第章土壤氮磷循環(huán)與環(huán)境效應(yīng)環(huán)境土壤學(xué)課件

第七章土壤氮、磷循環(huán)與環(huán)境效應(yīng)精品課件主要內(nèi)容第一節(jié).土壤中氮素轉(zhuǎn)化與環(huán)境質(zhì)量第二節(jié).土壤中磷素的轉(zhuǎn)化與環(huán)境質(zhì)量第三節(jié).土壤中氮磷流失控制2023/6/82精品課件第一節(jié).土壤中氮素轉(zhuǎn)化與環(huán)境質(zhì)量一.土壤氮素的含量及其來(lái)源二.土壤中氮素的形態(tài)三.土壤中氮素的轉(zhuǎn)化四.土壤氮素管理與環(huán)境質(zhì)量2023/6/83精品課件一.土壤氮素的含量及其來(lái)源含量：一般土壤含量范圍：0.02%~0.50%我國(guó)耕地含量：0.04%~0.35%表層高，心、底土低來(lái)源：A生物固氮：包括自生固氮、共生固氮和聯(lián)合固氮；B降水：1.5-10.5kg/hm2.a；C灌水；D施肥；有機(jī)肥、無(wú)機(jī)化肥目前肥料是農(nóng)田土壤氮肥的主要來(lái)源。

2023/6/84精品課件氮素是土壤中活躍營(yíng)養(yǎng)元素，作物需求量大。和植物需求相比，全世界大部分土壤缺氮，氮肥的應(yīng)用有力地促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，開(kāi)創(chuàng)了農(nóng)業(yè)歷史的新紀(jì)元。土壤中氮可以通過(guò)一系列化學(xué)反應(yīng)和物理過(guò)程以各種形態(tài)進(jìn)入大氣和水體，對(duì)局部乃至全球環(huán)境產(chǎn)生種種負(fù)面影響。圍繞施用氮肥產(chǎn)生的效益與弊端的討論一直是土壤、肥料、地球物質(zhì)循環(huán)、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、環(huán)境科學(xué)等多個(gè)研究領(lǐng)域密切關(guān)注的問(wèn)題。

2023/6/85精品課件二.土壤中氮素的形態(tài)

有機(jī)態(tài)氮可溶性有機(jī)氮<5%；水解性有機(jī)氮50~70%；非水解性有機(jī)氮30~50%。

無(wú)機(jī)態(tài)氮銨態(tài)氮(NH4+)；硝態(tài)氮(NO3-)；亞硝態(tài)氮(NO2-)。2023/6/86精品課件

有機(jī)態(tài)氮

占全氮的絕大部分，95%以上?？扇苄杂袡C(jī)氮<5%，主要為：游離氨基酸、胺鹽及酰胺類(lèi)化合物；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(lèi)、核蛋白類(lèi)、氨基糖類(lèi)；非水解性有機(jī)氮30~50%，主要可能是雜環(huán)態(tài)氮、縮胺類(lèi)。2023/6/87精品課件無(wú)機(jī)態(tài)氮數(shù)量少、變化大，表土中占全氮1~2%，最多不超過(guò)5~8%。銨態(tài)氮(NH4+—N)：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。在土壤里有三種存在方式：游離態(tài)、交換態(tài)、固定態(tài)。硝態(tài)氮(NO3-—N)：移動(dòng)性大；通氣不良時(shí)易反硝化損失；在土壤中主要以游離態(tài)存在。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。其他，氨態(tài)氮、氮?dú)饧皻鈶B(tài)氮氧化合物。速效氮：土壤溶液中的銨、交換性銨和硝態(tài)氮因能直接被植物根系所吸收，常被稱為速效態(tài)氮。2023/6/88精品課件全氮有效氮：能被當(dāng)季作物利用的氮素，包括無(wú)機(jī)氮(<2％)和易分解的有機(jī)氮堿解氮：測(cè)得的有效氮。全氮：土壤中氮素的總量。

速效氮：土壤溶液中的銨、交換性銨和硝態(tài)氮因能直接被植物根系所吸收，常被稱為速效態(tài)氮。有效氮速效氮幾個(gè)概念2023/6/89精品課件中國(guó)不同地區(qū)耕層土壤的全氮含量2023/6/810精品課件三.土壤中氮素的轉(zhuǎn)化

銨態(tài)氮

硝態(tài)氮

礦化作用

硝化作用

生物固定

硝酸還原作用NH3N2、NO、N2O吸附態(tài)銨或固定態(tài)銨水體中的硝態(tài)氮

揮發(fā)損失反硝化作用吸附固定淋洗損失

有機(jī)態(tài)氮生物固定有機(jī)態(tài)氮2023/6/811精品課件土壤氮素的有效化有機(jī)氮的礦化（有機(jī)氮水解；氨化）硝化（亞硝化；硝化）土壤氮素的損失反硝化——生物脫氮化學(xué)脫氮（亞硝酸分解；氨揮發(fā)）粘粒對(duì)銨的固定生物固定氮素淋洗2023/6/812精品課件土壤氮素有效化

