土壤肥料學-第四章1-土壤養(yǎng)分n

1、上節(jié)回顧,1、名詞解釋：地質大循環(huán)、生物小循環(huán)2、土壤形成的因素？3、主要成土過程包括哪些？4、土壤分類?,地質大循環(huán)：裸露地表的巖石礦物風化后，其風化產(chǎn)物經(jīng)淋溶、搬運、沉積，最后又形成巖石的循環(huán)過程.生物小循環(huán)：生物在地質大循環(huán)的基礎上，得到巖石風化產(chǎn)物中的養(yǎng)分，以構成生物有機體，生物死亡后經(jīng)微生物的分解又重新釋放出養(yǎng)分，再供下一代生物吸收利用的循環(huán)過程.,上節(jié)回顧,土壤形成的因素？,上節(jié)回顧,母質、氣候、生物、地形、時間,1

2、.氣候是決定因素，決定土壤類型的分布規(guī)律；2.生物是主導因素，影響土壤肥力的發(fā)育；3.地形是調節(jié)因素，影響土壤成土的強度；4.母質是遺傳因素，影響土壤本底特性；5.時間是發(fā)展因素，影響土壤的發(fā)育階段；,1）原始成土過程2）有機質積聚過程3）粘化過程4）鈣積和脫鈣過程5）鹽化脫鹽過程6）堿化與脫堿過程,7）富鋁化過程8）灰化過程9）潛育化和潴育化過程10）白漿化過程11）熟化過程12）退化過程,主要成土過程(p

3、53-56),上節(jié)回顧,脫硅富鋁化過程,黃棕壤粘膜,灰化層,黑鈣土鈣積層,上節(jié)回顧,潴育化水稻土,潛育化,水位下降后出現(xiàn)“紅棕色銹層” 水位上升后形成“蘭灰色層”,靜水浸泡 強還原,上節(jié)回顧,1）淋溶層（腐殖質層、A 層）表層生物活動最強烈腐殖質積累較多顏色暗，結構好部分物質往下層淋溶,土壤的發(fā)生層次,上節(jié)回顧,土壤的發(fā)生層次,2）淀積層（B層） 上部淋溶下來的物質及下部的 水溶性物質，聚積沉淀。 反映遷移的

4、物質種類和遷移特 點，能較完整的反映成土過程 的特征，為診斷層。,上節(jié)回顧,土壤的發(fā)生層次,3）母質層（C層）一般巖石風化或地質沉積物4）覆蓋層（A0層）林地的枯枝落葉層，A層之上,上節(jié)回顧,土壤分類,磚紅壤磚紅壤是我國最南端熱帶濕潤氣候條件下，強富鐵鋁化過程形成的地帶性土壤。主要分布區(qū)在雷州半島南部、海南島、南沙、西沙群島、云南西雙版納的中低山和丘陵地帶。因富含氧化鐵而呈磚紅色， 但不同母質上發(fā)育

5、的磚紅壤其紅色鮮艷程度不同。,發(fā)育在海岸堆積物上的磚紅壤,發(fā)育在花崗巖上的磚紅壤,發(fā)育在玄武巖上的磚紅壤,磚紅壤特性：磚紅壤的粘粒含量很高，質地粘重，但由于氧化鐵和氧化鋁膠體形成的結構體，致使土壤的滲透性還比較好，滯水現(xiàn)象不嚴重；由于高度風化，土壤呈強酸性（pH 4.5～5.0），植物養(yǎng)分貧瘠。,磚紅壤的透水土壤結構,磚紅壤內的螞蟻巢穴,磚紅壤利用：磚紅壤熱量條件最,好，是我國唯一能夠生產(chǎn)橡膠和咖,啡的地區(qū)；糧食作物一年兩熟到三,

