土壤学课件第二章第三节 土壤养分.ppt

第二章 土壤性质 土壤养分l 土壤所含养分的来源、消耗和循环l 大量元素、微量元素的生理功能、存在形态及其对植物的有效性主要内容提要第一节 概述l 土壤养分：指主要依靠土壤来供给的植物必需营养元素l 土壤养分的有效性是决定植物生长和土壤生产力的主要因素之一，是土壤肥力的重要因子之一l 如缺少该营养元素，植物就不能完成其生活史 （必要性）l 该营养元素的功能不能由其它营养元素所能代替 （不可替代性或专一性）l 该营养元素直接参与植物代谢作用如为植物体的必需成分或参与酶促反应等 （直接性）1、判断必需元素的依据（Arnon and Stout，1939提出三条标准）必需营养元素的种类(16+1)大量元素（0.1%以上）微量元素（0.1%以上）C、H、O 天然营养元素N、P、K 植物营养三要素 或肥料三要素Ca、Mg、S 中量元素Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo、Cl、（Ni）来源非矿质元素来自空气和水矿质元素来自土壤一、土壤养分的来源1、矿物质岩石矿物风化释放出来的养分，是土壤最初的养分来源 K如正长岩、流纹岩和花岗岩、云母片岩P玄武岩闪长岩花岗岩Ca石灰岩最多,其他如辉长岩、玄武岩、闪长岩等Mg橄榄岩最多，其次玄武岩、辉长岩等Fe玄武岩最多2、土壤有机质l 有机质分解释放出来的养分.l N、P、S等营养元素绝大部分以有机态积累和贮藏在土壤中。

生物固氮 大气降水 含有NO2 、NO 、SO2 NH3Cl2及Mg Na K Ca 施肥：人为地施入有机或无机肥3、其他来源二、土壤养分的有效性l 土壤中不是所有的养分形态均能被植物吸收的，这决定于它们的存在形态，能被植物吸收的养分称为有效养分(available nutrient) 土壤养分的分类（根据养分对植物的有效程度）l 速效养分l 缓效养分l 难效养分第二节 土壤中的大量元素一、土壤中的氮1、氮的功用l 蛋白质的重要组分 （蛋白质中平均含氮16%-18%）；l 核酸的成分 （核酸中的氮约占植株全氮的10）l 叶绿素的组分元素 （叶绿体含蛋白质4560，是光合作用的场所）l 许多酶的组分 （酶本身就是蛋白质）；l 多种维生素、植物激素、生物碱的成分田 间 水 稻 缺 氮l土壤表层的含氮量通常为0.02-0.5% 地球总氮量的98%存在于地球深处的岩浆岩中， 远离我们所生活的土壤-植物-大气-水分环境 因此， 我们将重点讨论生物圈中2%的氮素循环 l土壤中的大部分氮素来源于生物固氮2、氮素的来源和分布土壤中的氮素以两类形态存在: 无机态氮和有机态氮,大部分的土壤氮以有机态存在。

1）无机态氮包括： 铵态氮(NH4+): 被胶体吸附着，易被植物吸收 植物直接吸收的两种 主要氮素形态,称速效硝态氮(NO3-): 存在于土壤溶液中，易流失 养分，只占全氮的1-2%亚硝态氮(NO2-)： 亚硝态氮对植物生长有害,但一般土壤中含量极少, 因 很快转化为硝态氮，只有在极端厌氧条件下才会积累氧化亚氮 ： 反硝化过程的产物, 氧化氮和氮气： 一般存在于土壤空气中3、氮素的形态（2）有机态氮包括： 有机态氮通常占土壤全氮量的95%以上 有机态含氮化合物以蛋白质， 氨基酸和其它复杂的有机氮化合物形态存在 根据它们的可溶性和分解的难易程度可分为: l 可溶性有机氮l 水解行有机氮l 非水解性有机氮4、氮素循环（1）有机氮的矿化作用l 定义：指含氮的有机化合物在多种微生物的作用下降解为铵态氮的过程分成两个过程进行）、水解过程 蛋白质 多肽 氨基酸、酰胺等条件 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 水解水解朊酶朊酶图中所描述的氮素循环表明， 土壤中氮素的循环过程有以下几个方面:、水解过程RCHNH2COOH + O2 RCH2COOH + NH3 + E 条件： 真菌、细菌、放线菌等； 在通气良好； 对低温特别敏感； 水分6070%； pH值要求在4.85.2 C/N比适当。

