第十章 土壤养分循环
主要内容 (重点 )：
教学目标与要求：
教学方式与手段：
课时安排与进度：
1.土壤氮素循环 （重点）
2.土壤磷和硫的循环 （重点）
3.土壤中的钾钙镁
4.土壤中的微量元素循环
从养分的来源、含量、形态和转化过程来掌握
各种土壤养分。重点掌握土壤氮、磷的转化过
程，尤其是无效化过程；了解土壤钾、钙、镁
的状况以及微量元素的重要性。
幻灯，动画演示；举例分析；
课时数,4课时
? 有效养分 －能够直接或经过转化被植物吸收利用的
土壤养分
? 速效养分 －在作物生长季节内, 能够直接, 迅速为
植物吸收利用的土壤养分, 称 ~
? 无效养分 －不能被植物吸收利用的土壤养分, 称 ~
? 土壤养分状况 －是指土壤养分的含量、组成、形态
分布和有效性的高低。
? 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 。
土壤养分的基本概念
指来自土壤的元素通常可以反复的再循环和利用,典型
的再循环过程。包括
①生物从土壤中吸收养分；
②生物的残体归还土壤；
③在土壤微生物的作用下，分解生物残体，释放养分；
④养分再次被生物吸收。
土壤养分循环
一, 作物所必需的营养元素
作物所需的营养元素
亚农（ Arnon） 1954年对植物“必需”的养料元素定了三
条标准：
（ 1）如果缺少这种元素，植物就不能生长或不能完成生
命周期
（ 2）这种元素不能被其他元素所代替，它有所具有的营
养作用
（ 3）这种养料元素在植物的代谢过程中具有直接的作用。
Mo对全部高等植物及大部分微生物是必需的；
Na和 Co对藻类, 细菌与高等植物是必需的；
Ca,B,Cl对高等植物是必需的, 但对微生物, 特别是真
菌的生长则并不必需 。
此外, 钡, 硅, 铝, 碘与镓几种元素只对少数几种植物必
需 。
农作物多数属于高等植物, 所以其必需的营养元素
一般有 16个：
C,O,H,N,K,P,S,Ca,Mg,Fe,B,Mn,Cu、
Zn,Mo,Cl
其中第一条最重要 。 但要通过实验来证明这几点往往很困
难 。 除了 C,H,O三元素外, 还有九种元素对所有的植物
都是必需的,N,P,K,Mg,S,Fe,Mo,Zn,Cu
这是路密斯 （ Loomis） 和许尔 （ Shull） 于 1973年首
先使用的名称 。 按习惯标准：
大量元素,植物对这种元素的需要量超过 1%。 前
九种属之 。
前九个占干体重的绝大多数, 即植物吸收的数量大,
通常占植物干重千分几到百分之几十 。
微量元素,植物对这种元素的需要小于植物干重的
0.1%。
大量元素和微量元素
土壤养分三要素
在植物所必需的营养元素中, C,H,O大约占植
株干重的 95%。 碳主要来自与大气中的二氧化碳,
而 H,O则来自与土壤中的水分, 氧可来自空气 。
氮则除豆科作物外大部分取源于土壤 。
氮磷钾三要素, 简称 土壤养分三要素 。
其所以重要就在于必需经常调节其供不
应求的状况, 而不是指它们在作物营养
中所起的作用 。
第一节 土壤氮素循环
1,含量
我国耕地土壤含氮一般在 0.02%~0.2%之间；高于
0.2%的很少, 大部分低于 0.1%。 而华北, 西北大部分
地区土壤耕层发含氮量不足 0.1%；南方土壤的含氮量介
于二者之间 。
一般把土壤含氮量 > 0.2%者为, 高, ；
