交換吸附亦為常見。

3、礦物態(tài)磷占土壤無機(jī)態(tài)磷的99%以上。石灰性土以磷酸鈣鹽（Ca-P）為主，酸性土以磷酸鐵鹽（Fe-P）和磷酸鋁鹽（Al-P）為主。

（1）Ca-P（鈣磷），以磷灰石為主氟磷灰石Ca5(PO4)3F溶度積＝10-120.9

氫氧磷灰石Ca5(PO4)3OH

溶度積＝

10-113.7

磷酸八鈣Ca8H2(PO4)6

溶度積＝

10-46.9

磷酸三鈣Ca3(PO4)2

溶度積＝10-26.0

磷酸二鈣CaHPO4

溶度積＝10-6.56

溶解度隨pH降低而增大。（2）Fe-P（鐵磷）以粉紅磷鐵礦FePO4·2H2O為代表，溶度積＝10-34.9。

（3）Al-P（鋁磷）以磷鋁石AlPO4·2H2O為代表，溶度積＝10-30.5。

Fe-P和Al-P的溶解度隨pH升高而增大。

（4）O-P（閉蓄態(tài)磷）氧化鐵膠膜包被的磷酸鹽，無效磷。當(dāng)Fe2O3膠膜還原溶解后，磷被釋放。

(二)有機(jī)態(tài)磷土壤有機(jī)磷含量變化大，一般占土壤表層全磷的20～80%，隨土壤有機(jī)質(zhì)含量增加而增加。一般需經(jīng)礦化為無機(jī)磷后才能被植物吸收利用。土壤有機(jī)磷的化學(xué)組成，目前大部分為未知，已知者主要有3種。（1）植素類——植酸與鈣、鎂等離子結(jié)合而成。一般占土壤有機(jī)磷總量的20～30%。（2）核酸類——含磷、氮的復(fù)雜有機(jī)化合物。多數(shù)報(bào)道占土壤有機(jī)磷總量的1～10%。（3）磷脂類——醇、醚溶性的有機(jī)磷化合物，一般約占土壤有機(jī)磷總量的1%。容易分解礦化為磷酸。土壤有機(jī)磷的分解決定于微生物活性及其適宜環(huán)境，尤其是土溫，低溫限制其分解和有效化。二、土壤磷循環(huán)與轉(zhuǎn)化（一）土壤磷的循環(huán)

（二）土壤磷的轉(zhuǎn)化

1、成土過程中磷的轉(zhuǎn)化

成土過程中由于生物作用，土壤中出現(xiàn)有機(jī)磷，并隨有機(jī)質(zhì)積累而增加。隨著土壤礦物風(fēng)化程度的提高，Ca—P逐漸減少，F(xiàn)e—P和O—P逐漸增多，而Al—P在各類土壤中所占的比重均較小。

在成土過程中，母質(zhì)的磷礦物（主要是磷灰石）風(fēng)化釋放水溶態(tài)磷，并被次生礦物吸附固定，進(jìn)而形成新的礦物態(tài)磷。

土壤pH無機(jī)磷形態(tài)構(gòu)成比例（%）Al-PFe-PCa-PO-P褐土8.0～8.53.4～6.90.0～0.561～7112～20黃潮土7.5～8.51.6～4.10.0～0.763～6531～35黃棕壤6.0～7.03.7～1025～2713～2045～57紅壤4.5～5.50.3～5.715～261.5～1652～83磚紅壤4.5～5.50.0～1.52.5～140.9～5.384～94我國幾種土壤的無機(jī)磷形態(tài)構(gòu)成（引自《中國土壤》）

2、耕地土壤中可溶性磷酸鹽的轉(zhuǎn)化可溶性化學(xué)磷肥—主要是Ca(H2PO4)2，施入土壤后，很快轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗苄粤?，稱為磷的固定。磷肥在土壤中的生物利用率一般只有10～20%，遠(yuǎn)較氮、鉀肥低，磷的固定是主要原因。磷肥在石灰性土中與鈣結(jié)合形成溶解度低的Ca-P，最終成為磷灰石。在酸性土則主要形成溶解度低的Fe-P和O-P。

