第十章土壤元素的生物地球化學(xué)循環(huán)

1、第十章 土壤元素的生物地球化學(xué)循環(huán),土壤中化學(xué)元素以能量為驅(qū)動(dòng)力，沿土壤-生物-大氣進(jìn)行物質(zhì)循環(huán)傳遞的過程稱為土壤元素的生物地球化學(xué)循環(huán)。,第一節(jié) 土壤碳的生物地球化學(xué)循環(huán),一個(gè)碳原子的旅程,據(jù)Garrels等（1975)計(jì)算：在大氣圈中停留4年；在生物圈中停留11年；在海洋上層水域停留385年；在深海中停留10萬年；在地殼中停留3.42×108,一、土壤碳循環(huán),圖10-1 土壤碳生物地球化學(xué)循環(huán)概圖,（一）土壤碳庫(kù)

2、在生物地球化學(xué)循環(huán)中的周轉(zhuǎn),土壤碳庫(kù)在生物地球化學(xué)循環(huán)中的周轉(zhuǎn)速度與土壤有機(jī)質(zhì)的平均停留期有著密切的關(guān)系。,,不同土壤層中有機(jī)碳的的平均停留期受土壤有機(jī)質(zhì)的性質(zhì)和數(shù)量、腐殖質(zhì)的特性以及環(huán)境條件等影響，一般為100~3000年。地質(zhì)大循環(huán)的土壤碳周轉(zhuǎn)時(shí)間可達(dá)幾百萬年甚至幾億年，遠(yuǎn)遠(yuǎn)長(zhǎng)于大氣碳庫(kù)和陸地植被碳庫(kù)，可見土壤碳庫(kù)在生物地球化學(xué)循環(huán)中周轉(zhuǎn)速度最慢。土壤在碳循環(huán)過程中充當(dāng)“儲(chǔ)存庫(kù)（匯）”的功能，土壤有機(jī)碳分解和積累速率的變化直接影

3、響到全球的碳平衡。土壤碳庫(kù)儲(chǔ)存對(duì)減緩大氣CO2濃度上升具有重要意義。,（二）土壤碳循環(huán)對(duì)土壤氮、硫、磷循環(huán)的影響,土壤碳循環(huán)是土壤氮、硫、磷循環(huán)的驅(qū)動(dòng)因子，只有在適宜于土壤有機(jī)碳積累的條件下，才會(huì)有有機(jī)氮、硫、磷含量的增多。土壤有機(jī)碳的礦化伴隨著有機(jī)氮和碳鍵硫的礦化。,（三）土壤碳循環(huán)對(duì)環(huán)境的影響,泥炭土、沼澤土和水稻土中逸出的CH4是大氣中CH4的主要來源之一。泥炭地、熱帶雨林的開墾，顯著增加土壤中CO2的凈逸出量，增加大氣中C

4、O2的濃度。大氣中CH4和CO2量的增加會(huì)通過溫室效應(yīng)使氣候變暖。,（四）當(dāng)前土壤碳循環(huán)研究存在的問題,土壤碳循環(huán)仍然是陸地碳循環(huán)研究中最薄弱的環(huán)節(jié)，尤其是對(duì)土壤有機(jī)碳動(dòng)態(tài)變化的了解更少，對(duì)全球土壤碳庫(kù)的估計(jì)差異也很大。土壤碳庫(kù)估計(jì)中不確定性還與土壤實(shí)測(cè)調(diào)查數(shù)據(jù)不充分有關(guān)?？刂仆寥捞純?chǔ)量的主導(dǎo)因子多，包括氣候（溫度和水汽）、植物類型、母巖（黏土含量和土壤排水層）等，而溫度、水汽和顆粒大小在土壤剖面的不同深度變化極大。,圖 

5、0;中國(guó)土壤有機(jī)碳密度（0-100cm）分布,二、土壤光合作用,光合作用（Photosynthesis）是綠色植物吸收光能 ，在可見光的照射下，將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，并釋放出氧氣的過程。 光合作用是土壤碳循環(huán)中重要的碳同化途徑。光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物質(zhì)主要是碳水化合物，它是土壤有機(jī)碳的最初來源。 光合作用強(qiáng)度直接受植物生物學(xué)特性和氣候條件的影響。,三、土壤呼吸作用,土壤呼吸作用是指土壤產(chǎn)生并向大氣釋放