铵化微生物酶（2）硝化作用（nitrification）l 定义：硝化作用是指土壤中的铵或氨在微生物的作用下氧化为硝酸盐的过程（分两个过程进行）、亚硝化过程 NH4O2 NO2 4H 条件：亚硝化细菌（专性自养型微生物） 通气：良好 O2 5% pH 5.5 - 10 (7-9), 深施 土壤水分含量 土壤中NH4的含量（6）硝酸还原作用NO3 NH4嫌气条件硝化还原酶（7）无机氮的生物固定l 定义：土壤中的铵态氮和硝态氮被微生物同化为其躯体的组成成分而被暂时固定的现象l 过程： 铵态氮 硝态氮 生物固定 生物固定 有机氮 l 影响因素：影响条件 土体的C/N比、温度、湿度、pH值（8）硝酸盐的的淋洗损失l NO3 N 随水渗漏或流失，可达施入氮量的510二、土壤中的磷1、磷素的功用l 磷是细胞核的成分之一，磷对细胞分裂和植物器官的分化，特别是开花结果起着重要作用磷对提高植物的抗病性、抗 性和抗旱能力有良好的作用l 植物缺磷抑制体内细胞分裂，使生长缓慢，缺磷体内植物蛋白质合成减慢，有氨基酸积累，同时营养器官内含有大量糖类，有利于叶内合成花青素，使叶子呈紫色、深绿色，根系发育不良，植株表现矮化现象，结实率下降。

自左至右，依次为油菜幼叶至老叶，缺磷油菜叶片从暗紫发展至紫红色幼叶 老叶油菜缺磷图为缺磷的油菜叶片，缺磷使体内碳水化合物代谢受阻，糖分积累，形成紫红色l 土壤全磷含量低 通常不超过全氮含量的十分之一到四分之一 l 磷化合物在土壤中的难溶性导致它很难被植物吸收利用 土壤中的速效磷含量与全磷含量很少相关， 所以土壤全磷量不能作为土壤磷素供应水平的确切指标l 当有机或无机磷肥施用后， 可溶性的磷很容易被固定变为不溶性的 一般每年只有10-20%的磷肥能被植物吸收利用土壤缺磷三方面的原因2、磷素的形态无机态磷 （占全磷的50-75% ）（1）水溶态磷 l pH7.2 以HPO42-为主 l pH=7.2时 两者相等2）吸附态磷 通过通过各种力被土壤固相表面吸附的磷酸根或磷酸阴离子 吸附和解吸处于动态平衡，当溶液中磷被移走（如植物吸收）时，吸附态磷就释放到溶液中，同样，溶液中磷增加，则有部分磷被吸附而呈吸附态磷3）矿物态磷 无机磷几乎99%以上以矿物态存在不同土壤中有不同的含磷矿物存在 石灰性土壤中主要是磷酸钙盐：氟磷灰石，氢氧磷灰石，碳酸磷灰石 酸性土壤中以磷酸铁和磷酸铝盐为主：有磷铝石和粉红磷铁矿。

4）闭蓄态磷 酸性土壤中被水化氧化铁所包裹的磷化合物有机态磷 土壤中的有机磷一般占全磷的50% 表土中有机磷一般占全磷的20-80% 随着土层深度的增加， 有机磷所占的比例减少而无机磷的比例逐渐增加1）肌醇磷酸盐 这部分占全有机磷全量的10-50% （2）核酸占有机磷全量的0.2-2.5%3）磷脂 占有机磷全量的1-5%3、磷素的循环磷循环主要在土壤-植物和微生物中进行，其过程为l 植物吸收土壤有效态磷，动植物残体磷返还土壤再循环；l土壤有机磷矿化；l土壤固结态磷的微生物转化；l土壤粘粒和铁铝氧化物对无机磷的吸附解吸，溶解和沉淀4、土壤磷的调节目的是要提高土壤磷的有效性 （1）调节土壤酸度到中性范围 因为此时磷的固定最少 （2）提高土壤有机质 矿化释放磷减少磷的固定分解产生的有机酸可促进弱酸溶性磷的溶解（3）土壤淹水酸性土壤pH升高，而碱性土壤pH 下降，即土壤pH 趋于中性土壤氧化还原电位下降，将高价磷酸铁还原成低价铁而提高磷酸铁的溶解度闭蓄态磷的包模被还原溶解，内部的磷释放进入溶液 A、土壤矿物 l 磷的吸附和解吸将受到矿物表面类型的影响 l 铁铝氧化物， 它们的丰度以在高度风化的， 酸性的土壤中最高， 可吸附大量的磷。