6、熟；荔枝、龍眼、香蕉、楊桃、菠,蘿密等熱帶水果、花卉和冬季蔬菜,是優(yōu)勢作物。,上圖為磚紅壤區(qū)的農作物香蕉和甘蔗上圖磚紅壤區(qū)的荔枝，左圖菠蘿密，右圖橡膠林,,,赤紅壤,赤紅壤發(fā)生與分布：赤紅壤是南亞熱帶濕熱,氣候條件下，較強富鐵鋁化過程形成的地帶,性土壤。其富鐵鋁化過程強度、土壤養(yǎng)分和,酸性介于紅壤和磚紅壤之間。赤紅壤主要分,布在南嶺以南至雷州半島北段。,赤紅壤特性：赤紅壤的粘粒含

7、量很高，質地,粘重，但由于氧化鐵和氧化鋁膠體形成的結,構體，致使土壤的滲透性還比較好，滯水現(xiàn),象不嚴重；由于高度風化度高，土壤呈較強,酸性，pH 5.0左右，植物養(yǎng)分貧瘠。,右上角圖為赤紅壤斷面左圖為林下赤紅壤右圖為侵蝕的赤紅壤剖面,赤紅壤天然植被：赤紅壤為常綠季雨林，主要有荷木、榕樹、杜英等，地被植物多厥類。,赤紅壤地區(qū)榕樹,,赤紅壤利用：赤紅壤區(qū)可種植龍眼、荔枝、甘蔗、洋桃、香蕉、芒果等，還可以種植藥材，

8、首烏、杜仲、靈芝、三七等，大田作物一年兩熟到三熟，為我國冬季蔬菜的產(chǎn)地。,赤紅壤旱地種杜仲,赤紅壤區(qū)荔枝林,赤紅壤旱地種楊桃,,,紅壤,紅壤發(fā)生與分布：紅壤為中亞熱帶濕潤季風氣候，,富鐵鋁化作用下形成的地帶性土壤 。主要分布于,北緯25°～31°的中亞熱帶低山丘陵區(qū)，大約北起,長江，南至南嶺，包括云南高原的廣大地區(qū)和貴州,高原的低山區(qū)。,紅壤特性：紅壤的粘粒含量很高，質地粘重，但由,于氧化鐵和氧化鋁膠體形成的結構

9、體，致使土壤的,滲透性還比較好，滯水現(xiàn)象不嚴重；土壤風化度,高，酸性到強酸性（pH 5.0～5.5） ，植物養(yǎng)分貧,瘠。,,上圖：紅壤區(qū)油茶,紅壤利用：紅壤區(qū)以稻麥棉為主，一年兩熟或一年三熟，并廣泛栽培有毛竹、油茶、油桐、柑桔等人工林，是重要的糧、棉、油、茶、柑枯和蠶絲的生產(chǎn)基地。,上圖：紅壤區(qū)柑橘園下圖紅壤茶園,,,黑土,黑土發(fā)生與分布：黑土是溫帶濕潤或半濕潤季風氣候下、腐殖質化形成的具有深厚的黑色腐殖質層的地帶性土壤

10、。黑土主要分布于小興安嶺西南麓、長白山西麓，即嫩江、哈爾濱、長春一線；年均氣溫約3.5～6℃，降水量500～600mm。,黑土特性：黑土具有深厚的松軟的腐殖質表層，該層有機質含量很高，開墾前達5～8%，水穩(wěn)性微團粒結構，疏松多孔；土壤中性到微酸性，pH6.5～7.0，植物養(yǎng)分水平高。,左圖黑土剖面，腐殖質層明顯與下面的土層過渡,右圖黑土剖面的腐殖質層與下面的土層過渡不明顯，腐殖質淋溶深,,,黑土利用：目前，黑土基本都

11、已開墾為農田，盛產(chǎn)大豆、高粱、玉米、小麥，是我國的主要商品糧基地。黑土開墾以后，在施肥不足的情況下，有機質含量下降，農業(yè)生產(chǎn)障礙主要是春旱和早霜問題。,灰漠土灰漠土發(fā)生、特性與分布：灰漠土是溫帶荒漠或荒漠草原區(qū)形成的地帶性土壤，成土母質多為黃土狀沖積物，地表有孔狀結皮，土壤質地為粉砂壤或砂壤；土壤淋洗微弱，因此石膏和易溶鹽在剖面中分異不明顯，pH 8.4～9 ?；夷练植荚跍貛Ц珊担ń邓?00～200mm）的準葛爾盆

