《土壤养分状况》PPT课件

第10章 土壤养分,一 土壤养分概述 二 土壤中的大量元素macroelements 三 土壤中的微量元素microelements,一 土壤养分概述,（一）、植物营养元素 （二）、土壤养分来源 （三）、土壤养分消耗途径,（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。,Mn,B,Fe,S,N,C,O,H,Ca,K,P,Cu,Cl,Zn,Mg,Mo,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。 大量元素：N，P，K 中量元素：Ca，Mg，S 微量元素（痕量元素）：Fe，Mn，Cu，Zn，B，Cl，Mo 有人提出，Si, Ni, Na也是植物必须营养元素，其中Si属大量元素，Ni, Na属微量元素。,目前认为植物必需营养元素有16种（大量元素9种，微量元素7种）：,大量营养元素 主要吸收形态 主要来源 在干物质中的含量（） C CO2 大气 45 H H2O 土壤水 45 O CO2 O2 大气和土壤空气 6 N NH4+ NO3- 土壤 1.5 P H2PO4- HPO42- 土壤 0.2 K K+ 土壤 1.0 S SO42+ 土壤 0.1 Ca Ca2+ 土壤 0.5 Mg Mg2 土壤 0.2,微量营养元素,微量元素 吸收形态主要来源含量 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,土壤矿物质风化 土壤有机质分解 大气降水（降尘）和地下水（矿质养分） 生物固N biological N-fixation 对耕作土而言，养分还来源于人工施肥、灌溉和农药残留。,大气沉降,施肥、灌溉,凋落物归还,（三）、土壤养分的消耗途径,植物吸收 雨水淋失 森林凋落物采收 气态逸出损失,二 土壤中的大量,土壤中的氮nitrogen 土壤中的磷phosphorus 土壤中的钾Potassium,土壤中的氮nitrogen,（一）氮在土壤和植物中的含量 （二）土壤中氮素的来源 （三）氮的生理作用 （四）土壤中氮的形态 （五）土壤氮素的转化 （六）氮的循环,（一）氮在土壤和植物中的含量,1 氮在土壤中的含量 我国土壤含氮量（全氮）一般在0.4-3.8g/kg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。 氮素肥料施用过多往往造成江河湖泊水体的富营养化(eutrophication)和地下水硝态氮（NO3-N）累积从而造成污染。,一般把土壤含氮量 0.2%者为“高”；0.2%0.1%之间者为“中”；0.1%0.05%者为“低”，< 0.05%者为“极低”。 一般把作物在不施氮区的全年生长期所吸收的氮量做为土壤供氮能力的良好指标。,2 N素在植物体的含量,1）、除C H O外，N是作物体内含量较多的元素，在作物体内的总含量为0.35。,2）、不同的植物含N量不同。含N量最多的是豆科作物和豆科绿肥作物。,3）、不同器官含N量不同：对同一作物来讲，幼嫩器官及种子含量高；叶子高于茎、杆、根。,4）、生长时期不同，N在植物体内的分布不同。,（二） 土壤中氮素的来源,1 生物固氮作用 2 大气降水及雷电现象 3 由灌溉水输入的氮 4 氮肥,1 生物固氮,大气和土壤中的分子态氮（N2）经过微生物固定为有机态氮的过程，叫生物固氮。,2 大气降水及雷电现象,降水时其中溶解的氮氧化物如NO2，N2O，NO和NH3随水进入土壤。 闪电雷击时N2、H2合成NH3。 在温带，每年随降水进入土壤的铵态氮和硝态氮为15kg/hm2。,3 由灌溉水输入的氮,有的地区，地下水或地表水中含有一定的铵态氮和硝态氮，用这些水进行灌溉时会带入土壤一定量的氮素。,4 施用肥料,包括农家有机肥和氮素化学肥料。,（三）氮的生理作用,氮是植物蛋白质的基本成分，植物缺氮时，同化碳的能力下降，叶片失绿黄化，易于衰老，根系发育亦受到抑制。 氮素过量危害 1、降低植物体内糖分含量、作物 抗性差； 2、机械组织发育差，易倒伏； 3、引起作物徒长、晚熟。,氮素形态,（四）土壤中氮的形态,无机态氮（全N含量的1-10%左右 ）,有机态氮（占全N含量90%以上 ）,土壤氮素,铵态氮,硝态氮、亚硝态氮,溶解态铵,交换性铵,固定态铵,1 无机态氮：,占全氮量的1-10%，主要为硝态氮NO3- 和铵态氮NH4+，都是水溶性的，易于被植物吸收利用。 铵态氮易被土壤胶体吸附，不易淋失； 硝态氮不能被胶体所吸附，只存在于土壤溶液中，极易淋失。