页数：87页文件大小：8.07 MB来源： 土壤学ppt课件
本课件按元素展开土壤生物地球化学循环，介绍必需营养元素的划分，重点讲解土壤氮的固定、矿化、硝化、反硝化、淋失与挥发过程及其调节，并说明磷、硫、钾和微量元素的形态、转化、固定释放与调控管理措施。
第十章土壤元素生物地球化学循环封面
第十章土壤元素生物地球化学循环
土壤中化学元素以能量传递为驱动力：沿着土壤-生物-大气进行物质循环传递的过程，被称为土壤元素的生物地球化学循环
17种必需营养元素大量元素：C、H、O（大气和水）N、P、K、Ca、Mg、S（土壤）微量元素：B、Fe、Mn、Cu、Zn、Mo、Cl、Ni（土壤）
土壤碳的生物地球化学循环
第一节土壤碳的生物地球化学循环
土壤碳生物地球化学循环概图
土壤碳的生物地球化学循环（续）：本页为数据表，原始文本数字粘连，暂未安全还原为真表格，建议对照原课件图片核对。
土壤碳循环在全球碳循环中的地位土壤25001012kgC植物8301012kgC3.5倍3.0倍大气7121012kgC6CO2+6H2O光能、绿色植物（C6H12O6）+6O2
土壤呼吸与土壤环境
土壤呼吸与土壤环境、气候、植物和人为活动的相互关系
土壤碳的生物地球化学循环（续2）
250l/Lfrom900to1200280l/Lfrom1300to1800358l/Lin1994
图10-4湿地植物生态系统的碳通量
土壤氮的生物地球化学循环
第二节土壤氮的生物地球化学循环
Duxbury Brown：Duxbury,1997,Wm.C.BrownPublishers
有效性相对含量组分形态无效>95%
有效性相对含量组分形态无效>95%有机物质、腐殖物质有机态速效<5%溶液中的NO3-和NH4+、胶体上吸附态和固定态NH4+、气态无机态形态一、土壤氮循环
含量和影响因素含量：1-2g/kg影响因素：植被类型气候特点土壤质地地形部位耕作措施
陆地生态系统中的氮循环
土壤氮的生物地球化学循环（续）
黏粒稳定态腐殖质土壤微生物量半稳定态有机N动植物残体3NO−4NH+123111782543.铵的黏土矿物固定作用2.生物固氮作用1.矿化作用6.腐殖质形成作用5.硝化作用4.固定态铵的释放作用7.氨和铵的化学固定作用8.腐殖质稳定化作用6
大气氮的生物固定：二、大气氮的生物固定N2+6H++6e-→2NH3
共生固氮豆科作物固氮细菌：紫花苜根瘤菌、三叶草根瘤菌，等豆科植物：紫花苜蓿、三叶草、大豆，等根瘤：植物光合作用向根瘤菌提供C源，根瘤菌向植物提供N，二者共生
固氮量紫花苜蓿根瘤菌：225-300kg/ha/yr三叶草根瘤菌：150-210kg/ha/yr紫云英根瘤菌：90-112kg/ha/yr施氮肥降低氮的固定
Fixed Soil：FixedNNitrogenfixationis(usually)reducedbyexternalN“Soil”NTotalNintheplantN2N2
共生固氮非豆科作物放线菌蓝藻植物
非共生（自生）固氮细菌：蓝绿藻好气和嫌气细菌固氮量很低：5-50kg/ha/yr与土壤中有效氮有关
联合固氮菌类指某些固氮微生物与植物根系
联合固氮菌类指某些固氮微生物与植物根系有密切关系，有一定的专一性，但不如共生关系那样严格固氮螺菌（Spirillumlipoferum）/玉米多黏杆菌（Bacilluspolymyxa）/小麦
矿化作用：三、矿化作用土壤中的有机氮在土壤微生物的作用下逐渐分解成氨的过程。H2O4有机氮→R-NH2→NH3→NH+氨基化作用aminization氨化作用ammonification