12、地南部、天山北麓山前傾斜平原與古老沖積平原、甘肅的河西走廊中，西段的祁連山山前平原和阿拉善高原?；夷林脖唬夯夷羺^(qū)天然植被為旱生和超旱生的灌木與半灌木，如假木賊、琵芭柴、蒿、豬毛菜等，覆蓋度一般小于5 ～ 10％。,灰漠土景觀,,上圖為灰漠土區(qū)新疆生產(chǎn)建設兵團種植棉花,灰漠土利用：灰漠土只有在利用引水（雪山融水與地下水）灌溉時，才能種植作物，是典型的綠州農業(yè)。農業(yè)生產(chǎn)應利用氣候資源優(yōu)勢，種植經(jīng)濟瓜果和棉花，但要防止次

13、生鹽漬化。對于大部分灰漠土來說，土地利用主要還是放牧業(yè)，但生產(chǎn)力也很低，要防止超載過牧、造成風蝕沙化與草場退化。,灰漠土區(qū)新疆生產(chǎn)建設兵團墾荒種植的雕塑灰漠土區(qū)維族農民種植的哈密瓜,棕漠土棕漠土發(fā)生、特性與分布：棕漠土是暖溫帶荒漠景觀下形成的土壤。母質多是戈壁灘，地表礫石覆蓋，礫石下有多孔狀結皮－鱗片層，土壤中多礫石，某些棕漠土有鹽分積累，甚至有鹽磐。棕漠土主要分布在塔里木盆地四周山前傾斜平原與古老沖積平原，河西

14、走廊的最西段。棕漠土植被：棕漠土區(qū)天然植被為超旱生的肉汁、深根的小半灌木與灌木，如琵芭柴、假木賊、麻黃、戈壁黎等，覆蓋度不到1％。,棕漠土剖面,鹽磐棕漠土剖面，剖面中有兩層鹽磐,上圖為棕漠土景觀,,上圖為在戈壁上打坎兒井，利用地下水進行灌溉左圖為灰漠土種植葡萄,棕漠土利用：棕漠土區(qū)氣候極端干旱（降水量<50mm），只有灌溉，才能種植作物。這里光照熱量條件優(yōu)越，只要有水灌溉，生產(chǎn)力還是相當高的，糧食作

15、物可以一年兩熟，棉花優(yōu)質高產(chǎn)。由于土壤質地粗，多礫石，漏水嚴重，應采用滴灌等節(jié)水灌溉措施，這對防止次生鹽漬化也很重要。棕漠土地區(qū)大部分是未利用,土地，有放牧業(yè)存在，但生產(chǎn)力極低。,第四章 土壤肥力,土壤肥力,狹義：指土壤供給植物養(yǎng)分的能力廣義：土壤為植物生長提供和協(xié)調營養(yǎng)條件和環(huán)境條件的能力 營養(yǎng)條件：水分和養(yǎng)分 環(huán)境條件：溫度、空氣、濕度、酸堿度、松緊度和潔凈度等因素,肥力基本因素：水、肥、氣、熱,主要

16、內容,第一節(jié) 土壤養(yǎng)分第二節(jié) 土壤水分第三節(jié) 土壤空氣第四節(jié) 土壤熱量第五節(jié) 土壤緩沖性第六節(jié) 土壤的保肥性與供肥性第七節(jié) 土壤肥力因素相互關系,本章重點,1、養(yǎng)分的有效性2、土壤氮、磷的轉化及其影響因素3、土壤水量的表示方法與計算4、土壤空氣組成的特點,第一節(jié) 土壤養(yǎng)分,2002年，蘄春,耕作土壤的自身養(yǎng)分難以滿足豐產(chǎn)優(yōu)質的需要,? 土壤養(yǎng)分－指植物所必需的，主要是土壤來提供的營養(yǎng)元素就叫

