2016 第四章1 土壤养分N.ppt

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1、上节回顾,1、名词解释：地质大循环、生物小循环 2、土壤形成的因素？ 3、主要成土过程包括哪些？ 4、土壤分类?,地质大循环：裸露地表的岩石矿物风化后，其风化产物经淋溶、搬运、沉积，最后又形成岩石的循环过程. 生物小循环：生物在地质大循环的基础上，得到岩石风化产物中的养分，以构成生物有机体，生物死亡后经微生物的分解又重新释放出养分，再供下一代生物吸收利用的循环过程.,上节回顾,土壤形成的因素？,上节回顾,母质、气候、生物、地形、时间,1.气候是决定因素，决定土壤类型的分布规律； 2.生物是主导因素，影响土壤肥力的发育； 3.地形是调节因素，影响土壤成土的强度； 4.母质是遗传因素，影响土壤本底

2、特性； 5.时间是发展因素，影响土壤的发育阶段；,1）原始成土过程 2）有机质积聚过程 3）粘化过程 4）钙积和脱钙过程 5）盐化脱盐过程 6）碱化与脱碱过程,7）富铝化过程 8）灰化过程 9）潜育化和潴育化过程 10）白浆化过程 11）熟化过程 12）退化过程,主要成土过程(p53-56),上节回顾,脱硅富铝化过程,黄棕壤粘膜,灰化层,黑钙土钙积层,上节回顾,潴育化水稻土,潜育化,水位下降后出现“红棕色锈层” 水位上升后形成“兰灰色层”,静水浸泡 强还原,上节回顾,土壤的发生层次,3）母质层（C层） 一般岩石风化或地质沉积物 4）覆盖层（A0层） 林地的枯枝落叶层，A层之上,上节回顾,土壤分

3、类,砖红壤 砖红壤是我国最南端热带湿润气候条件下，强富铁铝化过程形成的地带性土壤。 主要分布区在雷州半岛南部、海南岛、南沙、西沙群岛、云南西双版纳的中低山和丘陵地带。 因富含氧化铁而呈砖红色， 但不同母质上发育的砖红壤其红色鲜艳程度不同。,发育在海岸堆积物上的砖红壤,发育在花岗岩上的砖红壤,发育在玄武岩上的砖红壤,砖红壤特性：砖红壤的粘粒含量很高，质地粘重，但由于氧化铁和氧化铝 胶体形成的结构体，致使土壤的渗透性还比较好，滞水现象不严重；由于 高度风化，土壤呈强酸性（pH 4.55.0），植物养分贫瘠。,砖红壤的透水土壤结构,砖红壤内的蚂蚁巢穴,砖红壤利用：砖红壤热量条件最,好，是我国唯一能够

4、生产橡胶和咖,啡的地区；粮食作物一年两熟到三,熟；荔枝、龙眼、香蕉、杨桃、菠,萝密等热带水果、花卉和冬季蔬菜,是优势作物。,上图为砖红壤区的农作物香蕉和 甘蔗 上图砖红壤区的荔枝，左图菠萝密， 右图橡胶林,赤红壤,赤红壤发生与分布：赤红壤是南亚热带湿热,气候条件下，较强富铁铝化过程形成的地带,性土壤。其富铁铝化过程强度、土壤养分和,酸性介于红壤和砖红壤之间。赤红壤主要分,布在南岭以南至雷州半岛北段。,赤红壤特性：赤红壤的粘粒含量很高，质地,粘重，但由于氧化铁和氧化铝胶体形成的结,构体，致使土壤的渗透性还比较好，滞水现,象不严重；由于高度风化度高，土壤呈较强,酸性，pH 5.0左右，植物养分贫瘠