6、二氧化碳的過程，主要由土壤微生物(異養(yǎng)呼吸)和根系(自養(yǎng)呼吸)產(chǎn)生。除植被冠層光合作用，土壤呼吸作用是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支中最大的通量。,土壤呼吸由3個(gè)生物學(xué)過程（植物根呼吸、土壤微生物呼吸及土壤動(dòng)物呼吸）和1個(gè)非生物學(xué)過程（含碳物質(zhì)的化學(xué)氧化作用）組成。土壤呼吸作用釋放的CO2中30~50%來自根系的活動(dòng)或自養(yǎng)呼吸作用，其余部分主要來源于土壤微生物對(duì)有機(jī)質(zhì)和凋落物的分解作用，即異氧呼吸作用。,土壤呼吸作用通常通過直接測(cè)定從土壤表面釋放

7、的CO2量來確定。測(cè)定方法有：靜態(tài)氣室法、密閉或敞開系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)氣室法、CO2濃度梯度法和微氣象法。,影響土壤呼吸作用的直接因素是土壤環(huán)境，包括土壤質(zhì)地、酸度、有機(jī)碳和水熱條件等。氣候條件決定植被類型的分布和生長(zhǎng)，并影響土壤的水熱條件；人類活動(dòng)影響植物的生長(zhǎng)和土壤環(huán)境，進(jìn)而影響土壤呼吸。,（黃看看等，2008）,根據(jù)土壤呼吸速率的快慢，可將土壤有機(jī)碳區(qū)分為兩個(gè)具有不同更新時(shí)間的碳庫(kù)：其一，靠近土壤表層由新鮮殘留物組成的“小”碳庫(kù)。更新速

8、度快，流通量大；其二，貫穿整個(gè)土壤深層剖面的由難分解的腐殖質(zhì)復(fù)合物組成的“大”碳庫(kù)。其更新十分緩慢。 研究土壤呼吸作用引起的土壤CO2通量變化必須特別注意土壤表層附近的不穩(wěn)定碳庫(kù)的變化。人為擾動(dòng)或全球變暖引起的土壤CO2通量釋放的增加主要源于具有最短更新時(shí)間的不穩(wěn)定碳庫(kù)。如溫帶森林土壤的CO2年生產(chǎn)量中有83%是僅為15cm的表層土壤提供的。,四、土壤碳的固定,土壤固碳能力與土壤中穩(wěn)定組分的含量密切相關(guān)，只有那些能

9、夠在土壤中保存很長(zhǎng)時(shí)間的有機(jī)質(zhì)，才具有固碳意義。 研究土壤有機(jī)質(zhì)的穩(wěn)定性在土壤固碳的相關(guān)研究中非常重要。土壤有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定性的研究包括： ①土壤有機(jī)質(zhì)周轉(zhuǎn)速率的測(cè)定； ②影響土壤有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定性的因素； ③土壤微生物。,土壤碳的固定：光合作用固定的碳大于呼吸作用消耗的碳。,提高土壤固碳能力和潛力，要從碳庫(kù)和碳流兩方面考慮：從碳庫(kù)方面看，關(guān)鍵在于提高土壤的最大碳儲(chǔ)量和碳累積速率；

10、從碳流方面看，關(guān)鍵在于增加碳庫(kù)輸入速率，降低輸出速率，延長(zhǎng)碳在土壤中的保留時(shí)間。,五、土壤碳酸鹽轉(zhuǎn)化與平衡過程,土壤無機(jī)碳主要以碳酸鹽的形式存在，且主要分布于半干旱地區(qū)的干旱土、始成土、淋溶土和新成土中。全球土壤碳酸鹽碳庫(kù)含量為780~930Pg。 關(guān)于無機(jī)碳在土壤碳循環(huán)中轉(zhuǎn)化與平衡過程的研究較少。已明確的土壤碳酸鹽轉(zhuǎn)化和平衡過程主要涉及成土過程中碳酸鹽參與下的淋溶和淀積過程。,六、土壤碳循環(huán)與全球氣候變化,（一）土壤