l 非晶质的氧化物由于表面积大， 更容易吸附磷 l 1:1型粘土矿物如高岭石比2:1型粘土矿物如伊利石更容易吸附磷， 因为它们含有更多的铁铝氧化物l 石灰性土和钙饱和的粘土含有较低的可溶性磷， 因为磷很容易被沉淀和吸附l 和中性或碱性土相比， 相同表面积的酸性土可固定两倍的磷， 且被固定磷的结合强度比在中性或碱性土中高5倍影响土壤中磷固定的因素B、土壤pH值 在土壤pH极高或极低时， 磷都很容易被固定 当pH值保持在6.0-7.0时磷被固定的可能性最小， 土壤磷素对植物具有最大的有效性C、土壤有机质 通常有机质可阻止磷的固定 D、土壤中的阴离子和阳离子效应 由于两价的阳离子比一价的阳离子吸附力大， 因而对磷的吸附力也强 如上所述， 由于无机和有机阴离子都可以和磷竞争吸附电位， 从而导致对土壤溶液中磷的吸附作用降低 阴离子与矿物表面结合能力越强， 被吸附的可能性就越大二、土壤中的钾1、钾素的功用l 加速CO2同化、碳水化合物合成l调节细胞渗透压(细胞膜透性降低)l酶活性l增加抗性(抗病虫、抗旱、抗寒)“抗逆元素”l果品的品质(含糖量和Vc的含量)“品质元素”l缺素症状：从下部老叶开始 玉米缺钾时，所形成的果穗尖端呈空粒，如能够形成籽粒也不充实，淀粉含量低。

大多数土壤含钾较多， 在0.5-2.5%之间 质地较粗的砂质或石英质土壤含钾量低于质地较细， 含钾丰富的矿物风化形成的土壤 土壤溶液中的钾交换性钾非交换性钾矿物中的钾 土壤溶液中的钾一般在4 ppm左右， 土壤饱和提取液 中的钾在3到156 ppm 在干旱或盐碱地中含钾量可能很高是指存在于膨胀性层状硅酸盐矿物层间和颗粒边缘上的一部分钾包括天然层状硅酸盐矿物如黑云母和伊利石中的钾和由交换性钾或水溶性钾转变为层间钾这部分钾在一定条件下可以逐渐释放 ，供植物吸收利用占全钾的2-8%）静电作用带负电的土壤胶体可吸附钾离子（占全钾的1-2%） 包括白云母，金云母，正长石和微斜长石 钾长石是土壤中含钾最丰富的矿物， 但矿物钾是被固定在晶格之间的， 因而只能在晶格被破坏后， 钾才能释放出来速效钾缓效钾无效钾2、土壤钾的含量3、土壤钾的形态钾的输入途径l 大气沉降l 矿物风化释放 每年降雨可提供每公顷1到5公斤的钾 在幼年土上， 矿物风化每年可提供每公顷5到10公斤的钾， 而砂质， 老年土风化提供的钾每公顷不到1公斤3、土壤钾的循环l 植物需吸收利用植物生长发育需要大量的钾， 其需要量一般是磷的5到10倍， 或和氮的需要量相当。

如果地上部分被收获走， 从土壤里损失的有效钾的量可能很大l 钾的循环和转化的动态性变化很强 由于植物不断吸收钾以及钾的淋洗， 钾不断地但缓慢地从原生矿物中释放出来， 变成有效态的钾， 以补充土壤溶液中损失的钾 如果土壤中钾的含量偏高， 那么钾就容易被固定l 四种形态的钾素在土壤中的分布很大程度上与土壤中的粘土矿物种类有关 如2:1型的粘土矿物比高岭石含钾量高 l 土壤溶液中的钾可被植物和微生物吸收利用， 或被吸附在土壤胶体表面， 或从土壤根系区中被淋洗土壤中不同钾素形态的转化第三节 土壤中的Ca、Mg、S一、土壤中的钙1、钙的功用l 稳定细胞膜l 促进细胞的伸长和根系生长l 行使第二信使功能l 调节渗透作用l 具有酶促作用l 影响作物品质植株缺钙： 生长点坏死水 稻番 茄菠 萝大白菜缺钙的典型症状：内叶叶尖发黄，呈枯焦状，俗称“干烧心”，又称“心腐病”苹果苦陷病明明没有虫子，怎么会有虫子咬过的痕迹呢？2、土壤中的钙l 一般土壤并不缺钙， 但在土壤淋洗强烈以及未施石灰的酸性土壤上， 也会发生缺钙现象l 湿润地区砂质土壤含钙量较少， 湿润温带地区的非石灰性土壤含钙量在0.7-1.5%左右。

湿润热带地区风化强烈的土壤只含有0.1-0.3%的钙干旱地区土壤一般含钙量较高l 土壤中的含钙量在15 ppm左右就足以满足植物生长的需求 3、土壤中钙的形态水溶性钙 交换态钙 矿物态钙 土壤水溶液中的钙离子 胶体吸附的可交换性钙离子 钙长石(CaAl2Si2O3)是土壤中钙最主要的来源 钙也可来自黑云母、 磷灰石、及黑色硅质。