5、。,右上角图为赤红壤断面 左图为林下赤红壤 右图为侵蚀的赤红壤剖面,赤红壤天然植被：赤红壤为常绿季雨 林，主要有荷木、榕树、杜英等，地 被植物多厥类。,赤红壤地区榕树,赤红壤利用：赤红壤区可种植 龙眼、荔枝、甘蔗、洋桃、香 蕉、芒果等，还可以种植药 材，首乌、杜仲、灵芝、三七 等，大田作物一年两熟到三 熟，为我国冬季蔬菜的产地。,赤红壤旱地种杜仲,赤红壤区荔枝林,赤红壤旱地种杨桃,红壤,红壤发生与分布：红壤为中亚热带湿润季风气候，,富铁铝化作用下形成的地带性土壤 。主要分布于,北纬2531的中亚热带低山丘陵区，大约北起,长江，南至南岭，包括云南高原的广大地区和贵州,高原的低山区。,红壤特性：红

6、壤的粘粒含量很高，质地粘重，但由,于氧化铁和氧化铝胶体形成的结构体，致使土壤的,渗透性还比较好，滞水现象不严重；土壤风化度,高，酸性到强酸性（pH 5.05.5） ，植物养分贫,瘠。,上图：红壤区油茶,红壤利用：红壤区以稻麦棉为 主，一年两熟或一年三熟，并广 泛栽培有毛竹、油茶、油桐、柑 桔等人工林，是重要的粮、棉、 油、茶、柑枯和蚕丝的生产基地。,上图：红壤区柑橘园 下图红壤茶园,黑土,黑土发生与分布：黑土是温带湿润或半湿润季风气候下、腐殖质化形成的 具有深厚的黑色腐殖质层的地带性土壤。黑土主要分布于小兴安岭西南麓、 长白山西麓，即嫩江、哈尔滨、长春一线；年均气温约3.56，降水量 5006

7、00mm。,黑土特性：黑土具有深厚的松软的腐殖质表层，该层有机质含量很高，开 垦前达58%，水稳性微团粒结构，疏松多孔；土壤中性到微酸性，pH 6.57.0，植物养分水平高。,左图黑土剖面， 腐殖质层明显与 下面的土层过渡,右图黑土剖面的 腐殖质层与下面 的土层过渡不明 显，腐殖质淋溶 深,黑土利用：目前，黑土基本都已开垦为农 田，盛产大豆、高粱、玉米、小麦，是我国 的主要商品粮基地。黑土开垦以后，在施肥 不足的情况下，有机质含量下降，农业生产 障碍主要是春旱和早霜问题。,灰漠土 灰漠土发生、特性与分布：灰漠土是温带荒漠或荒漠草原区形成的地带性土壤，成土母质多为黄土状冲积物，地表有孔状结皮，土

8、壤质地为粉砂壤或砂壤；土壤淋洗微弱，因此石膏和易溶盐在剖面中分异不明显，pH 8.49 。 灰漠土分布在温带干旱（降水量100200mm）的准葛尔盆地南部、天山北麓山前倾斜平原与古老冲积平原、甘肃的河西走廊中，西段的祁连山山前平原和阿拉善高原。 灰漠土植被：灰漠土区天然植被为旱生和超旱生的灌木与半灌木，如假木贼、琵芭柴、蒿、猪毛菜等，覆盖度一般小于5 10。,灰漠土景观,上图为灰漠土区新疆生产建设兵团 种植棉花,灰漠土利用：灰漠土只有在利用引水（雪 山融水与地下水）灌溉时，才能种植作 物，是典型的绿州农业。农业生产应利用 气候资源优势，种植经济瓜果和棉花，但 要防止次生盐渍化。对于大部分灰漠土

9、来 说，土地利用主要还是放牧业，但生产力 也很低，要防止超载过牧、造成风蚀沙化 与草场退化。,灰漠土区新疆生产建设兵团垦荒种植的雕塑 灰漠土区维族农民种植的哈密瓜,棕漠土 棕漠土发生、特性与分布：棕漠土是暖温带荒漠景观下形成的土壤。母质多是戈壁 滩，地表砾石覆盖，砾石下有多孔状结皮鳞片层，土壤中多砾石，某些棕漠土有 盐分积累，甚至有盐磐。棕漠土主要分布在塔里木盆地四周山前倾斜平原与古老冲 积平原，河西走廊的最西段。 棕漠土植被：棕漠土区天然植被为超旱生的肉汁、深根的小半灌木与灌木，如琵芭 柴、假木贼、麻黄、戈壁黎等，覆盖度不到1。,棕漠土剖面,盐磐棕漠土剖面， 剖面中有两层盐磐,上图为棕漠土景