0.2%~0.1%之间者为, 中, ； 0.1%~0.05%者为
,低,, < 0.05%者为, 极低, 。 一般把作物在
不施氮区的全年生长期所吸收的氮量为土壤供氮
能力的良好指标 。
固氮作用主要是靠微生物, 固氮微生物分共生和自生两类 。
（ 1） 与豆科作物共生的固氮菌, 其固氮能力很强 。 10~20斤 /亩
（ 2） 自生固氮菌, 有分为好气和嫌气两类 。
好气性固氮能力强, 在热带林地, 可达 10~30斤 /亩
2,来源
土壤中的氮素关非来源于土壤矿物质 。 是生物固氮作用产生
的 。
对于农田来说, 土壤氮素的来源不止以上两
种途径, 包括：
（ 1） 固氮作用；自生固氮, 共生固氮和联合固氮
（ 2） 降水；
（ 3） 灌水；
（ 4） 施肥； ① 有机肥； ② 无机化肥；它们是土壤
氮肥的主要来源 。
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 影响土壤氮素含量的因素
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 。
3,质地
质地 砂性土 壤性土 粘性土
N% 低 高
4．地形及地势
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 。
1,有机成氮占全氮的绝大部分, 92~98%。 有机氮的矿化
率只有 3~6%。
（ 1） 可溶性有机氮 < 5%,主要为,游离氨基酸, 胺盐
（ 速 效 氮 ） 及酰胺类化合物
（ 2） 水解性有机氮 50~70%,用酸碱或酶 处理 而得 。 包
括：蛋白质及肽类, 核蛋白类, 氨基糖类
（ 3） 非水解性有机氮 30~50%,主要可能是杂环态氮,
缩胺类
二 土壤氮素的存在形态
2,无机态氮
土壤无机氮占全氮 1~2%(1~50ppm)。 最多不超过
5~8%；
（ 1） 铵态氮 (NH4) 在土壤里有三种存在方式,游离态,
交换态, 固定态 。
（ 2） 硝态氮 （ NO3-N） 在土壤主要以游离态存在 。
（ 3） 亚硝态氮 （ NO2-N） 主要在嫌气性条件下才有可
能存在, 而且数量也极少 。 在土壤里主要以游离态存在 。
3．游离态氮（ N2）
三 土中氮素的转化
（ 1） 水解过程 水解 水解
蛋白质 多肽 氨基酸, 酰胺等
朊酶 肽酶
条件,① 真菌, 细菌, 放线菌等；
② 在通气良好； ③ 温度较高；
④ 水分 60~70%； ⑤ pH值适中；
⑥ C/N比适当
一 ） 土壤氮素的有效化过程
1,有机态氮的矿化过程
含氮的有机合化物, 在多种微物物的作用下降解为简单的氨
态氮的过程 。
（ 2） 氨化过程
RCHNH2COOH + O2 RCH2COOH + NH3 + E
酶
条件：
① 真菌, 细菌, 放线菌等；
② 在通气良好； ③ 对低温 特别敏感；
④ 水分 60~70%； ⑤ pH值要求在 4.8~5.2
⑥ C/N比适当 。
氨化微生物
（ 1） 亚硝化作用
亚硝化微生物
2HN4 + 3O2 2NO2- + 2H2O + 4H+ + 158千卡
以 (Nitrosonas为主 )
条件：亚硝化细菌 （ 专性自养型微生物 ）
通气：良好 O2< 5%
pH 5.5 - 10 (7-9),< 4.5 受抑制 ！
水分,50~60%
温度,35℃ ＜ 2℃ STOP!