影响因素通气和嫌气条件营养条件
影响因素通气和嫌气条件营养条件（异养型的微生物）温度pH4.8-5.2有机质的年矿化率一般是1-3%
铵离子的去向与土壤胶体上
铵离子的去向与土壤胶体上的阳离子进行阳离子交换被晶格固定（矿物固定）与土壤有机质形成氨基和酰氨基硝化同化（生物固定）：微生物、植物挥发
同化作用：四、同化作用土壤中的无机态氮被土壤微生物（或植物）吸收转变为有机氮的过程。
硝化作用：五、硝化作用概念：土壤中铵态氮在亚硝化细菌和硝化细菌的作用下转化为硝态氮的过程。特点：需要分子态氧的参与导致土壤酸化吸附态的转化为非吸附态的
Nitrosomo：步骤:亚硝化作用(Nitrosification)2NH4++2H2O+E+3O2→2NO2-+4H+Nitrosomonas硝化作用(Nitrification)2NO2-+O2→2NO3-+ENitrobacter
影响因素好气条件：空气中氧气含量不能小于5%温度：25-35oC湿度：田间持水量的50-70%pH：5.5-10，最适7-9营养：Cu和Mo有利，但过量的NH4有害+
反硝化作用：六、反硝化作用概念：在嫌氧条件下，土壤中硝酸盐在反硝化细菌的作用下，还原为氧化氮和氮气的过程。C6H12O6+4NO3-→6CO2+6H2O+2N2(gas)+NO+N2O(NOx)
影响因素嫌气条件：土壤空气中氧气含量小于1%湿度：淹水有利有机质含量：高有利温度：30-35oCpH：7-8.2NO3-、NO2-、N2O的存在（基质，电子接受体）
旱地土壤中能否存在反硝化作用
旱地土壤中能否存在反硝化作用？局部存在嫌气条件施用过量有机质根际范围内即使在通气良好的旱地土壤中，氮肥的反硝化损失可达15%以上。问题：植物有效氮的损失，增加了大气中N2O的含量。益处：减少了NO3-、NO2-对地下水的污染
氮的淋失
七、氮的淋失
重金属污染
氨的挥发：八、氨的挥发概念：NH4+→NH3+H+CO(NH2)2→NH3+CO2有利于氨挥发的条件：pH值高的土壤CEC低的土壤质地轻的土壤含水量低的土壤施肥深度浅肥料类型+H2O
晶格固定：九、晶格固定发生固定的条件：粘土矿物类型土壤质地水分条件氨离子的数量干湿交替K+土壤pH
土壤氮素调节：十、土壤氮素调节C/N比值的影响淹水、灌溉施肥:激发(起爆)效应:施用新鲜有机物质能激发土壤原来有机质的分解
Domesticsewage Muni：一些有机物的C:N比•Domesticsewage-5:1•Muni.sewage-8:1•Legumehay-13:1•Muni.Compost28:1•Greengrass-35:1•Cornstover-50:1•Straw-80:1•Sawdust-400:1当C/N比为15/1-30/1,矿化释氮量与同化固氮量基本相等
Fungi Bacteria：Fungi:15:1-4.5:1Bacteria:3:1-5:1C:Nratio
Evol Cadde：DecompositionRateasmeasuredbyCO2CumulativeCO2Evol.as%ofCaddedinorganic100%material.50%0%Time(weeks)020Grain,orcanningwasteAlfalfaCornStalksnewspapers,sawdust,leavespineneedles
土壤磷的生物地球化学循环
第三节土壤磷的生物地球化学循环