11、碳循環(huán)與大氣CO2濃度,（二）土壤碳循環(huán)與大氣CH4濃度,（三）CH4和CO2對(duì)碳庫(kù)環(huán)境的綜合影響,相同 濃度下，甲烷是二氧化碳溫室效應(yīng)的21倍。,第二節(jié) 土壤氮的生物地球化學(xué)循環(huán),一 、土壤氮循環(huán),（一） 土壤中氮的形態(tài),1．無機(jī)態(tài)氮 土壤中的無機(jī)氮的數(shù)量很少，表土中占全氮 1~2%(1~50ppm)。最多不超過5~8%； （1）銨態(tài)氮(NH4)可被土壤膠體吸附，一般不易流失，但在旱田中，銨態(tài)氮很少，在水田中較多。

12、在土壤里有三種存在方式：游離態(tài)、交換態(tài)、固定態(tài)。 （2）硝態(tài)氮（NO3-N）易流失，不宜在水田施用。在土壤主要以游離態(tài)存在。 （3）亞硝態(tài)氮（NO2-N）主要在嫌氣性條件下才有可能存在，而且數(shù)量也極少。在土壤里主要以游離態(tài)存在。,2．有機(jī)態(tài)氮 占全氮的絕大部分，92~98%。有機(jī)氮的礦化率只有3~6%。（1）可溶性有機(jī)氮 < 5%，主要為： 游離氨基酸、胺鹽 （速 效 氮）及酰胺

13、類化合物（2）水解性有機(jī)氮50~70%，用酸堿或酶處理而得。包 括：蛋白質(zhì)及肽類、核蛋白類、氨基糖類（3）非水解性有機(jī)氮30~50%，主要可能是雜環(huán)態(tài)氮、縮胺類,3．游離態(tài)氮（N2）,（二） 陸地生態(tài)系統(tǒng)中的氮循環(huán),（三） 土壤氮的內(nèi)循環(huán),二、 大氣氮的沉降,全球由大氣降水進(jìn)入土壤的氮，據(jù)估計(jì)每年每公頃2~22kg。,三、 大氣氮的生物固定,在自然界中，某些原核微生物在常溫常壓下通過固氮酶將空氣中的氮素固定為氨，這

14、一過程稱為生物固氮，這類微生物稱為固氮微生物。據(jù)估計(jì)，全球每年的生物固氮總量為2億噸，約占全球作物需氮量的四分之三。,自生固氮　　自生固氮微生物在土壤或培養(yǎng)基中生活時(shí)，可以自行固定空氣中的分子態(tài)氮，對(duì)植物沒有依存關(guān)系。常見的自生固氮微生物包括以圓褐固氮菌為代表的好氧性自生固氮菌、以梭菌為代表的厭氧性自生固氮菌，以及以魚腥藻、念珠藻和顫藻為代表的具有異形胞的固氮藍(lán)藻（異形胞內(nèi)含有固氮酶，可以進(jìn)行生物固氮）。 共生固氮　　共生固氮微生

15、物只有和植物互利共生時(shí)，才能固定空氣中的分子態(tài)氮。共生固氮微生物可以分為兩類：一類是與豆科植物互利共生的根瘤菌，以及與榿木屬、楊梅屬和沙棘屬等非豆科植物共生的弗蘭克氏放線菌；另一類是與紅萍（又叫做滿江紅）等水生蕨類植物或羅漢松等裸子植物共生的藍(lán)藻。由藍(lán)藻和某些真菌形成的地衣也屬于這一類。 聯(lián)合固氮　　有些固氮微生物如固氮螺菌、雀稗固氮菌等，能夠生活在玉米、雀稗、水稻和甘蔗等植物根內(nèi)的皮層細(xì)胞之間。這些固氮微生物和共生的植物之間具有一