——有機(jī)氮礦化：定義：含氮的有機(jī)合化物，在多種微生物的作用下降解為簡(jiǎn)單的氨態(tài)氮的過(guò)程。它包括：水解：氨化：蛋白質(zhì)多肽氨基酸水解水解肽酶朊酶氨化微生物RCHNH2COOH+O2RCH2COOH+NH3+能量酶2023/6/813精品課件定義：將土壤中的氨、胺、酰胺等微生物的作用下氧化為硝酸的生物化學(xué)過(guò)程。第一步：亞硝化作用第二步：硝化作用土壤氮素有效化

——硝化過(guò)程：2NO2-+O22NO3-+40千卡硝化微生物2HN4++3O22NO2-+2H2O+4H++

158千卡亞硝化微生物速率：硝化作用＞亞硝化作用＞銨化作用。因此，正常土壤中，很少有亞硝態(tài)氮和銨態(tài)氮及氨的積累。2023/6/814精品課件硝化作用：NH4+或NH3經(jīng)NO2-氧化為NO3-

2023/6/815精品課件土壤氮素?fù)p失

——反硝化（生物脫氮過(guò)程）過(guò)程：NO3-NO2-NON20N2氧化亞氮還原酶硝酸鹽還原酶硝酸鹽還原酶氧化氮還原酶-H202NOHN032HNO2H2N2O2

厭氧微生物+4H++4H+-2H2O-2H2O

+2H+-2H2O+2H2ON2-4H+厭氧微生物N2O2023/6/816精品課件反硝化作用：硝酸鹽等較復(fù)雜含氮化合物轉(zhuǎn)化為N2、NO、N2O2023/6/817精品課件主要是一些特殊環(huán)境條件下的化學(xué)反應(yīng)，如：氨態(tài)氮揮發(fā)NH4++OH-

NH3+H2O在堿性條件下進(jìn)行亞硝酸分解反應(yīng)

3HNO2

HNO3+2NO+H2O條件：酸性愈強(qiáng)，分解愈快。土壤氮素?fù)p失

——化學(xué)脫氮過(guò)程2023/6/818精品課件土壤氮素?fù)p失

——其他損失途徑粘粒礦物對(duì)銨的固定

北方的土壤中，能固銨的粘粒礦物較多，但其土壤中銨極少，而南方水田的銨態(tài)較多，而能固定銨的粘土礦物不多。因此，銨的粘土礦物固定在我國(guó)的意義不大。生物固定氮素的淋洗淋洗硅鋁片硅鋁片NH4+2023/6/819精品課件四.土壤氮素流失與環(huán)境質(zhì)量氮肥生產(chǎn)效率趨于下降，農(nóng)業(yè)環(huán)境污染則趨于加重保障糧食安全和農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)，減少農(nóng)業(yè)環(huán)境污染環(huán)境降低農(nóng)田中化肥氮損失、提高氮肥利用率途徑：適宜施氮量，避免盲目過(guò)量施氮氮肥深施、早作上表施氮肥(特別是尿素）立即適量灌水、前氮后移使用改性氮肥，延長(zhǎng)肥效利用作物與微生物共生固氮

……2023/6/820精品課件施用氮肥對(duì)環(huán)境質(zhì)量的影響

據(jù)估計(jì)，我國(guó)農(nóng)業(yè)中氮損失正以驚人速度增加，如1969-1973年農(nóng)業(yè)中氮（化肥和有機(jī)肥）年損失500萬(wàn)噸，其中化肥為200萬(wàn)噸，是同期化肥氮用量69%；1994-1998年，氮年損失2300萬(wàn)噸，其中化肥氮為1900萬(wàn)噸，為同期化肥氮的84%。氮損失量增加與氮肥利用率有很大關(guān)系，氮肥利用率低可能是氮肥損失原因，也可能是氮肥損失的結(jié)果。20世紀(jì)60年代氮肥利用率為0.6，70至80年代為0.5~0.4，90年代則進(jìn)一步下降為0.35~0.32,2023/6/821精品課件施用氮肥對(duì)土壤健康質(zhì)量的影響

對(duì)于氮肥來(lái)說(shuō)，最易引起土壤變化的性質(zhì)就是pH。連續(xù)施用氮肥會(huì)導(dǎo)致土壤pH降低，在酸性土壤上問(wèn)題尤為明顯。酸性土壤交換性鈣含量低，每加入100kg硫酸銨就需要110kg的碳酸鈣去中和由于氮肥所產(chǎn)生的酸度。如果不施加石灰校正土壤酸度，錳和鋁的過(guò)量釋放將會(huì)產(chǎn)生對(duì)植物的毒害作用2023/6/822精品課件施用氮肥的水體污染

施用化肥對(duì)水體環(huán)境影響多方面，如水體富營(yíng)養(yǎng)化、NO3-和NO2-污染等。一般來(lái)說(shuō)，在封閉性湖泊和水庫(kù)水中，氮（N）濃度超過(guò)0.2mg/L，磷（P）濃度達(dá)到0.015mg/L時(shí)就可能引起“藻化”現(xiàn)象。從土壤學(xué)角度看，這兩個(gè)濃度很易達(dá)到。目前氮和磷是我國(guó)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的主要誘因，五大淡水湖泊（太湖、洪澤湖、鄱陽(yáng)湖、洞庭湖和巢湖）水體中營(yíng)養(yǎng)鹽均遠(yuǎn)超過(guò)氮磷富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)生濃度，尤其總氮濃度高達(dá)10倍以上。我國(guó)幾乎所有的江湖河海和局部的地下水都不同程度遭到了氮和其化合物的污染。2023/6/823精品課件施用氮肥的大氣污染