土壤磷的形态和数量：一、土壤磷的形态和数量土壤磷的含量:0.02%-0.11%(P)(P2O5)x0.44=P土壤中磷的形态无机磷形态有机磷形态
水溶态磷：1.水溶态磷:0.003-0.3mg/L无机磷形态
吸附态磷：2.吸附态磷:被土壤固相表面吸附的磷酸根阴离子,以离子交换和配位体交换吸附为主。专性吸附:铁、铝氧化物的吸附硅酸盐粘土矿物的边面吸附无机磷形态
土壤磷的形态和数量（续）
体系pH=3，pH<zpc体系pH=9，pH=zpc体系pH=9，pH>zpc磷酸根在氧化铁表面的专性吸附
矿物态磷：3.矿物态磷:占土壤无机磷的99%以上.酸性土壤:磷酸铁、磷酸铝、闭蓄态磷磷铝石:Al(OH)2H2PO4粉红磷铁矿:Fe(OH)2H2PO4闭蓄态磷(OccludedP):酸性土壤中被水化氧化铁包裹的磷酸盐石灰性土壤:磷酸钙盐(磷灰石、磷酸二钙、磷酸三钙、磷酸八钙)磷灰石:Ca5X(PO4)3(X:F-、Cl-、OH-、CO32-)CaHPO4、Ca3PO4、Ca8H2(PO4)6无机磷形态(Al、Fe) (H2PO4)3(OH)3-n磷铝铁石
pH溶解度有效性不同种类的磷酸钙盐Ca
pH溶解度有效性不同种类的磷酸钙盐Ca(H2PO4)2磷酸一钙6高高磷酸二钙磷酸三钙CaHPO4Ca3PO4Ca8H2(PO4)6磷酸八钙Ca5(PO4)3OH羟基磷灰石8低低
有机磷：20%-80%植素类:植酸(环己六醇磷酸)盐（Ca、Mg、Fe、Al）核酸类：磷脂类：有机磷形态
土壤磷的循环与转化：二、土壤磷的循环与转化（一）土壤磷的循环
溶解
土壤磷的转化沉淀与溶解反应吸附
（二）土壤磷的转化沉淀与溶解反应吸附与解吸反应有机磷的矿化与无机磷的生物固定
磷酸盐转化过程
土壤磷的循环与转化（续）
沉淀与溶解反应Fe3++2H2PO4-+2H2O→2H++Fe(OH)2H2PO4粉红磷铁矿可溶的不溶的
吸附与解吸反应
闭蓄机制：Fe(OH)3H2PO4-HPO42-生物固定机制：C:P200:1300:1
提高土壤有效磷的途径：（三）提高土壤有效磷的途径调节土壤酸碱度提高土壤有机质含量：有机质（有机磷）的矿化，有机酸的竞争作用，有机酸的溶解作用，有机质的屏蔽作用降低土壤的Eh值（土壤淹水）集中施肥
土壤硫的生物地球化学循环
第四节土壤硫的生物地球化学循环
土壤硫的形态和数量土壤硫的含量：0.01%-0.05%(S)土壤中硫的形态有机态硫：C-S键：含硫氨基酸硫脂键：R-O-SO3H无机态硫
难溶态硫（固体矿物态硫）：1.难溶态硫（固体矿物态硫）：黄铁矿FeS2、闪锌矿ZnS2.水溶性硫:SO42-、S2-3.吸附态硫:SO42-无机态硫
土壤硫的循环与转化
硫的输入大气无机硫的干湿沉降含硫矿物质
硫的输入大气无机硫的干湿沉降含硫矿物质（母质、施肥）和生物有机质硫的输出植物吸收淋失还原性气体H2S
有机硫的矿化与固定：本页为数据表，原始文本数字粘连，暂未安全还原为真表格，建议对照原课件图片核对。
有机硫的矿化与固定C/S：300-400/1SO42-吸附与解吸S2-和元素S的氧化FeS2→FeS+S2FeS+2H2O+9/2O2→Fe2O3+2H2SO42S+3O2+2H2O→2H2SO4S2-+2O2→SO42-
土壤钾的生物地球化学循环
第五节土壤钾的生物地球化学循环
土壤钾的含量和形态：一、土壤钾的含量和形态含量:0.5-2.5%Kx1.2=K2O影响含量的因素：母质风化及成土过程质地
土壤钾的含量和形态（续）