17、做土壤養(yǎng)分。土壤養(yǎng)分是土壤肥力的物質基礎，是土壤肥力的重要組成因素。,? 速效養(yǎng)分－能夠直接被植物吸收利用或通過便捷的形態(tài)轉化后就能被植物吸收利用的養(yǎng)分形態(tài),? 無效養(yǎng)分－不能被植物吸收利用的土壤養(yǎng)分，且較難向速效養(yǎng)分形態(tài)轉化的養(yǎng)分,? 緩效養(yǎng)分－不易被植物吸收，但可以緩慢釋放出來轉化為速效養(yǎng)分,第一節(jié) 土壤養(yǎng)分,土壤養(yǎng)分含量的表示方式1、以元素表示，如N、P、K；注意與肥料中養(yǎng)分表示相區(qū)別。2、單位：g·kg-1、mg&

18、#183;kg-13、原來的單位：%，ppm (part per million)基本淘汰。,第一節(jié) 土壤養(yǎng)分,,土壤養(yǎng)分三要素,P,N,K,第一節(jié) 土壤養(yǎng)分之土壤氮素,土壤氮含量、來源及影響因素含量土壤氮素形態(tài)及其有效性（重點）土壤氮素轉化（重點 難點）農田土壤氮平衡土壤氮素調節(jié),我國農田耕層土壤平均含氮量為1.05g/kg，非耕地為1.43g/kg,土壤含氮量 > 2.0 g/kg者為“高”

19、 1.0-2.0 g/kg之間者為“中” 0.5-1.0 g/kg者為“低” < 0.5g/kg者為“極低”,土壤氮含量、來源及影響因素含量,土壤氮含量,我國主要地區(qū)表層土壤平均氮含量,土壤氮含量、來源及影響因素含量,土壤氮含量,土壤氮含量、來源及影響因素含量,土壤氮來源,太湖地區(qū)大氣干濕沉降和灌溉水輸入農田的氮素數(shù)量,1．植被與氣候

20、 一般：草本植物 ＞ 木本植物 草本植物：豆 科＞ 非豆科木本植物：闊 葉 林＞針葉林,一般而言： 溫度愈高，有機質分解愈快，OM含量低，N少； 濕度愈高，有機質分解愈慢，OM積累的多，N多。,土壤氮含量、來源及影響因素含量,土壤氮影響因素,2．土壤有機質含量 土壤氮素和土壤有機質二者呈正相關關系。土壤氮素的含量大致占土壤有 機質含量的

21、5%左右。,土壤氮影響因素,1、有機氮（占全氮的95%以上）,① 水溶性有機氮（<5%） 游離氨基酸、銨鹽、酰胺類化合物② 水解性有機氮（50%-70%）在酸、堿或酶作用下能水解成簡單的易溶性氮化合物的有機物 主要有蛋白質、多肽類、核蛋白類和氨基糖類,土壤氮素形態(tài)及其有效性,③ 非水解性有機氮（30%-50%） 不溶于水、用酸、堿處理也不能水解，對植物是無效的 雜環(huán)態(tài)氮化物、糖與胺的縮

22、合物以及木質素類物質等復 雜結構的含氮有機化合物,土壤氮素形態(tài)及其有效性,1、有機氮（占全氮的95%以上）,2、無機氮（占全氮的1.0%-2.0%）,① 主要是NH4+，NO3-（或NO2-）② NH4+和NO3-均易溶于水，能直接被植物吸收利用③ 旱地以NO3-為主，水田以NH4+為主④ NH4+還可以固定態(tài)存在于礦物晶格中,土壤氮素形態(tài)及其有效性,3、氣態(tài)氮,只有經(jīng)過微生物的固定才能轉化為植物N源,土壤氮素

23、形態(tài)及其有效性,1．有機氮的礦化：水解、氨化和硝化,2、土壤的脫氮：反硝化、硝酸鹽的淋失、氨的揮發(fā)。,3、土壤氮素的固定：微生物的同化固定、有機質的縮合固定、銨的粘土礦物晶層間固定。,土壤氮素轉化,,NITROGEN CYCLE,,N states,Various states of N,,NITROGEN,,Denitrification,,N2,Biological and Chemical Fixation,Atmospheric