16、定的專一性，但是不形成根瘤那樣的特殊結(jié)構(gòu)。這些微生物還能夠自行固氮，它們的固氮特點(diǎn)介于自生固氮和共生固氮之間，這種固氮形式叫做聯(lián)合固氮。,四、 土壤有機(jī)氮的礦化,含氮的有機(jī)合化物，在多種微物物的作用下降解為簡(jiǎn)單的氨態(tài)氮的過程。,條件：亞硝化細(xì)菌（專性自養(yǎng)型微生物） 通氣：良好 O2< 5% pH 5.5 - 10 (7-9), < 4.5 受抑制！ 水

17、分：50~60% 溫度：35℃ ＜ 2℃ STOP! 養(yǎng)分：Cu，Mo等促進(jìn)硝化作用的進(jìn)行。缺鈣，不利。,五、土壤銨的硝化,（2）硝化作用 硝化微生物 2NO2- + O2 2NO3- + 40千卡 以(Nitrobacter為主)

18、 條件：硝化細(xì)菌（以Nitrobacter為主）其它同上,,在通氣良好的條件下，硝化作用的速率＞亞硝化作用＞銨化作用，因此，在正常土壤中，很少有亞硝態(tài)氮和銨態(tài)氮及氨的積累。,六、土壤無機(jī)氮的生物固定,礦化作用生成的銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和某些簡(jiǎn)單的氨基態(tài)氮，通過微生物和植物的吸收同化，成為生物有機(jī)體組成部分，稱為土壤無機(jī)氮的生物固定（immobilization，又稱生物固持）。,七、土壤銨離子的礦物固定,土壤中另一個(gè)無機(jī)氮固氮反應(yīng)稱為銨

19、離子的，稱為土壤無機(jī)氮的礦物固定（ammonium fixation）。無機(jī)態(tài)氮中，粘土礦物固定態(tài)的銨約占土壤全氮量的百分之幾至十幾。,不同土壤對(duì)NH4+的固定能力不同，與下列因子有關(guān)：1、土壤黏粒礦物類型2、土壤質(zhì)地3、土壤中鉀的狀態(tài)4、銨的濃度5、水分條件6、土壤pH,,,離子半徑大小與晶格孔穴大小的關(guān)系：離子大小與孔徑相近，離子易進(jìn)入孔穴中，且穩(wěn)定性較大，從而降低了有效性。 如：孔穴半徑為1.4Å，

20、鉀離子的半徑為1.33Å，銨離子的半徑為1.42Å，則有效性較低。,八、土壤氨的揮發(fā)（ammonia volatilization）,NH4+在土壤中可形成分子態(tài)氨(NH3)。在堿性條件下， NH4+ + OH- ? NH3 ? + H2O 在石灰性土壤中氨的揮發(fā)比非石灰性土壤更為嚴(yán)重。表施銨態(tài)氮和尿素等化學(xué)氮肥時(shí)，氨揮發(fā)損失可高達(dá)施氮量的30%以上。氨揮發(fā)與土壤性質(zhì)和施用化肥種類有關(guān)，改化學(xué)氮肥表

21、施為深施、粉施為粒施可減少氨揮發(fā)損失。,九、土壤硝酸鹽淋失,硝酸鹽帶負(fù)電荷，是最易被淋洗的氮形式，隨滲漏水的增加，硝酸鹽的淋失增加。在自然條件下，硝態(tài)氮的淋失取決于土壤、氣候、施肥和栽培管理等條件。,十、土壤反硝化損失,反硝化作用是硝態(tài)氮還原的一種途徑，即NO3-在嫌氣條件下，經(jīng)反硝化細(xì)菌的作用，還原為氣態(tài)氮(N2或N2O)的過程。當(dāng)土壤中的氧氣不足時(shí)，反硝化細(xì)菌就利用硝酸鹽中的氧進(jìn)行呼吸，使硝態(tài)氮還原。在還原過程中，每一步所釋放的氧都

22、能為微生物所利用。其生化過程如下：2NO3-→2NO2- →2NO →N2O →N2,,土壤中反硝化作用的強(qiáng)弱，主要取決于土壤通氣狀況、pH值、溫度和有機(jī)質(zhì)含量，其中尤以通氣性的影響最為明顯。,連二次硝酸,反硝化作用的條件:1）具反硝化能力的細(xì)菌，反硝化細(xì)菌現(xiàn)已知有33個(gè)屬，多數(shù)是異養(yǎng)型，也有幾種是化學(xué)自養(yǎng)型，但在多數(shù)農(nóng)田都不重要； 2）合適的電子供體，如有機(jī)C化合物、還原性硫化合物或分子態(tài)氫；有效態(tài)碳的影響最大;3）厭氧條件，