养分,Cu,Mo等促进硝化作用的进行 。 缺钙, 不利 。
2．硝化过程
氨, 胺, 酰胺 硝态氮化合物
（ 2） 硝化作用
硝化微生物
2NO2- + O2 2NO3- + 40千卡
以 (Nitrobacter为主 )
条件：硝化细菌 （ 以 Nitrobacter为主 ） 其它同亚硝化作
用
在通气良好的条件下, 硝化作用的速率＞亚硝化
作用＞铵化作用, 因此, 在正常土壤中, 很少有亚硝
态氮和铵态氮及氨的积累 。
反硝化作用的条件是
1） 具反硝化能力的细菌, 反硝化细菌现已知有 33个属, 多数
是异养型, 也有几种是化学自养型, 但在多数农田都不重要；
2） 合适的电子供体, 如有机 C化合物, 还原性硫化合物或分
子态氢；有效态 碳 的影响最大 ;
3） 厌氧条件, 与田间持水量大小密切相关；
嫌气状态 O2 < 5%或土壤溶液中 [O2] < 4 ? 10-6M
Eh < 344mv (pH = 5时 )
4） 有硝态氮存在
5） pH 7 - 8.2 pH < 5.2 - 5.8 或 pH > 8.2 - 9时, 反硝化
作用减弱 。
（ 1） 亚硝酸分解反应
3HNO2 ? HNO3 + 2NO ? + H2O
条件：酸性愈强, 分解愈快 。
（ 2） 氨态氮的挥发
在碱性条件下, NH4+ + OH- ? NH3 ? + H2O
土壤中的铵态氮在碱性条件下, 很容易以 NH3的形式直接
从土壤表面 损失掉 。
2,化学脱氮过程
主要是指在一些特殊的情况下，如强酸反应，温度较
高和水分含量很低等，亚硝酸协与一些其他化合物（包
括有机化合物）进行化学反应而生成分子态氮或氧化亚
氮的过程
3,粘粒矿物对铵的固定
我国北方的土壤中, 能固铵的粘粒矿物较多, 但其
土壤中铵极少, 而南方水田的铵态较多, 而能固定铵的
粘土矿物不多 。 因此, 铵的粘土矿物固定在我国的意义
不大 。
4,生物固定
5,硝酸盐的淋洗
四、土壤氮素的调控
（一） C/N比影响
（二）施肥的影响
（三）淹水、灌溉的影响
1、在水田剖面的不同层次上，氮素的形态不同；
2、在水田中无机氮素以铵态氮为主；
3、反硝化作用明显；
第三节 土壤磷和硫的循环
（ 一 ） 土壤中磷素的来源
土壤中的磷是由岩石风化而来的 。 原生矿物的含磷量
为 0.12%左右 。
（ 二 ） 土壤磷的含量及影响因素
1,土壤磷的含量
一般来说, 土壤的磷素含量都在 0.2%以下, 红壤, 黄壤含
磷只有 0.04%。 我国土壤全磷的含量在 0.02%— 0.11%之
间 。 从总体来说, 自北而南, 土壤磷的含量是逐渐降低的 。
2,影响土壤磷含量的因素
（ 1） 母质中矿物成分的不同；
基性岩 ＞ 酸性岩
碱性沉积体＞酸性沉积体
如, 由石灰性风化体形成的红壤的含磷量比由的
红壤多得多 。
（ 2） 土壤质地的差别
土壤细粒部分所含的磷主要是次生的磷化合物 。
（ 3） P在土壤剖面上的分布
从上到下, 磷的含量逐渐降低 。 原因
① 磷的迁移率很低；
② 植物根系的富积；
③ 有机胶体或无机胶体对磷酸根的吸附作用,
上层较强 。
④ 耕作制度和施肥的影响；
三 ） 土壤中磷的存在形态
土壤磷素可分为两大类：有机态磷和机
态磷 。
有机态磷的含量占全磷的 10~20%左
右 。
1,有机磷化合物
主要是植素 （ 肌醇六磷酸 ） 或植酸
类, 核蛋白或核酸以及磷类化合物 。
② 易溶性磷酸盐
包括水溶性和弱酸溶性两种 。
易溶磷酸盐, 一方面来自与化肥, 另一方面来自于难溶磷
酸盐的溶解 。
一般来说, 根据磷酸盐的溶解性, 可分为：
① 难溶性磷酸盐
如氟磷灰石, 羟基磷灰石等存在于石灰性土壤中；粉红磷
铁矿和磷铝石在酸性土壤中较多 。