24、 Nitrogen, 78%,,,,,,,,,,,,,,NH3 + H+ = NH4,Clay Fixation and Release,,,,,,,,,,,,,NO3,,,,Leaching,,,,,N2 N2O,Immobilization (use by the plant),,N from air is fixed by microbes and lightning.,N Fixation,NITROGEN,Nitroge

25、n Fixation,,,Denitrification,,N2,Biological and Chemical Fixation,Atmospheric Nitrogen, 78%,,,,,,NH3 + H+ = NH4,Clay Fixation and Release,,,,NO3,,,,Leaching,,,,,N2 N2O,Immobilization (use by the plant),,N from Organic M

26、atter,N is released from organic matter decomposition.,Mineralization,Mineralization,土壤有機氮的礦質化***,土壤中的有機氮化合物，在微生物的作用下逐步分解，最終產(chǎn)生銨鹽的過程。,土壤氮素轉化,①氨基化 aminization 蛋白質 → R-NH2+CO2+其它產(chǎn)物十能量(蛋白水解酶) 多肽②氨化作用ammonifica

27、tion R-NH2+H2O → NH3+R-OH+能量好氣、嫌氣條件均可進行，偏酸性土壤環(huán)境。好氣分解速度快，累積的中間產(chǎn)物（有機酸）少。,,,,Denitrification,,N2,Biological and Chemical Fixation,,,,,,NH3 + H+ = NH4,Clay Fixation and Release,,,,NO3,,,,,N2 N2O,Immobilization (use by th

28、e plant),,NITROGEN,Oxidation of NH4 to NO3 is nitrification.,Nitrobactor,Nitrosomonas,Nitrification,,NO2,,,Two kinds of bacteria are involved in two steps.,硝化作用（nitrification),硝化作用（ nitrification ）***,氨或銨鹽，在通氣良好的條件下，經(jīng)過微生

29、物氧化生成硝態(tài)氮的過程,土壤氮素轉化,硝化作用 (nitrification) 亞硝化微生物2NH4++3O2 2NO2-+2H2O+4H++能量（亞硝化） 硝化微生物2NO2-+O2 2NO3-

30、+能量（硝 化） 要求： ①土壤通氣條件良好。 ②最適pH值7-8(偏堿) ③溫度35℃左右。硝化作用可作為旱地土壤熟化程度的標志。,,,三 土壤氮素的轉化1、有機氮的礦化：水解、氨化和硝化,2、土壤的脫氮：反硝化、硝酸鹽的淋失、氨的揮發(fā)。,3、土壤氮素的固定：微生物的同化固定、有機質的縮合固定、銨的粘土礦物晶層間固定。,,Denitrification,,N2,Biological and

31、 Chemical Fixation,,,,,,NH3 + H+ = NH4,Clay Fixation and Release,,,,NO3,,,,,N2 N2O,Immobilization (use by the plant),,NITROGEN,In water-logged soil, NO3 transforms to gaseous N, and this loss to air is denitrification.,

32、Nitrobactor,Nitrosomonas,Nitrification,,NO2,,,Steps: NO2--NO--N2O and N2,反硝化作用（ denitrification ）***,嫌氣條件下，硝酸鹽在反硝化微生物作用下被還原為氮氣和氮氧化物的過程,土壤氮素轉化,反硝化作用 denitrification 

33、 -2H2O+2H+ +4H+ +4H+ N22HNO3 2HNO2 H2N2O2 +2H+-H2O -2H2O -2H2O（次亞硝酸）

34、 N2O 2NO -H2O +2H2O-4H+ 即NO3-N轉化為N2、N2O、NO等而逸失的過程。(反硝化細菌),,,,,條件：嚴格嫌氣條件，最適pH 7-8.2 （偏堿性） ①Soil air， O2<5%