10、观,上图为在戈壁上打坎儿井，利用地 下水进行灌溉 左图为灰漠土种植葡萄,棕漠土利用：棕漠土区气候极端 干旱（降水量50mm），只有灌 溉，才能种植作物。这里光照热 量条件优越，只要有水灌溉，生 产力还是相当高的，粮食作物可 以一年两熟，棉花优质高产。由 于土壤质地粗，多砾石，漏水严 重，应采用滴灌等节水灌溉措 施，这对防止次生盐渍化也很重 要。棕漠土地区大部分是未利用,土地，有放牧业存在，但生产力 极低。,第四章 土壤肥力,土壤肥力,狭义：指土壤供给植物养分的能力 广义：土壤为植物生长提供和协调营养条件和环境条件的能力 营养条件：水分和养分 环境条件：温度、空气、湿度、酸碱度、松紧度和洁净度等

11、因素,肥力基本因素：水、肥、气、热,主要内容,第一节 土壤养分 第二节 土壤水分 第三节 土壤空气 第四节 土壤热量 第五节 土壤缓冲性 第六节 土壤的保肥性与供肥性 第七节 土壤肥力因素相互关系,本章重点,1、养分的有效性 2、土壤氮、磷的转化及其影响因素 3、土壤水量的表示方法与计算 4、土壤空气组成的特点,第一节 土壤养分,2002年，蕲春,耕作土壤的自身养分难以满足丰产优质的需要, 土壤养分指植物所必需的，主要是土壤来提供的营养元素就叫做土壤养分。土壤养分是土壤肥力的物质基础，是土壤肥力的重要组成因素。, 速效养分能够直接被植物吸收利用或通过便捷的形态转化后就能被植物吸收利用的养分形态

12、, 无效养分不能被植物吸收利用的土壤养分，且较难向速效养分形态转化的养分, 缓效养分不易被植物吸收，但可以缓慢释放出来转化为速效养分,第一节 土壤养分,土壤养分含量的表示方式 1、以元素表示，如N、P、K；注意与肥料中养分表示相区别。 2、单位：gkg-1、mgkg-1 3、原来的单位：%，ppm (part per million)基本淘汰。,第一节 土壤养分,土壤养分三要素,P,N,K,第一节 土壤养分之土壤氮素,土壤氮含量、来源及影响因素含量 土壤氮素形态及其有效性（重点） 土壤氮素转化（重点 难点） 农田土壤氮平衡 土壤氮素调节,我国农田耕层土壤平均含氮量为1.05g/kg，非耕地为1

13、.43g/kg,土壤含氮量 2.0 g/kg者为“高” 1.0-2.0 g/kg之间者为“中” 0.5-1.0 g/kg者为“低” 0.5g/kg者为“极低”,土壤氮含量、来源及影响因素含量,土壤氮含量,我国主要地区表层土壤平均氮含量,土壤氮含量、来源及影响因素含量,土壤氮含量,土壤氮含量、来源及影响因素含量,土壤氮来源,太湖地区大气干湿沉降和灌溉水输入农田的氮素数量,1植被与气候 一 般：草本植物 木本植物 草本植物：豆 科 非豆科 木本植物：阔 叶 林针叶林,一般而言： 温度愈高，有机质分解愈快，OM含量低，N少； 湿度愈高，有机质分解愈慢，OM积累的多，N多。,土壤氮含量、来源及影响因素

14、含量,土壤氮影响因素,2土壤有机质含量 土壤氮素和土壤有机质二者呈正相关关系。土壤氮素的含量大致占土壤有 机质含量的5%左右。,土壤氮影响因素,1、有机氮（占全氮的95%以上）, 水溶性有机氮（5%） 游离氨基酸、铵盐、酰胺类化合物 水解性有机氮（50%-70%） 在酸、碱或酶作用下能水解成简单的易溶性氮化合物的有机物 主要有蛋白质、多肽类、核蛋白类和氨基糖类,土壤氮素形态及其有效性, 非水解性有机氮（30%-50%） 不溶于水、用酸、碱处理也不能水解，对植物是无效的 杂环态氮化物、糖与胺的缩合物以及木质素类物质等复 杂结构的含氮有机化合物,土壤氮素形态及其有效性,1、有机氮（占全氮的95%以