氮肥施入土壤后，部分會(huì)以氣態(tài)形式損失掉，如NH3、NO、N2和N2O等。在近地面的環(huán)境中，NOx在陽(yáng)光下與氧氣反應(yīng)，形成臭氧，組成化學(xué)煙霧，刺激人、畜的呼吸器官；在農(nóng)田則對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)生危害大氣中N2O正以0.25%的年增長(zhǎng)率上升，其中，熱帶和農(nóng)業(yè)土壤被認(rèn)為是全球重要的N2O釋放源，貢獻(xiàn)率達(dá)70%~90%。在美國(guó)，來(lái)自農(nóng)田的N2O大約有405kt-1011kt。近20年來(lái)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的N2O的釋放及其影響因素的研究成為氮素生物化學(xué)循環(huán)研究的新熱點(diǎn)。2023/6/824精品課件施用氮肥對(duì)作物品質(zhì)和人體健康影響

高劑量施用化肥勢(shì)必造成土壤特性的迅速變化。土壤特性的變化勢(shì)必引起作物品質(zhì)的變化。高劑量施用單一化肥，將引起土壤中各種元素的比例失調(diào)，最后導(dǎo)致作物產(chǎn)生新的生化過(guò)程2023/6/825精品課件

第二節(jié)

土壤磷素的轉(zhuǎn)化與環(huán)境質(zhì)量精品課件本章重要知識(shí)點(diǎn):一、土壤磷的形態(tài)及分級(jí)二、土壤磷的吸附機(jī)理及其影響因素三、土壤磷的生物轉(zhuǎn)化及其影響因素四、土壤供磷能力及其影響因素五、土壤磷素循環(huán)精品課件

磷是植物必需的大量營(yíng)養(yǎng)元素，但與其它大量元素相比，土壤磷的含量相對(duì)較低，分布變異也較大。土壤中含磷化合物種類(lèi)繁多，各種形態(tài)磷之間的轉(zhuǎn)化過(guò)程錯(cuò)綜復(fù)雜。因此，盡管土壤中磷的研究工作較多，但是仍然有許多問(wèn)題沒(méi)有弄清楚。

精品課件一、土壤磷的含量、形態(tài)分級(jí)及其植物有效性精品課件1.1土壤中磷的含量

地殼中磷的平均含量約為0.122%(按P計(jì)，下同）。一般巖石含磷量變動(dòng)在1.0-1.2g/kg。玄武巖發(fā)育的土壤全磷含量通常較高，而花崗巖發(fā)育的土壤全磷含量較低。我國(guó)土壤全磷含量一般為0.022-0.109%,最低可小于0.004%，高的可達(dá)0.175%。在自然土壤中的全磷含量決定于母質(zhì)類(lèi)型、成土作用和土壤磷的淋失情況，而在耕作土壤中主要受耕作施肥的影響。精品課件

1.2土壤磷的形態(tài)1、無(wú)機(jī)磷2、有機(jī)磷

在大多數(shù)土壤中，磷以無(wú)機(jī)形態(tài)為主，主要以正磷酸鹽形式存在，焦磷酸鹽的形式很少；有機(jī)形態(tài)的磷含量較低，且變幅較大。精品課件1、無(wú)機(jī)磷無(wú)機(jī)磷一般占土壤全磷的50%以上。無(wú)機(jī)磷主要以正磷酸鹽的形式存在。無(wú)機(jī)磷可分為礦物態(tài)、吸附態(tài)和水溶態(tài)3種。2、有機(jī)磷土壤有機(jī)磷化合物主要來(lái)自植物，也有相當(dāng)部分來(lái)自土壤生物，特別是微生物。絕大部分土壤有機(jī)磷以單脂鍵與土壤腐殖質(zhì)結(jié)合，已知組分的有機(jī)磷化合物主要有3類(lèi)：植素類(lèi)、核酸類(lèi)、磷脂精品課件PlantResidues/ManuresStableOrganicPSoilMicrobesLabileOrg.P

SoilSolution

PLabile.Inorg.PStableInorg.PHPO4ComplexedPphospholipids精品課件1.3土壤磷的形態(tài)分級(jí)

由于鑒定含磷礦物較困難，人們通常采用化學(xué)方法將無(wú)機(jī)磷進(jìn)行形態(tài)分級(jí)。目前常用的土壤無(wú)機(jī)磷分級(jí)基本上是根據(jù)張守敬和Jackson于1957年提出，后來(lái)經(jīng)過(guò)許多研究者修改后的方法進(jìn)行。其重要做法是使用不同的浸提劑，以區(qū)分不同組分的磷（表）。

根據(jù)這種方法，土壤磷分為磷酸鈣鎂類(lèi)化合物、磷酸鐵鋁類(lèi)化合物和閉蓄態(tài)的磷。實(shí)際上，各組分中或多或少有一些其他組分的磷混雜在一起，包括有機(jī)磷化合物。無(wú)機(jī)磷分級(jí)精品課件精品課件