35、 ②含水量超過田間持水量 ③有大量易分解的有機質,,,NITROGEN,硝態(tài)氮的淋失,土壤氮素淋洗,土壤氮素轉化,土壤氨的揮發(fā),NH4++OH-→NH3↑+H2O,pH<6時， 以NH4+形態(tài)存在； pH~7時，6%NH3； pH 9.2~9.3時，NH3與NH4+各50%；,土壤氮素轉化,（三）土壤氮素的轉化1、有機氮的礦化：水解、氨化和硝化,2、土壤的脫

36、氮：反硝化、硝酸鹽的淋失、氨的揮發(fā)。,3、土壤氮素的固定：微生物的同化固定、有機質的縮合固定、銨的粘土礦物晶層間固定。,,,Denitrification,,N2,Biological and Chemical Fixation,Atmospheric Nitrogen, 78%,,,,,,NH3 + H+ = NH4,Clay Fixation and Release,,,,NO3,,,,Leaching,,,,,N2 N2O,Im

37、mobilization (use by the plant),,N from NH4,When the process reverses with plant and microbial uses,Immobilization,Mineralization,生物固定,,,NITROGEN,Clay Fixation of NH4,粘土礦物晶層間固定,5、土壤氮素固定,土壤中各種形態(tài)的氮轉化和遷移，暫時失去生物有效性的過程。,（1）N

38、H4+晶格固定（2）有機質對亞硝態(tài)氮的化學固定作用（3）無機氮的生物固定,土壤氮素轉化,投入,支出,農田土壤氮平衡,我國農田土壤氮平衡狀況,,,農田土壤氮平衡,1、目前土壤N素存在的主要問題,土壤氮素調節(jié),化肥N多，有機N少；農田有機N少，菜田多；利用率低；環(huán)境危害,2、土壤氮素調節(jié)的方向,增加貯備 控制供應強度 減少損失 提高利用率,土壤氮素調節(jié),3、土壤氮素的主要調控措施,加強生物固氮 用養(yǎng)結合，發(fā)展豆

39、科植物，增加N素來源 提高N素再循環(huán)率秸稈、糞肥等廢棄物還田 提高N肥利用率 適宜施用量、施用時期、施肥方法 改變C/N比，協(xié)調供氮,土壤氮素調節(jié),減少氨揮發(fā)損失的途徑,1、改進施肥技術（1）深施 通過減少表層土壤或田面水中肥料氮的濃度來減少氮素損失，尤其是粒肥深施效果最好。（2）以水帶氮法 把氮肥表施后，再灌水使氮肥隨水下移到土層中而達到部分深施的目的。（3）平衡施肥 配合施用磷、鉀肥和微

40、量元素肥料，保持養(yǎng)分平衡，可有效地促進作物對氮肥的吸收利用。,減少氨揮發(fā)損失的途徑,2、改進肥料劑型 施用緩釋或控釋性氮肥，使氮素緩慢釋放供給植物吸收，可減少氮的損失。3、添加生物抑制劑（1）添加脲酶抑制劑 延緩尿素水解，使尿素隨著水下移到深層土壤中，從而降低土壤表面和水面中銨態(tài)氮濃度，減少氨揮發(fā)損失。（2）殺藻劑 通過抑制藻類生長，降低田面水的pH，可在一定程度上減少氨揮發(fā)損失。,減少氨揮發(fā)損

41、失的途徑,4、應用表面膜技術近年，我國和澳大利亞的學者在探索施用十六烷醇（C16H33OH)和十八烷醇(C18H37OH)的乙醇溶液于稻田水面，形成單分子膜，可有效地減少氨揮發(fā)損失。但是，十六烷醇等表面膜易被微生物分解，而且也易被大風吹向一邊，所以需要定期加入表面膜物質，其覆蓋效果才能長期維持。因此，進一步研究更加穩(wěn)定、廉價的有機化合物表面膜，除了減少氨揮發(fā)外，還可能阻止水-土體系與大氣中氧氣的交換而減弱硝化-反硝化作用。,,思考