15、上）,2、无机氮（占全氮的1.0%-2.0%）, 主要是NH4+，NO3-（或NO2-） NH4+和NO3-均易溶于水，能直接被植物吸收利用 旱地以NO3-为主，水田以NH4+为主 NH4+还可以固定态存在于矿物晶格中,土壤氮素形态及其有效性,3、气态氮,只有经过微生物的固定才能转化为植物N源,土壤氮素形态及其有效性,1有机氮的矿化：水解、氨化和硝化,2、土壤的脱氮：反硝化、硝酸盐的淋失、氨的挥发。,3、土壤氮素的固定：微生物的同化固定、有机质的缩合固定、铵的粘土矿物晶层间固定。,土壤氮素转化,NITROGEN CYCLE,N states,Various states of N,NITROG

16、EN,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 air is fixed by microbes and lightning.,N Fixation,NITROGEN,Nitrogen Fixation,Denitrification,N2,Biological and Chemi

17、cal Fixation,Atmospheric Nitrogen, 78%,NH3 + H+ = NH4,Clay Fixation and Release,NO3,Leaching,N2 N2O,Immobilization (use by the plant),N from Organic Matter,N is released from organic matter decomposition.,Mineralization,Mineralization,土壤有机氮的矿质化*,土壤中的有机氮化合物，在微生物的作用下逐步 分解，最终产生铵盐的过程。,土壤氮素转化,氨基化 aminiza

18、tion 蛋白质 R-NH2+CO2+其它产物十能量(蛋白水解酶) 多肽 氨化作用ammonification R-NH2+H2O NH3+R-OH+能量 好气、嫌气条件均可进行，偏酸性土壤环境。 好气分解速度快，累积的中间产物（有机酸）少。,Denitrification,N2,Biological and Chemical Fixation,NH3 + H+ = NH4,Clay Fixation and Release,NO3,N2 N2O,Immobilization (use by the plant),NITROGEN,Oxidation of NH4 to NO3 is nitr

19、ification.,Nitrobactor,Nitrosomonas,Nitrification,NO2,Two kinds of bacteria are involved in two steps.,硝化作用（nitrification),硝化作用（ nitrification ）*,氨或铵盐，在通气良好的条件下，经过微生物氧 化生成硝态氮的过程,土壤氮素转化,硝化作用 (nitrification) 亚硝化微生物 2NH4+3O2 2NO2-+2H2O+4H+能量（亚硝化） 硝化微生物 2NO2-+O2 2NO3- +能量（硝 化） 要求： 土壤通气条件良好。 最适pH值7-8(偏碱)

20、 温度35左右。 硝化作用可作为旱地土壤熟化程度的标志。,三 土壤氮素的转化 1、有机氮的矿化：水解、氨化和硝化,2、土壤的脱氮：反硝化、硝酸盐的淋失、氨的挥发。,3、土壤氮素的固定：微生物的同化固定、有机质的缩合固定、铵的粘土矿物晶层间固定。,Denitrification,N2,Biological and Chemical Fixation,NH3 + H+ = NH4,Clay Fixation and Release,NO3,N2 N2O,Immobilization (use by the plant),NITROGEN,In water-logged soil, NO3 tran

21、sforms to gaseous N, and this loss to air is denitrification.,Nitrobactor,Nitrosomonas,Nitrification,NO2,Steps: NO2-NO-N2O and N2,反硝化作用（ denitrification ）*,嫌气条件下，硝酸盐在反硝化微生物作用下被还 原为氮气和氮氧化物的过程,土壤氮素转化,反硝化作用 denitrification -2H2O+2H+ +4H+ +4H+ N2 2HNO3 2HNO2 H2N2O2 +2H+-H2O -2H2O -2H2O（次亚硝酸） N2O 2NO -H2