這種磷形態(tài)分級(jí)方法存在的問(wèn)題：由于土壤的非均質(zhì)性，浸提過(guò)程中釋放的磷可能被其他組分所吸附或者與陽(yáng)離子反應(yīng)形成難溶性的含磷化合物；肥料磷與土壤反應(yīng)的中間產(chǎn)物有很多，而且其溶解性能尚不清楚；浸提過(guò)程中有一部分釋放的磷可能來(lái)自于被酸或堿水解的有機(jī)磷；各種組分中有機(jī)磷的植物有效性還不清楚。該分級(jí)方法對(duì)石灰性土壤考慮較少，也不適用。精品課件其反應(yīng)導(dǎo)致再固定。針對(duì)石灰性土壤磷的分級(jí)問(wèn)題，蔣柏藩和顧益初（1989）把石灰性土壤中Ca-P進(jìn)一步分為Ca2-P（磷酸二鈣為主）、Ca8-P（磷酸八鈣為主）、Ca10-P（磷灰石型）等三組，仍然保留了閉蓄態(tài)磷的概念。其浸提順序?yàn)椋?/p>

0.25mol/LNaHCO3(pH7.5)Ca2-P0.5mol/LNH4OAc(pH4.2)Ca8-P0.5mol/LNH4F(pH8.2)Al-P0.1mol/LNaOH-0.1mol/LNa2CO3Fe-P0.3mol/L檸檬酸-1mol/LNaHCO3-Na2S2O4O-P0.5mol/LH2SO4Ca10-P

此分級(jí)方法較適用于石灰性土壤，這一鈣鹽的區(qū)分方法不僅在化學(xué)方法上更為清楚，而且在植物營(yíng)養(yǎng)上也有相應(yīng)的意義。但是此法同樣也沒(méi)有考慮有機(jī)磷的存在，而且NH4F的應(yīng)用會(huì)形成CaF2，浸提過(guò)程中釋放的磷可能與精品課件

由于有機(jī)磷化合物的鑒定更加困難，某些學(xué)者提出了避開(kāi)這一困難的土壤有機(jī)磷形態(tài)分級(jí)方法（Bowman,etal.,1978;Hedleyetal.,1982)。

一般采用不同浸提劑，把土壤有機(jī)磷分為4組。這一方法希望把有機(jī)磷的有效性和磷素形態(tài)聯(lián)系起來(lái)，但是這只能是定性的，不過(guò)此法有一定的實(shí)用價(jià)值，可以提供有關(guān)土壤有機(jī)磷動(dòng)態(tài)變化的信息。有機(jī)磷分級(jí)精品課件活性有機(jī)磷用0.5mol/LNaHCO3提取的磷；中等活性有機(jī)磷堿溶性的無(wú)機(jī)磷和酸溶性的有機(jī)磷；中度穩(wěn)定有機(jī)磷

即與富里酸結(jié)合的磷；高度穩(wěn)定有機(jī)磷

即與胡敏酸結(jié)合的磷。土壤有機(jī)磷的形態(tài)分級(jí)精品課件SoilPtransformations精品課件二、土壤磷的吸附和解吸（Adsorptionanddesorptionofphosphorusinsoil)精品課件

磷酸鹽在土壤中的化學(xué)行為十分復(fù)雜，涉及多種化學(xué)過(guò)程，其中主要的有吸附和解吸以及沉淀和溶解。吸附和沉淀過(guò)程統(tǒng)稱為磷酸鹽被土壤吸持（固定）過(guò)程，或者土壤磷素的化學(xué)固定（Chemicalfixationofphosphorusinsoil)，其反向反應(yīng)則為釋放過(guò)程，包括解吸和溶解。精品課件Phosphorus“Fixation”*Precipitationfromsoilsolution --pHdrivenAdsorptiontosoilminerals --soilchemistry(mineralogy)determines*

Note:withKandNH4+,“fixation”referstoinsertion intothelatticeofcertainclays精品課件2.1磷的吸附2.1.1、磷的吸附機(jī)理磷的吸附包括陰離子交換吸附和配位吸附。陰離子交換吸附是以靜電引力為基礎(chǔ)，磷酸根與土壤膠體的吸附反應(yīng)，沒(méi)有專(zhuān)一性，故又稱為非專(zhuān)性吸附或物理吸附。磷的配位吸附是指磷酸根離子作為配位體與土壤膠體表面的-OH-基或-H2O基發(fā)生的配位體交換而保持在膠體表面的過(guò)程，具有某種程度的專(zhuān)一性，故又稱為專(zhuān)性吸附或化學(xué)吸附。

土壤中吸附磷的物質(zhì)主要有鐵鋁氧化物、水鋁英石、粘土礦物、有機(jī)質(zhì)-Al-Fe復(fù)合體和碳酸鈣。在酸性土壤中，鐵鋁氧化物是吸附磷的主要物質(zhì)；石灰性土壤中吸附磷的主要物質(zhì)是碳酸鈣。精品課件（1）非專(zhuān)性吸附

在酸性條件下（土壤溶液pH低于土壤吸附劑的等電點(diǎn)時(shí)），吸附劑如活性鐵鋁（用M表示）上的-OH-基質(zhì)子化而帶正電荷：

M-OH+H+M-OH2+

這一帶正電荷的M就會(huì)通過(guò)靜電引力吸引帶負(fù)電荷的磷酸根（H2PO4-):H+

-OOM-OH2++H2PO4-M-OPHHOOH精品課件Note:

在酸性條件下，對(duì)一般帶負(fù)電的陰離子如SO42-、SiO44-等都能產(chǎn)生非專(zhuān)性吸附。

由于活性鐵鋁須質(zhì)子化帶正電荷才能進(jìn)行非專(zhuān)性吸附。因此，非專(zhuān)性吸附只能在活性鐵鋁的等電點(diǎn)以下的pH環(huán)境中進(jìn)行。土壤酸性愈強(qiáng)，-OH-基質(zhì)子化愈多，非專(zhuān)性吸附也愈大。

這類(lèi)非專(zhuān)性吸附完全依靠靜電引力吸持，因而是很弱的。因此，對(duì)植物仍然有較高的有效性。精品課件2023/6/847精品課件

從這3個(gè)反應(yīng)來(lái)看，總的結(jié)果是釋放一個(gè)OH-，所以酸性條件有利于這些反應(yīng)的進(jìn)行，最后形成磷的雙齒吸附，它比單齒吸附要穩(wěn)定得多。

試驗(yàn)證明，這種雙齒吸附可以在pH3-11.9范圍內(nèi)形成，也就是說(shuō)，在幾乎所有常見(jiàn)土壤pH范圍內(nèi)，被吸附的磷都會(huì)隨著時(shí)間的單齒吸附向雙鍵吸附轉(zhuǎn)化。專(zhuān)性吸附對(duì)磷有效性的影響：在磷被土壤吸附的一段不長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)（幾個(gè)月），磷仍保持著相當(dāng)大的有效性。隨著時(shí)間的延續(xù)，特別是當(dāng)雙齒吸附形成后，磷的有效性則大大降低了。

在石灰性土壤中，磷的吸附也是存在的。這是因?yàn)槭倚酝寥乐幸埠猩倭康幕钚澡F鋁，同時(shí)石灰性土壤中CaCO3也可進(jìn)行磷的吸附，這也是一種化學(xué)吸附，先是形成無(wú)定形的磷酸鈣鹽，然后逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶狀態(tài)，最終形成磷灰石。精品課件2.1.2、影響磷吸附的因素

磷的吸附反應(yīng)開(kāi)始時(shí)進(jìn)行的很快，隨著反應(yīng)的進(jìn)行速率逐漸變慢。（1）礦物種類(lèi)、結(jié)晶程度和含量不同的粘土礦物種類(lèi)對(duì)磷吸附能力差異很大，其中鐵、鋁氧化物和水化氧化物吸附能力最強(qiáng)。1:1型粘土礦物吸附磷的能力大于2：1型粘土礦物；吸附磷的能力：鐵鋁氧化物>高嶺石>蒙脫石>方解石非結(jié)晶態(tài)鐵鋁氧化物>結(jié)晶態(tài)鐵鋁氧化物精品課件（2）土壤pH和電解質(zhì)

大多數(shù)土壤中，pH值在6.0-6.5范圍內(nèi)磷的有效性最高。

pH值較低(<5.3)時(shí)，磷的吸附物質(zhì)主要是鐵鋁氧化物，對(duì)磷的吸附固定強(qiáng)。因此，在酸性土壤中施用適量石灰，提高pH可降低磷的吸附固定。pH>7時(shí)，土壤中磷酸鈣鎂鹽的固定，又使磷有效性降低。在吸附動(dòng)力學(xué)研究中，Langmuir的最大吸附量和Freundlich的吸附常數(shù)均與土壤pH成顯著的負(fù)相關(guān)。這是由于在低pH時(shí)，鐵鋁氧化物的活度增大，而且磷酸根離子置換出來(lái)的OH-可以很快被中和，而且隨著pH降低，土壤陰離子交換吸附能力也增強(qiáng)。精品課件（3）土壤有機(jī)質(zhì)

土壤有機(jī)質(zhì)含量高或施用有機(jī)肥料可減少磷的吸附固定，從而提高土壤磷的有效性。主要的原因：有機(jī)質(zhì)在鐵鋁氧化物表面形成膠膜，抑制膠體對(duì)磷的吸附；有機(jī)質(zhì)及其分解產(chǎn)物如胡敏酸、富里酸和有機(jī)酸等與磷酸根競(jìng)爭(zhēng)吸附位點(diǎn)，從而減少磷的吸附。其中簡(jiǎn)單有機(jī)酸陰離子的競(jìng)爭(zhēng)能力按下列順序遞減：檸檬酸>酒石酸>草酸。但是，也有不少資料表明，酸性土壤中磷吸附與土壤有機(jī)質(zhì)含量呈正相關(guān)。認(rèn)為：有機(jī)質(zhì)能夠穩(wěn)定鐵鋁氧化物，從而增加其對(duì)磷的吸附；有機(jī)質(zhì)本身的羥基也可能被磷酸根所取代而產(chǎn)生磷的配位吸附。精品課件2.2磷的解吸