23、與田間持水量大小密切相關(guān)； 嫌氣狀態(tài) O2 8.2 - 9時(shí)，反硝化作用減弱。,植物根系在以下幾個(gè)方面影響反硝化作用1）為反硝化細(xì)菌提供所需的有機(jī)物質(zhì)作為NO3-的電子 供體；2）通過消耗O2產(chǎn)生厭氧環(huán)境；3）通過吸收，減少NO3-積累；4）增加水生植物根際的氧氣供應(yīng)。,化學(xué)脫氮過程 主要是指在一些特殊的情況下，如強(qiáng)酸反應(yīng)，溫度較高和水分含量很低等，亞硝酸鹽與一些其他化合物（包括有機(jī)化合物）進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)

24、而生成分子態(tài)氮或氧化亞氮的過程 。,在純化學(xué)作用下，也可能發(fā)生亞硝酸鹽的氣態(tài)化。因?yàn)樵谕寥乐?，尤其是酸性土壤，?dāng)施入銨態(tài)氮肥或尿素后，會(huì)引起施肥點(diǎn)周圍高pH值和高氨濃度的聯(lián)合效應(yīng)，抑制了硝化過程中硝化細(xì)菌的活性，從而導(dǎo)致亞硝態(tài)氮(NO2-)的積累，并通過自行分解，與有機(jī)成分、NH3或尿素反應(yīng)，產(chǎn)生N2或NO，N2O以氣態(tài)形式向大氣逸散。,1）亞硝銨雙分解NH4NO2→2H2O+N2條件：需要較酸pH5.0-6.0，較高溫度和較干燥的

25、土壤環(huán)境，一般土壤很少發(fā)生）,2）亞硝酸分解反應(yīng) 3HNO2 ? HNO3 + 2NO ? + H2O條件：酸性愈強(qiáng)，分解愈快。,十一、土壤中氮損失的環(huán)境效應(yīng),,土壤氮損失對(duì)環(huán)境的影響主要表現(xiàn)在3個(gè)方面：1、徑流和淋溶損失對(duì)地表水和地下水水質(zhì)的影響；2、氣態(tài)損失對(duì)大氣的污染；3、硝酸鹽累積對(duì)農(nóng)產(chǎn)品（如蔬菜）的污染。,土壤氮素調(diào)控是指人為活動(dòng)的調(diào)節(jié)管理，即通過科學(xué)合理施肥、耕作、灌溉等措施，發(fā)揮土壤氮素的潛在作物營(yíng)養(yǎng)功能，以滿

26、足作物高產(chǎn)量、高效益和優(yōu)良品質(zhì)的需要，有利于氮素的保存和周轉(zhuǎn)，最大限度地提高土壤氮素的利用率，避免土壤氮素的淋溶和氣態(tài)損失，減輕其潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。,十二、土壤氮的調(diào)控,（一）利用有機(jī)物質(zhì)C/N比值與土壤有效氮的相互關(guān)系,如有機(jī)質(zhì)C/N比值大于30:1，則在其礦化作用的最初階段就不可能對(duì)植物產(chǎn)生供氮的效果，反而有可能使植物的缺氮現(xiàn)象更為嚴(yán)重。,如有機(jī)質(zhì)的C/N比值小于15：1時(shí)，在其礦化作用一開始，它所提供的有效氮量就會(huì)超過微生物同化量，

27、使植物有可能從有機(jī)質(zhì)礦化過程中獲得有效氮的供應(yīng)。,（二）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,施用新鮮有機(jī)物質(zhì)（如桔稈、綠肥等）或含氮物質(zhì)（如礦質(zhì)氮肥）而使土壤原來有機(jī)質(zhì)的分解速率改變的現(xiàn)象稱為激發(fā)效應(yīng)（又稱起爆效應(yīng)）,對(duì)于有機(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；對(duì)于有機(jī)質(zhì)缺乏的土壤，施用富含木質(zhì)素的有機(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。,（三）科學(xué)調(diào)控施肥，防止土壤氮的損