（三）土壤磷的調(diào)節(jié)1、活性磷和磷的固定

（1）土壤磷可分為活性磷和非活性磷，土壤全磷中，活性磷只占極小部分，且與全磷無相關(guān)性，非活性磷則占95%以上。

（2）土壤活性磷—有效磷（速效磷）包括可被植物吸收的水溶態(tài)磷，部分或全部吸附態(tài)磷和易礦化有效態(tài)有機(jī)磷以及某些易溶解的沉淀態(tài)磷酸鹽。（3）土壤有效磷在化學(xué)上的意義土壤有效磷：能與32P進(jìn)行同位素交換或被某些化學(xué)試劑提取的磷。其實(shí)“有效磷”的化學(xué)涵義并不確定，因?yàn)橥煌寥烙貌煌瘜W(xué)試劑提取的“有效磷”含量差異很大，由此提出的土壤有效磷的豐缺指標(biāo)也不相同。不同方法(提取劑)測定的土壤有效磷豐缺指標(biāo)比較(P,mg/kg)有效磷分級(jí)碳酸氫鈉法鹽酸-氟化銨法施磷肥反應(yīng)低＜5＜15顯著中等5～1015～24較顯著較高10～1824～30不顯著高18～25＞30無效注意：土壤有效磷須說明測定方法。

四川耕地土壤有效磷（碳酸氫鈉法）含量分級(jí)面積

有效磷（P，mg/kg）水田土壤（%）旱地土壤（%）≤547.965.15～1046.523.2＞105.611.7土壤有效磷缺乏臨界值（P，mg/kg）

旱地作物一般為10，水稻為5，因?yàn)橥寥姥退?，部分非活性磷將轉(zhuǎn)化為有效磷。四川水田土壤近1/2缺磷，旱地土壤近90%缺磷。土壤活性磷與非活性磷在一定條件下相互轉(zhuǎn)化。

固定活性磷非活性磷

有效化有機(jī)質(zhì)C/P＜200可分解釋放有效無機(jī)磷。2、提高土壤磷有效性的途徑（1）酸性土壤施用石灰，調(diào)節(jié)其pH至6.5～6.8。（2）增加土壤有機(jī)質(zhì)，減少磷的固定有機(jī)酸等螯合劑與Ca、Fe、Al螯合，促使磷的釋放。腐殖質(zhì)包被鐵、鋁氧化物等膠體表面，減少其對(duì)磷的吸附。有機(jī)質(zhì)分解產(chǎn)生的CO2，使Ca-P碳酸化而增加溶解度。（3）土壤淹水還原可明顯提高磷有效性

酸性土壤淹水還原pH上升促使活性鐵、鋁氧化物的沉淀，減少磷的固定，堿性土pH降低，增加Ca—P的溶解度。土壤淹水Eh下降，鐵被還原，使部分Fe—P和O—P活化為有效磷。（1）集中施肥（減少與土壤接觸面），與有機(jī)肥配合施用，施用于作物近根區(qū)（磷的移動(dòng)性小）。（2）水旱輪作的磷肥施用，旱(作)重，水(稻)輕。（3）酸性土壤施堿性磷肥（鈣鎂磷肥等），堿性土施酸性磷肥（過磷酸鈣等）。（4）氮磷配合。豆科作物以磷增氮。

3、磷肥施用注意問題1、土壤硫的含量（S）

土壤硫主要來源：母質(zhì)、灌溉水、大氣沉降和施肥等。礦質(zhì)土壤含硫（S）量一般在0.1~0.5g/kg之間，隨有機(jī)質(zhì)含量增加而增加。三、土壤硫的含量和形態(tài)植物對(duì)硫的需要量和礦質(zhì)土壤含硫量都與磷相類似，但土壤缺硫現(xiàn)象不如缺磷現(xiàn)象常見。其主要原因：一是土壤對(duì)硫的固定遠(yuǎn)不如磷。二是施肥、雨水、灌溉水等可向土壤補(bǔ)給一定數(shù)量的硫。難溶態(tài)硫(FeS2、ZnS、等固態(tài)礦物態(tài))(1)無機(jī)態(tài)硫