1,土壤磷的有效化过程
有机态磷和难溶性磷酸盐在一定条件
下，转化为植物可以吸收利用的水溶性的
磷酸盐或弱酸溶性的磷酸盐的过程是其有
效性提高的过程，通常称之为 磷的释放 。
（ 四 ） 土壤磷的转化
易溶性或速效态磷酸盐转化为难溶性迟效态和缓效态的过
程, 通常称之为 磷的固定 。
土壤中磷的固定是非常普遍的。
2,土壤磷的无效化过程
（ 1） 化学沉淀机制
? 该固磷作用发生在土壤固相的表面 。 具体可分为：
① 表面交换反应 （ pH 5.5~6.5）
通过土壤固相表面的 OH-和溶液中的磷根交换,
② 表面上次生化学反应
在土壤 CaCO3晶核的表面通过化学反应或吸附形成一层
CaHPO4的膜状沉淀 。
③ 阳离子吸附机制 （ 中性土壤 ）
（ 2） 表面反应机制
（ 3） 闭蓄机制
当磷在土壤中固定为粉红磷铁矿后, 若土壤局部的
pH升高, 可粉红磷铁矿的表面形成一层无定形的氧化铁薄
膜, 把原有的磷包被起来, 这种机制叫闭蓄机制 。
Fe(OH)3 PKs = 37~38
粉红磷铁矿,PKs = 33~35
胶膜有铁铝质的, 钙质的 。
（ 4） 生物固定
有机质 C/P比为 200∶ 1~300∶ 1,当微生物的 C/P比
小于土壤有机质时, 就可产生生物固定 。 当土壤中的磷太
少时, 对磷素, 微生物和作物就会发生竞争 。
特点,① 表聚性； ② 暂时无效； ③ 把无机磷 → 有
机磷 。
（ 五）土壤磷的调节
1、活性磷和磷的固定
只有那些不溶性磷化合物和保持在粘粒或有
机质中的固持态磷才称为固定态的磷，这部分磷
占土壤全磷的 95%以上，又称为 非活性磷。
土壤中可被植物吸收的磷组分称为 土壤的有效磷
2、提高土壤磷有效性的途径。
（ 1） 土壤酸碱度
pH6.5-6.8之间为宜，可减少磷的固定作用，提高土壤磷
的有效性。
（ 2） 土壤有机质
① 有机阴离子与磷酸根竞争固相表面专性吸附点位，
从而减少了土壤对磷的吸附。
② 有机物分解产生的有机酸和其它螯合剂的作用，
将部分固定态磷释放为可溶态。
③ 腐殖质可在铁、铝氧化物等胶体表面形成保护膜，
减少对磷酸根的吸附。
④ 有机质分解产生的 CO2,溶于水形成 H2CO3,增加钙、
镁、磷酸盐的溶解度。
（ 3） 土壤淹水
①酸生土壤 pH上升促使铁、铝形成氢氧化物沉
淀，减少了它们对磷的固定；碱性土壤 pH有所
下降，能增加磷酸钙的溶解度；反之，若淹水
土壤落干，则导致土壤磷的有效性下降。
②土壤氧化还原电位 (Eh)下降，高价铁还原成低
价铁,磷酸低铁的溶解度较高，增加了磷的有效
度。
③包被于磷酸表面铁质胶膜还原，提高了闭蓄
态磷的有效度。
第四节 土壤中的钾
一、土壤中钾的形态和含量
（ 一 ） 土壤钾素的来源
土壤钾的来源于岩石的风化 。
在地壳岩石中, 钾的含量比磷高得多, 整个岩石界
含钾量平均为 2.45%。 因此在氮, 磷, 外三要素中, 钾
在土 壤中的含量最高 。
（二）钾素的形态
1 矿物钾
土壤矿物中的钾一般称为 结构钾,占全钾量的 92-98%。
钾长石 （ KAlSi3O8）含钾 7.5～ 12.5%
微斜长石（ CaI ? Na ? KAlSi3O8）含钾 7.0-11.5%，
白云母（ K(AlSi3O8)Al2(OH2F)2）含钾量 6.5～ 9.0%，
2、非交换态钾
又 称 缓效钾,是指存在于膨胀性粘土矿物层间和
边缘上的一部分钾。占全钾量的 2-8%。
3,交换态钾
指吸附在土壤胶体表面的钾离子。在土壤中的
含量一般为 40-600mg/kg，占土壤全钾量的 1-2%。
4,水溶性钾（溶液钾）
是指以离子形态存在于土壤溶液中的钾。浓度
一般为 2-5mg/L.