28、失,1、在水田剖面的不同層次上，氮素的形態(tài)不同；2、在水田中無機(jī)氮素以銨態(tài)氮為主；3、反硝化作用明顯；,（四）避免NO2-的積累,亞硝酸鹽是人類的致癌物質(zhì)，也是植物的有害物質(zhì)（水稻幼苗青枯病，小麥玉米燒種、爛芽、爛根以及幼苗死亡）；土壤通氣條件不足，既可造成亞硝酸鹽的積累，應(yīng)改善土壤通氣條件。,第三節(jié) 土壤磷的生物地球化學(xué)循環(huán),土壤磷素可分為兩大類：有機(jī)態(tài)磷和無機(jī)態(tài)磷。,1．有機(jī)磷 有機(jī)態(tài)磷的含量占全磷的10~20

29、%左右。 主要是植素（肌醇六磷酸）或植酸鹽，核蛋白或核酸以及磷脂類化合物。,一、土壤磷循環(huán),（一）土壤磷的形態(tài),閉蓄機(jī)制 當(dāng)磷在土壤中固定為粉紅磷鐵礦后，若土壤局部的pH升高，可粉紅磷鐵礦的表面形成一層無定形的氧化鐵薄膜，把原有的磷包被起來，這種機(jī)制叫閉蓄機(jī)制。Fe(OH)3 pKsp = 37~38 粉紅磷鐵礦：pKsp= 33~35 膠膜有鐵鋁質(zhì)的、鈣質(zhì)的。,② 易溶性磷酸鹽

30、 包括水溶性和弱酸溶性兩種。水溶性磷酸鹽主要是一價(jià)的磷酸鹽類，是速效的。土中的有機(jī)質(zhì)分解所產(chǎn)生的碳酸可使弱酸溶性磷酸鹽溶解，從而被植物吸收利用。它也有效的。 易溶磷酸鹽，一方面來自與化肥，另一方面來自于難溶磷酸鹽的溶解。,一般來說，根據(jù)磷酸鹽的溶解性，可分為：,① 難溶性磷酸鹽 如氟磷灰石、羥基磷灰石等存在于石灰性土壤中；粉紅磷鐵礦和磷鋁石在酸性土壤中較多。,（二）陸地生態(tài)系統(tǒng)中磷的循環(huán),圖10-8 土壤磷循環(huán),1．

31、土壤有機(jī)磷的礦化 土壤中的有機(jī)磷除一部分被作物直接吸收利用外，大部分需經(jīng)微生物的作用進(jìn)行礦化轉(zhuǎn)化為無機(jī)磷后才能被作物吸收。,二、土壤有機(jī)磷的礦化和無機(jī)磷的生物固定,含磷有機(jī)化合物的分解：如核蛋白、卵磷脂等經(jīng)過有機(jī)磷細(xì)菌的磷脂酶，分解產(chǎn)生磷酸。,2、生物固定 有機(jī)質(zhì)C/P比為200∶1~300∶1，當(dāng)土壤磷含量不足，或C/P比大（≥300）時(shí)，就可產(chǎn)生生物固定，微生物和作物就會(huì)對(duì)磷素發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)。特點(diǎn)：① 表聚性；②

32、暫時(shí)無效；③ 把無機(jī)磷 → 有機(jī)磷。,土壤對(duì)磷化合物的吸附作用是磷在土壤中被固定的主要機(jī)理之一。 酸性條件下，土壤中鐵鋁氧化物帶正電，通過靜電引力吸附磷酸根離子，這是非專性吸附； 磷酸根離子置換土壤膠體（黏土礦物或鐵、鋁氧化物）表面金屬原子配位殼中的-OH或-OH2配位基，同時(shí)發(fā)生電子轉(zhuǎn)移并共享電子對(duì)，而被吸附在膠體表面上，即為專性吸附。專性吸附不管黏粒帶正電荷還是負(fù)電荷，均能發(fā)生，其吸附過程較緩慢。隨時(shí)間的推移