,铵态氮除主要为交换态及部分存在于土壤溶液中外，还有一部分被固定在黏土矿物的晶格中，不能溶解，也不能被交换出来，从而形成“固定态铵”。在热带地区，固定态铵可达全氮量的50%以上。 在通气不良的土壤中可能会存在NO2- 并不断累积，造成对植物的毒害。,2 有机态氮,土壤中的氮主要以有机态氮形式存在，它一般占全氮的95%左右。 按照溶解度和水解难易程度可分为三类：水溶性有机氮；水解性有机氮；非水解性有机氮。,生产上常以全氮量（%），C/N比和水解性氮含量等作为土壤供氮能力的指标。一般全氮量低于0.1%的土壤，施氮肥均能获得增产效果。 水解性氮含量等级是： 100ppm 高 50-100ppm 中等 <50ppm 低,（五）土壤氮素的转化,1 有机态氮的矿化过程 2 硝化过程 3 生物脱氮过程 4 化学脱氮过程 5 铵态氮的晶穴固定 6 氮的生物同化作用,1 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机态氮。,mineralization,2 硝化过程,矿化过程中产生的氨(甚至第一阶段氨基化过程产生的某些胺，酰胺)，在微生物作用下转化成硝酸态氮化合物。,3 生物脱氮过程(反硝化作用)：,在嫌气条件下，由多种微生物对硝态氮所产生的一系列生化还原过程。,4 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。,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。 NH4NO2 2H2O + N2 + 718千卡,5 铵态氮的晶穴固定,NH4+直径与2：1型粘土矿物晶架表面孔穴的大小相近，可能陷入晶穴内而变成固定态铵。,6 氮的生物同化,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（-NH2），通过微生物和植物的吸收同化，转化成有机态氮。,（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(phosphorus),（一）土壤中磷的含量 （二）磷素的生理作用 （三）土壤中磷的形态 （四）土壤中各类磷化合物的有效性 （五） 影响土壤磷有效性的因素,（一）土壤中磷的含量,我国土壤全P（P2O5）约在0.3-3g/kg之间，变幅很大。 就全国主要土类而言，大体上有从南向北逐渐增加的趋势。从东到西也有增加的趋势。,一般当土壤全P低于0.08-0.1%时，土壤常出现供P不足，施磷肥有增产效果。 土壤有效磷以P素含量为标准 P2.29=P2O5，P2O50.44=P,土壤供磷状况以土壤有效磷含量表示： 中性或石灰性土壤：P<10mg/kg，有效磷不足 酸性土壤：P<15mg/kg，有效磷不足,（二）磷素的生理作用,磷是植物细胞核的重要组成成分，主要集中在植物的种子中。 磷对提高植物抗病性，抗寒性及抗旱能力有良好作用。 磷还能促进根系发育。,（三）土壤中磷的形态,1 有机磷 organic phosphorus,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，大多要经微生物作用，使之转化为无机态有效磷，才能被植物吸收利用。,2 无机态磷 inorganic phosphorus,1）磷酸钙，镁类化合物（即钙磷、镁磷） 2）磷酸铁和磷酸铝类化合物（即铁磷、铝磷） 3）闭蓄态磷,闭蓄态磷,由氧化铁或氢氧化铁胶膜包被着的磷酸盐（以铁盐为主，也有少量铝盐和钙盐），称闭蓄态磷。 闭蓄态磷占无机磷的比例很大，尤其在强酸性土壤中，往往超过50%，砖红壤中甚至可高达90%。 闭蓄态磷一般对植物无效。,（四）磷的有效性,1 速效磷 2 迟效磷 3 极迟效磷,1 速效磷,指植物根系能吸收的H2PO4-，HPO42-，PO43-等阴离子，含量很低，一般只有几个几十个ppm。 速效磷含量可作为土壤供磷指标： 20mg/kg 极高,2 迟效磷,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的磷化合物。 包括磷酸八钙Ca8H2（PO4）6，新近形成的Fe，Al，Mn等的磷酸盐及正在矿质化的有机磷化合物。 占全磷的10-20%。,3 极迟效磷,一般植物很难吸收利用的化合物，包括磷灰石，老化的Fe，Al，Mn的磷酸盐及稳定的有机化合物。 约占全磷的80-90%。