水溶性硫(土壤溶液中的SO42-,有時(shí)有S2-)

吸附態(tài)硫(膠體吸附SO42-與溶液SO42-平衡)(2)有機(jī)態(tài)硫其含量隨土壤有機(jī)質(zhì)增加而增加。在濕潤地區(qū)，土壤硫以有機(jī)硫?yàn)橹?，?jù)我國南方10省土壤分析統(tǒng)計(jì)資料，有機(jī)硫占全硫86%(四川)～94%(福建)。北方干旱、半干旱地區(qū)土壤則以無機(jī)硫(CaSO4、Na2SO4)為主。

2、土壤硫的形態(tài)3、有效硫的含量土壤有效硫（S）分級(jí)為:

高：30～50mg/kg

中：16～30mg/kg，可滿足作物需要低：＜16mg/kg，作物容易出現(xiàn)缺硫現(xiàn)象蔥、姜、蒜是需硫較多的作物，蒜苔缺硫會(huì)導(dǎo)致抽苔率低。在富含有機(jī)硫的水田土壤，在淹水還原條件下形成H2S、FeS等有害物質(zhì)，在氧化條件下則形成酸性硫酸鹽，如Fe2(SO4)3、Al2(SO4)3等，導(dǎo)致土壤強(qiáng)烈酸化。

四、土壤硫的循環(huán)和轉(zhuǎn)化

在土壤硫的循環(huán)中，硫酸鹽（SO42-）有特別的地位。

（1）土壤硫的輸入大氣無機(jī)硫（SO2）的沉降。含硫礦物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)的輸入。（2）土壤硫的輸出植物吸收（SO42-）；SO42-的淋失；H2S的揮發(fā)。

2、土壤硫的轉(zhuǎn)化（1）有機(jī)硫的礦化和固定（2）

礦質(zhì)硫（SO42-）的吸附和解吸（3）硫化物和元素硫的氧化：氧化產(chǎn)生H2SO4，導(dǎo)致土壤酸化。

1、土壤硫的輸入與輸出第三節(jié)土壤中的鉀鈣鎂一、土壤鉀的形態(tài)和含量

土壤全鉀（K2O）含量一般在20g/kg左右，石灰性土可高達(dá)30g/kg以上，而紅壤、磚紅壤則可低于2g/kg。我國土壤全鉀量自南向北、自東向西增加。土壤鉀的形態(tài)（占全鉀%）

非交換性鉀（2～8%）

礦物鉀(9～98%)

交換性鉀（1～2%）

水溶性鉀（很少）

無效鉀

緩效鉀

速效鉀

1、礦物鉀土壤膠體靜電吸附的K+,與溶液中K+保持動(dòng)態(tài)平衡，速效鉀的主體。與非交換性鉀之間也有某種平衡關(guān)系。

3、交換性鉀包括水云母和黑云母等固有的鉀和2∶1型粘土礦物所固定的鉀。可逐漸轉(zhuǎn)化為植物吸收利用的速效鉀。土壤緩效鉀的分級(jí)指標(biāo)：

K＞600mg/kg600～300mg/kg＜300mg/kg

高中低2、非交換性鉀，又稱緩效鉀主要指原生礦物鉀——結(jié)構(gòu)鉀，極難風(fēng)化，為無效鉀。

4、水溶性鉀（溶液鉀）為植物可直接吸收的速效鉀，數(shù)量很少。土壤速效鉀與全鉀含量之間無相關(guān)性。土壤速效鉀含量（K，mg/kg）與鉀肥肥效的關(guān)系

土壤速效鉀供鉀水平作物對(duì)鉀的反應(yīng)＜30極低反應(yīng)較明顯30～60低一般有肥效60～100中一定條件下有肥效，肥效大小因作物、其它肥效配合、耕作制度和緩效鉀含量而異100～160高施鉀肥一般無效＞160極高不需施用鉀肥四川耕地土壤速效鉀分級(jí)面積統(tǒng)計(jì)（第二次土壤普查資料）耕地土壤面積（%）土壤速效鉀（K，mg/kg）＞150150～100100～50≤50水田土壤1.0528.1161.659.19旱地土壤9.7537.0350.262.96二、土壤鉀的轉(zhuǎn)化及其調(diào)節(jié)

