第1页：营养元素的地质大循环与生物小循环
- 营养元素的地质大循环
- 营养元素在陆地与海洋之间循环的过程，使营养元素从封闭不溶态变成可溶态，实现营养元素的释放。
- 营养元素的生物小循环
- 营养元素在生物体和土壤之间循环变化的过程；生物按生理需要有选择地把岩石圈、水圈和大气圈中分散的营养元素加以富集，使其脱离大循环轨道而免于淋失，不断富集在土壤表面。
第2页：生物小循环的过程
营养元素的生物小循环主要包括以下几个过程
- 1）生物从土壤中吸收养分
- 2）生物残体归还土壤
- 3）土壤生物分解残体、释放养分
- 4）养分再次被生物吸收
第3页：植物必需营养元素
- 土壤中含有的元素很多，元素周期表中的元素几乎都能在土壤中发现，但主要的只有20几种
- 生物体中含有90多种元素，但植物必需营养元素只有17种
植物必需营养元素分类| 类别 | 元素 | 说明 |
|---|
| 大量元素 | C、H、O；N、P、K | 占植物体干重的千分之几以上 |
|---|
| 中量元素 | Ca、Mg、S | 含量介于大量与微量之间 |
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| 微量元素 | Fe、Mn、Cu、Zn、Mo、Ni、B、Cl | 含量很低但不可缺 |
|---|
第4页：土壤氮素的来源
§1 土壤氮素
土壤氮素的来源：
第5页：土壤氮素的形态
土壤氮素的形态
- 无机态氮：NH₄⁺、NO₃⁻、NO₂⁻；有效态氮：碱解性氮、矿质态氮
- 有机态氮：占土壤全氮的95%以上，包括水溶性有机氮、水解性有机氮和非水解性有机氮
- 土壤全氮一般在2—0.5 g/kg 之间
第6页：土壤氮素的转化
土壤氮素的转化
- 有机氮的矿化（氨基化作用和氨化作用）
- 铵的硝化：2NH₄⁺ ＋ 3O₂ → 2NO₂⁻ ＋ 2H₂O ＋ 4H⁺ ＋ 660 kJ；2NO₂⁻ ＋ O₂ → 2NO₃⁻ ＋ 167 kJ
- 硝化作用由专性微生物（亚硝化菌和硝化菌）完成，为自养硝化（中性 pH、好氧条件）；有异养微生物参与的为异养硝化
第7页：反硝化作用与氮的固定
- 反硝化作用：2HNO₃ → 2HNO₂ → 2NO → N₂O → N₂（pH 微碱性、严格厌气环境）
- 无机氮生物固定
- 铵离子的矿物固定
第8页：氮素转化与循环示意图
本页为氮素转化和循环示意图：展示 N₂ 经化学和生物固氮进入土壤，经氨化、硝化、反硝化作用转化为 NH₄⁺、NO₂⁻、NO₃⁻，并经植物吸收、生物固定、矿物固定、淋失与挥发等途径迁移，各环节的形态与名称见图中标注。
第9页：土壤氮素的调控
土壤氮素的调控
- C/N 比
- 施肥激发效应（起爆效应）：1. 施用新鲜有机物质激发土壤原来有机质的分解（注意与无机肥配合施用）；2. 施用矿质氮肥促进原来土壤有机氮的分解和释放
- 水田氮素的调控
第10页：土壤磷素的来源
§2 土壤磷素
土壤磷素的来源：
- 母质来源：地壳含磷约为0.12%，土壤全磷在0.2—1.1 g/kg 之间
- 磷矿石肥料
说明：源文土壤全磷单位标注为 mg/kg，按土壤全磷的常规含量水平应为 g/kg，此处据标准值修正。
第11页：土壤磷素的形态
土壤磷素的形态
- 1. 无机磷：水溶态磷 H₂PO₄⁻、HPO₄²⁻、PO₄³⁻
- 吸附态磷：通过离子交换和配位体吸附保持在胶体表面
第12页：矿物态磷与磷酸钙类化合物
- 矿物态磷：土壤中无机磷几乎99%以上以矿物态存在
- 磷酸钙类化合物（Ca-P）：氟磷灰石 3Ca₃(PO₄)₂·CaF₂、碳酸磷灰石 3Ca₃(PO₄)₂·CaCO₃、羟基磷灰石 3Ca₃(PO₄)₂·Ca(OH)₂、氧基磷灰石 3Ca₃(PO₄)₂·CaO、磷酸三钙 Ca₃(PO₄)₂、磷酸二钙 CaHPO₄、磷酸一钙 Ca(H₂PO₄)₂，溶解度依次增加
第13页：磷酸铁铝类与闭蓄态磷
- 2）磷酸铁和磷酸铝类化合物（Fe-P、Al-P）：主要存在于酸性土
- 3）闭蓄态磷（O-P）：由氧化铁胶膜包被的磷酸盐，主要存在于酸性土（石灰性土壤中包被的胶膜是难溶性的钙质化合物）
第14页：土壤有机磷的形态
土壤磷素的形态：2. 有机磷
第15页：土壤磷的化学沉淀固定
土壤磷的固定及机制
1. 化学沉淀机制
- 酸性土壤中：Fe³⁺ ＋ H₂PO₄⁻ ＋ 2H₂O → Fe(OH)₂·H₂PO₄ ＋ 2H⁺；Fe(OH)₃ ＋ H₂PO₄⁻ → Fe(OH)₂·H₂PO₄ ＋ OH⁻
- 石灰性土壤中：Ca(H₂PO₄)₂ ＋ 2Ca²⁺ → Ca₃(PO₄)₂ ＋ 4H⁺；Ca(H₂PO₄)₂ ＋ 2Ca(HCO₃)₂ → Ca₃(PO₄)₂ ＋ 4CO₂ ＋ 4H₂O
第16页：土壤磷固定的其他机制
- 2. 胶体表面的专性吸附
- 3. 闭蓄机制
- 4. 生物固磷
第17页：磷素转化与循环示意图
本页为磷素转化与循环示意图：展示含磷母质风化释放易溶性磷酸盐，经溶解、固定、生物吸收、分解及径流沉积在土壤与海洋之间循环，各环节名称见图中标注。
第18页：提高土壤磷素有效性的途径
提高土壤磷素有效性的途径
- 1. 调节土壤 pH
- 2. 增加有机质：有机胶体的被覆作用、有机胶体络合作用、有机酸的溶解作用、有机阴离子与磷酸根竞争专性吸附点
- 3. 土壤淹水
- 4. 集中施肥
第19页：土壤钾素的来源
§3 土壤钾素
土壤钾素的来源：
- 母质来源：地壳含钾约为2.45%，土壤全钾在5—25 g/kg 之间
- 钾肥
说明：源文土壤全钾单位标注为 mg/kg，按土壤全钾的常规含量水平应为 g/kg，此处据标准值修正。
第20页：土壤钾素的形态
土壤钾素的形态
- 1. 按化学组成：水溶性钾、交换性钾、非交换性钾、矿物钾
- 2. 按植物营养有效性：速效钾、缓效钾和无效钾
第21页：钾素转化与循环示意图
本页为钾素转化与循环示意图：展示含钾母质经风化、溶解、代换吸收、固定作用与生物吸收，以及径流流失等过程在土壤—生物之间循环，各环节名称见图中标注。
第22页：土壤钾的固定与释放
土壤钾的固定、释放与影响因素