—是指吸附狀態(tài)的磷重新進(jìn)入土壤溶液的過(guò)程。是吸附的逆過(guò)程。解吸開(kāi)始階段速率較快，以后逐漸變慢。吸附態(tài)磷的解吸比吸附過(guò)程要慢得多。所以，土壤磷素的解吸等溫線并不與吸附等溫線重合，發(fā)生滯后現(xiàn)象。原因?yàn)椋何胶竽z體與磷酸根離子形成雙齒鍵，雙齒結(jié)合的磷酸根比單齒結(jié)合的磷酸根要難以釋放；吸附態(tài)磷通過(guò)擴(kuò)散進(jìn)入結(jié)晶態(tài)合非結(jié)晶態(tài)鐵鋁氧化物的內(nèi)部，從而失去了可解吸性，這種現(xiàn)象又為磷的吸收；難溶性化合物的再結(jié)晶。磷酸根把粘土礦物四面體中的硅置換下來(lái)，從而難以解吸。精品課件土壤磷解吸的機(jī)理主要有：1）化學(xué)平衡反應(yīng)土壤溶液中磷濃度因植物的吸收而降低，從而失去了原有的平衡，使反應(yīng)向解吸方向進(jìn)行；2）競(jìng)爭(zhēng)吸附所有能進(jìn)行陰離子吸附的陰離子，在理論上都可與磷酸根有競(jìng)爭(zhēng)吸附作用，從而導(dǎo)致吸附態(tài)磷的不同程度的解吸。競(jìng)爭(zhēng)吸附的強(qiáng)弱主要取決于磷與競(jìng)爭(zhēng)陰離子的相對(duì)濃度。3）擴(kuò)散吸附態(tài)磷沿著濃度梯度向外擴(kuò)散，進(jìn)入土壤溶液。精品課件

三、土壤磷的化學(xué)沉淀和溶解精品課件3.1、磷的化學(xué)沉淀

由磷化學(xué)沉淀作用產(chǎn)生的化合物種類(lèi)很多，據(jù)研究大約有60多種。在中性和石灰性土壤中以磷酸鈣鹽為主，而在酸性土壤中以磷酸鐵鋁鹽為主。

化學(xué)沉淀反應(yīng)一般發(fā)生在土壤溶液中磷濃度高的微域環(huán)境內(nèi)，如肥料顆粒周?chē)．?dāng)水溶性磷肥如過(guò)磷酸鈣施入土壤后，磷肥顆粒開(kāi)始吸收土壤水分，并發(fā)生異成分溶解（Incongruentdissolution)，使顆粒內(nèi)部磷的濃度升高至飽和或接近飽和，同時(shí)pH下降(約1.5)。由于存在著濃度梯度，磷和質(zhì)子以擴(kuò)散的方式進(jìn)入周?chē)寥?，擴(kuò)散過(guò)程中將會(huì)溶解土壤中大量的鐵、鋁、鈣、鎂等離子。當(dāng)溶液中磷與這些陽(yáng)離子的活度積高于相應(yīng)難溶性化合物溶度積時(shí)，發(fā)生磷的化學(xué)沉淀。精品課件3.2難溶性含磷化合物的溶解

土壤中難溶性含磷化合物的溶解主要受溶度積控制的，并受到pH等因素的影響。例如，氟磷灰石在酸性介質(zhì)中的反應(yīng)為：

Ca5(PO4)3F+7H+5Ca2++3H2PO4-+HF

根據(jù)氟磷灰石的溶度積和磷酸的解離常數(shù)，可以從理論上計(jì)算出氟磷灰石施入土壤后溶液中磷酸根離子（H2PO4-

）濃度與土壤pH的關(guān)系：

pH2PO4-=2pH-5.18表明，土壤溶液中磷酸根離子的濃度與H+濃度呈對(duì)數(shù)直線關(guān)系。土壤pH越低，越有利于氟磷灰石的溶解；土壤中鈣離子活度是影響氟磷灰石溶解的另一重要因素，鈣活度低則有利于其溶解；土壤溶液中磷酸根離子活度越低則有利于氟磷灰石溶解。精品課件四、土壤磷的生物轉(zhuǎn)化

精品課件2023/6/858精品課件Organic-P(availableP)Cycling:AslowreleasemechanismHxPO4x-3mineralizationimmobilizationSolidPhase-PO4(unavailable)精品課件影響土壤生物活性的土壤物理和化學(xué)因素，均可能影響有機(jī)磷的礦化。

FactorscontrollingorganicPmineralizationC:Pratiooforganicresidues<200礦化Soiltemperature最適溫度35℃SoilmoistureSoiltextureTillage精品課件4.2無(wú)機(jī)磷的生物活化土壤生物的活動(dòng)可以促進(jìn)吸附態(tài)磷的解吸和難溶態(tài)磷的溶解，其主要作用機(jī)理為：