形态按化学组成分矿物钾非交换性钾交换性钾水溶性钾按植物营养有效性无效钾缓效性钾速效性钾
形态及有效性相对含量%存在位置
形态及有效性相对含量%存在位置有效性形态1-2%溶性中的钾胶体上的钾速效的水溶性钾交换性钾1-10%黑云母、伊利石、蛭石和晶穴中的钾缓效的(土壤供钾潜力)非交换性钾90-99%长石、白云母无效的矿物钾
土壤钾的转化
二、土壤钾的转化
土壤钾的固定、释放及其影响因素：三、土壤钾的固定、释放及其影响因素（一）土壤钾的固定及其影响因素钾的固定作用：土壤中的速效钾（交换性钾）转化为缓效钾（非交换性钾）的过程。影响因素粘土矿物类型：蛭石>拜来石>伊利石>蒙脱石>高岭石>水化氧化物土壤质地土壤水分条件（干湿交替）土壤酸碱性（聚合铝离子的作用）NH4+
土壤钾的固定：三、土壤钾的固定、释放及其影响因素（二）土壤钾的释放及其影响因素钾的释放：土壤中的缓效钾（非交换性钾）转化为速效钾（交换性钾和水溶性钾）的过程。释放特点：主要是缓效钾转化为速效钾转化的强度和数量取决于土壤速效钾和缓效钾的含量非交换性钾含量可以作为评价土壤供钾潜力的指标干燥、灼烧和冰冻一般有利于钾的释放
土壤钾的调节与管理：四、土壤钾的调节与管理分次、适量施用钾肥，避免一次过量，以减少钾的固定和淋失宜条施、穴施，或集中施用，以提高土壤胶体上交换性钾的饱和度，增加钾的有效性钾肥不宜面施，可与氮、磷及一些微量元素肥料配比后做成颗粒肥料，深施覆土，以减少钾肥因表土频繁干湿交替引起的固钾量的增多增施有机肥料，维持或增加土壤腐殖质的含量
土壤微量元素的生物地球化学循环
第六节土壤微量元素的生物地球化学循环
微量元素概念：微量元素概念：在土壤和植物中,通常把元素含量低于nx10-3%，最多不超过0.01%的元素有效态符号元素Fe2+,Fe3+FeIronMn2+MnManganeseZn2+ZnZincCu+,Cu2+CuCopperBO45-BBoronMoO42-MoMolybdenumCl-ClChlorine
土壤中微量元素的来源和转化：一、土壤中微量元素的来源和转化来源母质大气沉降污泥、固废、矿区污染、污水化肥、农药有机肥输出：植物吸收和带走淋失侵蚀
土壤中微量元素的来源和转化（续）
一、土壤中微量元素的来源和转化
土壤中微量元素的形态：二、土壤中微量元素的形态H2O(30min)1MKNO3SolublemetalExchangeablemetalAdsorbedmetal0.5MNH4FOrganicallyboundmetal0.1MNa4P2O70.1MEDTA,pH7CarbonatemetalMnoxide-boundmetalFeoxide-boundmetal0.1MNH2OH•HCl(pH3)Citrate-bicarbonate-PrecipitatedmetalResidualmetaldithionitesolution(80oC,15min)1MHNO3Digestionwithconc.HNO3
土壤微量元素的生物地球化学过程：三、土壤微量元素的生物地球化学过程（一）土壤微量元素的吸附与解吸（二）土壤微量元素的沉淀与溶解（三）土壤微量元素的氧化与还原（四）土壤微量元素的络合与离解
土壤中微量元素的有效性及其影响因素：四、土壤中微量元素的有效性及其影响因素（调控与管理）pH：矿物的溶解度胶体表面的电性有机和无机配位体Eh：Fe、Mn、Cu有机质：络合物土壤质地
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