33、，由單鍵吸附逐漸過渡到雙鍵吸附，從而出現(xiàn)磷的“老化”，最后形成晶體狀態(tài)，使磷的活性降低。,三、土壤磷的吸附和解吸,土壤磷的解吸則是磷從土壤固相向液相轉(zhuǎn)移的過程，是土壤磷釋放作用的重要機(jī)理之一。,土壤中磷濃度較低，溶液中陽(yáng)離子濃度也較低的情況下，吸附作用才占主導(dǎo)地位。,土壤中磷化合物的沉淀作用也是磷在土壤中被固定的重要機(jī)理。一般，土壤溶液中磷濃度較高，有大量可溶性陽(yáng)離子存在，和土壤pH較高或較低時(shí)，沉淀作用是引起磷固定的決定因素。,四、土

34、壤磷的沉淀和溶解,土壤中的磷可隨地表徑流流失，也可被淋溶流失。 多數(shù)情況下，土壤剖面淋溶液中磷濃度很低，徑流是土壤中磷流失的主要途徑。農(nóng)田排水中總磷含量一般0.01~1mg/L，其中溶解態(tài)磷不超過0.5mg/L。農(nóng)田磷的流失量只占化肥的2%左右，從農(nóng)學(xué)意義上來講，對(duì)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)影響不大，但對(duì)水環(huán)境質(zhì)量卻不容忽視。,五、土壤磷的流失,2、土壤有機(jī)質(zhì) ① 有機(jī)陰離子與磷酸根競(jìng)爭(zhēng)固相表面專性吸附點(diǎn)位，從而減少了土壤對(duì)磷的吸附

35、。 ② 有機(jī)物分解產(chǎn)生的有機(jī)酸和其它螯合劑的作用，將部分固定態(tài)磷釋放為可溶態(tài)。 ③ 腐殖質(zhì)可在鐵、鋁氧化物等膠體表面形成保護(hù)膜，減少對(duì)磷酸根的吸附。 ④ 有機(jī)質(zhì)分解產(chǎn)生的CO2，溶于水形成H2CO3，增加鈣、鎂、磷酸鹽的溶解度。,1、土壤酸堿度 pH6.5-6.8之間為宜，可減少磷的固定作用，提高土壤磷的有效性。,六、土壤磷的調(diào)控,對(duì)磷的調(diào)控可通過提高土壤磷有效性來實(shí)現(xiàn)。,3、土壤淹水 ① 酸生土

36、壤pH上升促使鐵、鋁形成氫氧化物沉淀，減少了它們對(duì)磷的固定；堿性土壤pH有所下降，能增加磷酸鈣的溶解度；反之，若淹水土壤落干，則導(dǎo)致土壤磷的有效性下降。 ② 土壤氧化還原電位(Eh)下降，高價(jià)鐵還原成低價(jià)鐵，磷酸低鐵的溶解度較高，增加了磷的有效度。 ③ 包被于磷酸表面鐵質(zhì)膠膜還原，提高了閉蓄態(tài)磷的有效度。,4、合理施用磷肥 合理施用磷肥是減少磷對(duì)環(huán)境影響的主要措施?？茖W(xué)制定施肥用量；重點(diǎn)施在旱作上；等。,第

37、五節(jié) 土壤鉀的生物地球化學(xué)循環(huán),（一）土壤鉀的形態(tài) 1、礦物鉀 土壤礦物中的鉀一般稱為結(jié)構(gòu)鉀，占全鉀量的92-98%。 鉀長(zhǎng)石：（KAlSi3O8）含鉀7.5～12.5%； 微斜長(zhǎng)石：（CaI ? Na ? KAlSi3O8）含鉀7.0-11.5%； 白云母：（K(AlSi3O8)Al2(OH2F)2）含鉀量6.5～9.0%。,2、非交換態(tài)鉀又稱緩效鉀，是指存在于膨脹性粘土礦物層間和邊緣上的一部分鉀。占全鉀量的2-8%。,一