1）螯溶作用

2）還原作用

3）競(jìng)爭(zhēng)抑制作用4）化學(xué)平衡作用

5）菌根吸收作用。精品課件4.3植物根系與根際磷的活化

植物積極地參與根際土壤中磷活化作用，促進(jìn)磷的釋放和提高其植物有效性。植物在這方面的作用具有明顯的種類(lèi)和基因型差異的特征。精品課件1、植物吸收作用植物根系對(duì)磷的吸收，降低了土壤溶液中磷的活度，可促進(jìn)根際土壤吸附態(tài)磷的解吸和難溶性磷的溶解。植物根系的吸收造成土壤溶液中磷的活度降低，在低磷脅迫下，植物會(huì)通過(guò)改變根系的形態(tài)和結(jié)構(gòu)，增加吸收范圍，提高其對(duì)磷的吸收利用能力。例如，低磷脅迫下，根系的數(shù)量、長(zhǎng)度，根毛的數(shù)量、長(zhǎng)度以及根系比表面積增加，從而增加對(duì)磷的吸收能力。植物對(duì)鈣的吸收利用也可促進(jìn)磷的釋放。例如，對(duì)鈣吸收能力強(qiáng)的植物種類(lèi)，對(duì)磷灰石中磷的利用能力也較大。有人認(rèn)為植物體內(nèi)CaO/P2O5＞1.3的植物往往具有較強(qiáng)的利用磷礦粉的能力。精品課件2、根系的活化作用植物根系對(duì)陰陽(yáng)離子吸收不平衡（如吸收NH4+＞NO3-)可釋放H+；根系和根際生物呼吸作用產(chǎn)生的CO2；低磷脅迫下植物根系可分泌各種有機(jī)酸如檸檬酸、蘋(píng)果酸和草酸等。上述過(guò)程產(chǎn)生的根際酸化作用可促進(jìn)難溶性含磷化合物的溶解。根系分泌的有機(jī)酸通過(guò)與金屬離子的螯合，或與磷酸根離子競(jìng)爭(zhēng)吸附位點(diǎn)，減少磷的吸附固定或促進(jìn)磷的釋放。根系分泌的有機(jī)化合物可在鐵鋁氧化物表面形成膠膜，減少磷的吸附固定。根系的呼吸作用和分泌的還原性物質(zhì)，降低了根際Eh，導(dǎo)致高價(jià)鐵的還原，從而活化磷酸鐵鹽。根系釋放鐵載體可以與鐵、鋅等金屬離子結(jié)合提高其有效性，同時(shí)促進(jìn)與之結(jié)合的磷酸根的釋放。精品課件3、有機(jī)磷的酶促分解有機(jī)磷的水解作用是由根系分泌的酸性磷酸酶（Acidphosphatase)、真菌酸性和堿性磷酸酶、細(xì)菌堿性磷酸酶來(lái)完成。磷酸酶是一種適應(yīng)性酶，它在缺磷脅迫下，根系分泌的磷酸酶活性將大大提高。已證明酸性磷酸酶是一種主要由根系分泌的胞外酶(Ectoenzyme)，其分泌部位是根尖部位。由于酸性磷酸酶的分泌，促進(jìn)有機(jī)磷的水解可大大改善植物的磷素營(yíng)養(yǎng)。精品課件

根系與根際生物之間的相互作用能夠促進(jìn)植物磷的活化和吸收。植物根系與菌根真菌共生，可以擴(kuò)大根系對(duì)磷的吸收范圍，而且菌根可以分泌H+、有機(jī)酸等而使菌根際pH降低，還可分泌磷酸酶，從而促進(jìn)有機(jī)磷的分解和無(wú)機(jī)磷的活化，改善植物的磷素營(yíng)養(yǎng)狀況。4、根系與土壤生物的相互作用精品課件五、土壤供磷能力及其影響因素精品課件5.1土壤磷素供應(yīng)能力是指土壤滿足作物對(duì)磷需求的能力。它是一個(gè)綜合概念，主要包括土壤磷素供應(yīng)的強(qiáng)度因素、容量因素、緩沖能力和土壤磷向根表遷移過(guò)程。由于土壤磷的存在形態(tài)和組分復(fù)雜，其植物有效性的大小也難以確定。因此，人們常簡(jiǎn)單地把土壤磷分為三個(gè)部分來(lái)評(píng)價(jià)土壤磷的植物有效性。三者的關(guān)系為：水溶性磷易轉(zhuǎn)化態(tài)磷難溶性磷精品課件

土壤對(duì)磷的供應(yīng)能力，一是決定于土壤溶液中磷的濃度，稱為土壤磷素供應(yīng)的強(qiáng)度因素I(Intensityfactor)，水溶態(tài)磷通常用0.01mol/LCaCl2浸提測(cè)定，并根據(jù)溶液中的離子強(qiáng)度、pH值和磷酸根的解離常數(shù)計(jì)算磷的活度。二是決定于土壤固相補(bǔ)充溶液磷的數(shù)量，稱為土壤磷素供應(yīng)的容量因素Q(Quantityfactor)，它是易轉(zhuǎn)化態(tài)磷（又稱活性磷，LabileP）的數(shù)量，即與土壤溶液中磷酸根離子處于平衡狀態(tài)的固相磷數(shù)量，主要是吸附態(tài)磷，也包括新沉淀的無(wú)定型或結(jié)晶態(tài)磷以及易分解的有機(jī)態(tài)磷。

精品課件三是取決于土壤固相補(bǔ)充磷的能力，稱為土壤磷素供應(yīng)的緩沖能力BC(Bufferingcapacity)。緩沖能力是土壤磷素供應(yīng)的容量因素(Q)與強(qiáng)度因素(I)的比值，它是表征土壤保持溶液中磷濃度的能力，即土壤向液相補(bǔ)充或釋放磷的能力，主要是通過(guò)固相磷的解吸和溶解。