,上述3种磷维持着如下的动平衡关系：,速效磷 迟效磷 极迟效磷,土壤中磷的转化 施肥 有机态磷 (影响矿化率的因素) H2PO4 无定形磷酸盐 结晶态磷酸盐 HPO42 闭蓄态磷 (有效性降低) 吸附态磷 矿物矿化,Eh交替变化,老化,生物 矿化固定 作用,化学沉淀 释放作用,解吸 吸持 作用 固定,施肥 矿物 难容性 (有机、无机) 矿化 磷释放 植物吸收 生物固定 化学沉淀 闭蓄态固定 淋失 吸附固定 我国磷肥的利用率平均为1025,土壤有效磷,（五） 影响土壤磷有效性的因素,1)pH 2)土壤有机质数量及分解状况 3)土壤中Fe3+，Al3+，Mn2+等离子的数量 4)微生物活动 5）土壤温度和湿度,1) pH,可能是影响磷的固定的最重要因素，pH值为6.5-7.5，磷的有效性最高。,2) 土壤有机质数量及分解状况,有机质能增加P的有效性。 有机质分解的某些中间产物能与Al3+，Fe3+，Mn2+，Ca2+等形成螯合物，从而减少磷的化学固定； 有机质分解产生的有机酸，可增加石灰性土壤中固定态P的有效性。,3) 土壤中Fe3+，Al3+，Mn2+等离子的数量,这些离子数量多，P被固定的机率大，有效性则要降低。,4) 微生物活动,微生物可促进有机态P的矿化和分解，从而促进P的有效性,5）土壤温度和湿度,温度高，湿度大，有机磷的矿化速度快。,磷肥的利用率 磷肥当季利用率10-30%，但有后效。累积叠加利用率可达86%。 利用率低的原因： 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,1.调节土壤pH 2.增加有机质 有机胶体的被覆作用 有机胶体络合作用 有机酸的溶解作用 有机阴离子与磷酸根竞争专性吸附点 3.土壤淹水 4.集中施肥,土壤中的钾,（一）含量 （二）钾素的生理功能 （三）土壤中钾的形态 （四）土壤中钾的转化,（一）含量,我国土壤全钾量（K2O）远高于N，P含量，而且变幅很大，少的只有万分之几，多的可达4-5%。 红壤、砖红壤等风化强烈，是含钾量最低的土壤种类。华南砖红壤地区土壤全钾最少，平均不足0.5% 西北，华北，东北黄土母质地区的旱地土壤含钾较多，平均为2-2.5%左右。,我国地域性分布规律：由北向南、由西向东渐减，东南地区土壤多缺钾。,（二）钾素的生理功能,钾能加速植物对二氧化碳的同化过程，促进碳水化合物的转移，促进蛋白质的合成和细胞的分裂 增强植物抗病力，减少植物蒸腾，提高抗旱性。,（三）土壤中钾的形态,1 无效态钾 2 缓效钾 3 速效钾,1 无效态钾,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，约占土壤全钾量的90%以上。,2 缓效钾,被2：1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2-6%。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衡关系。,3 速效钾,主要指土壤溶液中的K+和吸附在土壤胶体上的钾离子。植物易于吸收利用。 速效钾占土壤全钾的千分之几到1-2%。而其中吸附在胶体上的钾离子（交换性钾）占速效钾的90%。,速效钾含量水平分级 <30mg/kg 极低 30-60mg/kg 较低 60-100mg/kg 中等 100-160mg/kg 较高 大于160mg/kg 极高,在施用化学钾肥时，应分次，适量，避免一次过量； 宜条施或穴施，提高钾的饱和度，增加钾的有效度； 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。,三 微量元素 microelements,概念 土壤中各微量元素的状况,概念,微量元素是指植物必须但需要量很少的元素，主要包括B，Mo，Cu，Zn，Fe，Mn，Co，Cl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，与植物生长关系密切的是有效含量。,土壤中微量元素状况,1 Fe 2 Mn 3 Cu 4 Zn 5 B 6 Mo 土壤微量元素含量范围，有效形态及主要来源,土壤微量元素含量范围，有效形态及主要来源,土壤有效硼分级,含硼量(mg/kg) 丰缺程度 2.0 很高,土壤活性锰分级,活性锰含量(mg/kg) 丰缺程度 300 很高,土壤有效锌分级,有效锌含量(mg/kg) 评价 5.0 很高,土壤有效铜分级：,有效铜 (mg/kg ，DTPA提取) 评价 1.0 高,土壤有效钼分级：,土壤含量mg/kg 评价 0.30 很高,土壤有效铁分级：,有效铁含量mg/kg 评价 10 高,