38、、土壤鉀的循環(huán),3、交換性鉀指吸附在土壤膠體表面的鉀離子。在土壤中的含量一般為40-600mg/kg，占土壤全鉀量的1-2%。,（二）土壤鉀的循環(huán)和轉(zhuǎn)化,圖10-12 土壤中不同形態(tài)鉀的平衡關(guān)系,1、鉀固定的機(jī)制在土壤條件變化時(shí)，如干濕交替、凍融交替、灼燒等，被土壤吸附在晶層表面的代換性鉀就會(huì)掉進(jìn)晶穴里，當(dāng)晶層間距變小，鉀離子便被封閉在里面，伊利石、拜來石、蒙脫石等，它們都屬2∶1型礦物，但前二者比后者固鉀能力更強(qiáng)。,鉀的固定

39、是指代換性鉀轉(zhuǎn)化為緩效鉀的過程。,二、土壤鉀的固定,2、影響鉀固定的因素 1）粘粒礦物類型 2:1型>1:1型>水化氧化物R2O3型。 2:1型黏土礦物中，四面體電荷越多固鉀能力強(qiáng)。蛭石>拜來石>伊利石>蒙脫石。 2）土壤水分條件 干濕交替可導(dǎo)致固定態(tài)鉀增多。 3）土壤酸堿度

40、 一般，酸性土壤固定鉀能力小于堿性土壤。 4）NH4+的影響 與K+競(jìng)爭(zhēng)土壤黏土礦物上的結(jié)合點(diǎn)位。,1、釋放過程主要是非交換性鉀轉(zhuǎn)變?yōu)榻粨Q性鉀的過程。2、只有當(dāng)土壤交換性鉀減少時(shí)，非交換性鉀才釋放為交換性鉀，釋放量對(duì)交換性鉀含量下降而增加。3、各種土壤的釋鉀能力不同，主要取決于土壤中非交換性鉀的含量水平。4、干燥、灼燒和冰凍對(duì)土壤中鉀的釋放有顯著影響。,鉀的釋放是指土壤中非交換性鉀轉(zhuǎn)變?yōu)榻粨Q性

41、鉀和水溶性鉀的過程。,三、土壤鉀的釋放,1、質(zhì)地粘重和富含2:1型礦物的土壤上，淋失的鉀量幾乎可以忽略不計(jì)。粗質(zhì)地土壤上，可達(dá)幾kg至幾十kg鉀。2、栽培作物后可降低鉀的淋失。3、酸性土壤施石灰可減少鉀的淋失。4、農(nóng)田土壤作物收獲帶走的鉀是土壤鉀的最大支出項(xiàng)。,水溶性鉀和交換性鉀易被降水或灌溉水淋失，其數(shù)量受土壤質(zhì)地、黏粒礦物種類和是否栽培作物等影響。,四、土壤鉀的損失,五、土壤鉀的調(diào)控與管理,（一）我國(guó)土壤的鉀狀況,在地殼巖石中

42、，鉀的含量比磷高得多，整個(gè)巖石界含鉀量平均為2.45%。土壤中鉀的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過氮、磷，大體不超高3%（K2O）。 我國(guó)大多數(shù)土壤的全鉀含量為0.5%~2.0%。我國(guó)自南向北含鉀量是逐漸增加的，如華南地區(qū)，其平均水平 2%，東北、內(nèi)蒙的黑土可達(dá)2.6%。,緩效鉀：磚紅壤一般<70mg/kg；紅黃壤70~170 mg/kg；紫色土300~400 mg/kg；水稻土300mg/kg以上 ；北方的土壤可高達(dá)500~1000

43、 mg/kg；砂質(zhì)土壤、山地石質(zhì)土壤可能在300 mg/kg以下。,概括而言，以長(zhǎng)江為界，長(zhǎng)江以南土壤供鉀潛力較低，土壤緩效鉀一般低于200 mg/kg ，有效鉀含量一般低于100 mg/kg ，農(nóng)田缺鉀比較普遍；長(zhǎng)江以北土壤供鉀潛力較高，土壤緩效鉀含量普遍超過500 mg/kg ，有效鉀含量大多在100~500 mg/kg ，土壤缺鉀較少見。,（二）土壤鉀的調(diào)節(jié),1、施用鉀肥時(shí)，分次、適量；2、條施、穴施或集中施用；3、不宜面施，