BC=?Q/?I(b=dCs/dCl)上述3項(xiàng)（I、Q、BC)構(gòu)成了土壤磷素供應(yīng)能力的主體。精品課件1、土壤pH2、土壤有機(jī)質(zhì)3、無(wú)機(jī)膠體的種類(lèi)和性質(zhì)4、土壤質(zhì)地5、土壤水分6、土壤溫度5.2影響供磷能力的土壤因素精品課件六、土壤磷素循環(huán)與環(huán)境效應(yīng)精品課件ThePhosphorusCycleinSoilSolutionPCropharvestManurePLabileorganicP

StableorganicPFertilizerPLabileinorganicPStableinorganicPSoiltestPRunoffErosionLeaching精品課件PhosphorusintheEnvironmentPisanessentialelementforplantsandanimalsHighPisgenerallynon-toxictoplantsoranimalsRelativelyimmobileinsoilPcausesacceleratedeutrophicationExcessivegrowthofalgaeandaquaticplantsLimitsuseofwaterfordrinking,fishing,recreation,etc.精品課件PHOSPHORUSANDWATERQUALITYPhosphorusadditionstonaturalwaterscanstimulateweedandalgaegrowth.Vegetativegrowthandoxygendepletionreducewaterquality.PhosphoruslossesfromagriculturecanbeamajorsourceofPenteringlakesandstreams.精品課件Phosphorus(P)LossProcessesInsurfacerunoff:Soluble(dissolved)PParticulateP(soilparticles)ByleachingDoesphosphorusleach?精品課件SoilPtoWater:TransportRainfall:Infiltration&PercolationSurfaceRunoff:(DissolvedP)SoilErosion:(ParticulateP)TotalSurfacePLoss:(Particulate&DissolvedP)ReleaseofsolublesoilPtorunoffZoneofsurfacesoilandrunoffinteraction(<5cm)SubsurfacerunoffofPP

Leaching精品課件精品課件PLossesduetoRunofffromSERA-IEG17PrunofflossfromfieldswithsimilarsoilPtestvalues,varieswithasite’sslopeandvegetationcoverWell-VegetatedSoilBareSoilLandSlope(%)PRunoffLoss精品課件PotentialPlossrelatedtosoiltestPSoilTestPLowPotentialPLossHighMedium精品課件SoilP,Cropyield&EnvironmentRelationshipofsoilP(low-optimal),cropresponseandpotentialenvironmentalimpactsofPPercentYieldSoilTestP(lbs/ac)PotentialEnvironmentalProblemsMediumOptimalLow3000100精品課件EutrophicationandphosphorusEutrophicationisthetermusedtodescribetheprocessofphosphorusenrichment.

Itcanbedefinedas:

Theover-enrichmentoflakesandriverswithnutrients,usuallyphosphorus,leadingtoexcessivegrowthofalgaeandotheraquaticplants.

精品課件EutrophicationPisusuallylimitingIncreasedalgaerowthDissolveOxygenFishkillPalatabilityisreducedandtoxinsintroduced精品課件NvsPBehaviorCropUptakePRunoff/ErosionLeachingNRunoff/ErosionLeachingVolatilizationDenitrificationCropUptakeNBehaviorPBehavior精品課件ThePhosphorusCycleAnimalmanuresandbiosolidsMineralfertilizersCropharvestRunoffanderosionLeaching(usuallyminor)OrganicphosphorusMicrobialPlantresidueHumusPrimaryminerals(apatite)PlantresiduesPlantuptakeSoilsolutionphosphorusHPO4-2H2PO4-1Secondarycompounds(CaP,FeP,MnP,AlP)DissolutionPrecipitationMineralsurfaces(clays,FeandAloxides,carbonates)WeatheringAdsorptionMineralizationImmobilizationDesorptionInputtosoilComponentLossfromsoilAtmosphericdeposition精品課件第三節(jié)土壤氮磷流失污染控制2023/6/886精品課件一、土壤氮磷流失與水環(huán)境二、土壤氮磷流失時(shí)空分布特征三、土壤氮磷流失的影響因素四、土壤氮磷流失的控制措施2023/6/887精品課件一、土壤氮磷流失與水環(huán)境2023/6/888精品課件1.暴雨：在降雨事件下,各污染物輸出濃度總體上高于非降雨條件的污染物濃度。2023/6/889精品課件2.土壤淋溶流失：來(lái)源于地表徑流和土壤水的向下滲漏，在降雨和灌溉水的作用下，土壤中的氮部分直接以化合物的形式滲到土壤下層，大部分以可溶性的NO3-、NO2-NH4+滲入到土壤下層。

淋溶條件：降雨量、灌溉量、施肥量、土壤厚度、滲透性、溫度和地表覆蓋度等。2023/6/890精品課件二、土壤氮磷流失時(shí)空特征1、土壤氮磷流失時(shí)間變異特征2023/6/891精品課件2、土壤氮磷流失空間變異特征2023/6/892精品課件2023/6/893精品課件三、土壤氮磷流失影響因素

土地利用方式2023/6/894精品課件氣候條件2023/6/895精品課件2023/6/896精品課件植被覆蓋2023/6/897精品課