三、土壤鉀的固定和釋放及其影響因子

1、土壤鉀的固定及影響因子土壤鉀的固定：交換性鉀→非交換性鉀影響因子：（1）粘粒礦物類型（2∶1型粘粒礦物）；（2）土壤質(zhì)地（粘粒含量）；（3）土壤的水分條件（強(qiáng)烈干燥和頻繁干濕交替有利于鉀的固定）；（4）土壤酸堿度（酸性土中水化鋁離子阻塞晶層表面六角形孔穴，減少對(duì)鉀的固定）。

土壤鉀的釋放：非交換性鉀→交換性鉀、水溶性鉀（1）釋放鉀主要來自固定態(tài)鉀和黑云母中易風(fēng)化鉀。（2）鉀的釋放量隨交換性鉀含量下降而增加。（3）土壤釋鉀能力主要決定于其非交換性鉀的含量。故土壤非交換性鉀（緩效鉀）含量可作為評(píng)價(jià)土壤供鉀潛力的指標(biāo)。（4）干燥、灼燒和冰凍對(duì)土壤鉀的釋放有顯著影響。2、土壤鉀的釋放及影響因子1、土壤中鈣、鎂形態(tài)（1）礦物態(tài)包括原生礦物和次生礦物，溶解度變化很大，其中石膏（CaSO4·2H2O）的溶解度較高，橄欖石[(Mg、Fe)2SiO4]等易風(fēng)化釋放鎂。（2）交換態(tài)和水溶態(tài)

兩者均屬有效態(tài)。一般土壤交換性鹽基以交換性Ca2+為主，次為交換性Mg2+。水溶態(tài)一般數(shù)量很少，既與交換態(tài)處于交換平衡，也與某些礦物態(tài)處于溶解平衡，如水溶態(tài)Ca2+與CaCO3、CaSO4等的平衡。

四、土壤中的鈣和鎂

華北和西北地區(qū)土壤以及其它地區(qū)的石灰性土壤，富含鈣、鎂碳酸鹽和硫酸鹽，水溶態(tài)鈣、鎂可滿足植物生長的需要。南方酸性土壤，不僅不含鈣、鎂碳酸鹽，土壤交換性鈣、鎂也較少，有效鈣、鎂不足，應(yīng)適量施用石灰或鈣、鎂礦質(zhì)肥料予以補(bǔ)充。2、土壤鈣、鎂的豐、缺狀況第四節(jié)土壤中的微量元素循環(huán)一、土壤中微量元素的來源及轉(zhuǎn)化

1、土壤中微量元素的來源與損失主要來源于巖石礦物，土壤微量元素的種類及其含量因母質(zhì)而異。其次是大氣和土壤施肥等。主要損失是植物吸收和收獲物帶走，淋洗和侵蝕也造成損失。

2、微量元素轉(zhuǎn)化

二、土壤中微量元素的形態(tài)

1、水溶態(tài)存在于土壤溶液中或可用水提取的微量元素離子或分子（主要是離子態(tài)），含量一般＜5mg/L。

2、交換態(tài)

吸附于膠體表面可為其他離子交換出來的微量元素。含量一般1～10mg/L。

3、專性吸附態(tài)在有機(jī)或無機(jī)雙電層內(nèi)層通過共價(jià)鍵結(jié)合而被吸附的微量元素，不能和另一種交換性離子進(jìn)行交換，但比晶格中礦物態(tài)的易釋放。Cu2+、Zn2+、MoO4-、H4BO4-等較易發(fā)生專性吸附。4、有機(jī)態(tài)存在于土壤有機(jī)質(zhì)中呈絡(luò)合或吸附態(tài)。當(dāng)有機(jī)質(zhì)分解時(shí)，較易釋放，故有效性較高。

5、