22、O +2H2O-4H+ 即NO3-N转化为N2、N2O、NO等而逸失的过程。(反硝化细菌),条件：严格嫌气条件，最适pH 7-8.2 （偏碱性） Soil air， O25% 含水量超过田间持水量 有大量易分解的有机质,NITROGEN,硝态氮的淋失,土壤氮素淋洗,土壤氮素转化,土壤氨的挥发,NH4+OH-NH3+H2O,pH6时， 以NH4+形态存在； pH7时，6%NH3； pH 9.29.3时，NH3与NH4+各50%；,土壤氮素转化,（三）土壤氮素的转化 1、有机氮的矿化：水解、氨化和硝化,2、土壤的脱氮：反硝化、硝酸盐的淋失、氨的挥发。,3、土壤氮素的固定：微生物的同化固定、有机质的

23、缩合固定、铵的粘土矿物晶层间固定。,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 NH4,When the process reverses with plant and microbial uses,Immobilization,Mineralization,生物固定,NITROGE

24、N,Clay Fixation of NH4,粘土矿物晶层间固定,5、土壤氮素固定,土壤中各种形态的氮转化和迁移，暂时失去生物 有效性的过程。,（1）NH4+晶格固定 （2）有机质对亚硝态氮的化学固定作用 （3）无机氮的生物固定,土壤氮素转化,投入,支出,农田土壤氮平衡,我国农田土壤氮平衡状况,农田土壤氮平衡,1、目前土壤N素存在的主要问题,土壤氮素调节,化肥N多，有机N少； 农田有机N少，菜田多； 利用率低； 环境危害,2、土壤氮素调节的方向,增加贮备 控制供应强度 减少损失 提高利用率,土壤氮素调节,3、土壤氮素的主要调控措施,加强生物固氮 用养结合，发展豆科植物，增加N素来源 提高N素再

25、循环率 秸秆、粪肥等废弃物还田 提高N肥利用率 适宜施用量、施用时期、施肥方法 改变C/N比，协调供氮,土壤氮素调节,减少氨挥发损失的途径,1、改进施肥技术 （1）深施 通过减少表层土壤或田面水中肥料氮的浓度来减少氮素损失，尤其是粒肥深施效果最好。 （2）以水带氮法 把氮肥表施后，再灌水使氮肥随水下移到土层中而达到部分深施的目的。 （3）平衡施肥 配合施用磷、钾肥和微量元素肥料，保持养分平衡，可有效地促进作物对氮肥的吸收利用。,减少氨挥发损失的途径,2、改进肥料剂型 施用缓释或控释性氮肥，使氮素缓慢释放供给植物吸收，可减少氮的损失。 3、添加生物抑制剂 （1）添加脲酶抑制剂 延缓尿素水解，使尿

26、素随着水下移到深层土壤中，从而降低土壤表面和水面中铵态氮浓度，减少氨挥发损失。 （2）杀藻剂 通过抑制藻类生长，降低田面水的pH，可在一定程度上减少氨挥发损失。,减少氨挥发损失的途径,4、应用表面膜技术 近年，我国和澳大利亚的学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，形成单分子膜，可有效地减少氨挥发损失。 但是，十六烷醇等表面膜易被微生物分解，而且也易被大风吹向一边，所以需要定期加入表面膜物质，其覆盖效果才能长期维持。 因此，进一步研究更加稳定、廉价的有机化合物表面膜，除了减少氨挥发外，还可能阻止水-土体系与大气中氧气的交换而减弱硝化-反硝化作用。,思考题,1、名词解释：土壤养分、土壤养分形态、硝化、反硝化 2、土壤氮素的形态及有效性？ 3、土壤氮素损失的途径有哪些？ 4、农业生产中如何维护土壤氮素平衡？,上节回顾,1、名词解释：土壤养分、土壤养分形态、硝化、反硝化 2、土壤氮素的形态及有效性？, 土壤养分指植物所必需的，主要是土壤来提供的营养元素就叫做土壤养分。土壤养分是土壤肥力的物质基础，是土壤肥力的重要组成因素。,土壤养分形态速效养分、缓效养分、无效养分。,土壤氮来源,