土壤全钾量一般在 5-25g/kg，平均为 10g/kg。
1,土壤中钾的含量远远超过氮, 磷, 大体不超高 3%
（ K2O） 。 我国自南向北含钾量是逐渐增加的, 如华南
地区, 其平均水平 < 0.3%,红黄壤地区为 1.2%,长江
中下游地区的水稻土地区可达 1.7%；北方的土壤一般 >
2%,东北, 内蒙的黑土可达 2.6%。 这主要是和地区的
风化, 成土条件不同有关 。
（ 三 ） 土壤钾的含量及影响因素
（ 1） 母质
富钾矿物：
① 长石类 正长石 钾微斜长石等 含钾量约在 7- 12%之间 。
② 云母类 白云母 黑云母 含钾量约在 5- 9%之间 。
③ 次生粘粒矿物 水化云母 （ 伊利石类 ） 绿泥石等四川的紫色
土含钾较丰富
2,影响钾含量的因素
（ 2） 风化及成土条件
北方 ＞ 南方
高温, 多雨而淋溶强度大, K。
（ 3） 质地
粒径越小, 含 K越多；
质地越粘, 含 K越多 。
1,钾的有效化
（ 1） 矿物风化
在土壤风化和成土过程中所产生的各种有机或无机
酸可以把含钾矿物中的钾释放出来 。 所释放的钾都是水
溶性的速效钾 。
（ 四 ） 土壤钾的转化
（ 2） 微生物分解
一些微生物可以将铝硅酸盐分解, 从而将其中的钾
释放出来 。 如硅酸盐细菌 。
（ 3） 缓效钾的释放
图 10－ 8 土壤中不同形态钾的平衡关系
（ 1） 钾固定的机制
在土壤条件变化时, 如干湿交替, 冻融交替, 灼烧
等, 被土壤吸附在晶层表面的代换性钾就会掉进晶穴里,
当晶层间距变小, 钾离子便被封闭在里面, 伊利石, 拜来
石, 蒙脱石等, 它们都属 2∶ 1型矿物, 但前二者比后者固
钾能力更强 。
（ 2） 影响钾固定的因素
有粘粒矿物组成, 结构, 水分；土壤反应, 农业措
施 。
2,土壤中钾的无效过程－钾的固定
钾的固定是指代换性钾转化为缓效钾的过程 。
土壤中硫的循环及转化
土壤硫的输入主要途径有,
① 大气无机硫 (SO2)的沉降。
②含硫矿物质和生物有机质
土壤硫的输出,主要是植物吸收和土壤淋洗。
1、有机硫的矿化和固定
有机质的 C/S<300-400，则有利于有机硫的矿化，而
C/S>300-400,则就有可能产生生物固硫。
2、矿物质的吸附和解吸
在富含铁、铝氧化物和水化氧化物、水铝英石及 1:1型
粘粒矿物为主的土壤，硫酸根 (SO42-)有可能被带正电荷的
土壤胶体所吸附,但吸附的 SO42-容易被其它阴离子交换。
3、硫化物和元素硫的氧化
土壤 Eh和 pH值是影响硫化物氧化的重要因素。
土壤硫转化主要包括,
FeS2 FeS + S (10.20)
2FeS + 2H2O +90 Fe2O3 + 2H2SO4 (10.21)
2S + 3O2 + 2H2O 2H2SO4 (10.22)
S2- + 2O2 SO42- (10.23)
第五节 土壤中的微量元素循环
图 10－ 9 土壤中的微量元素循环
一、土壤中微量元素的来源
土壤中微量元素主要来自岩石和矿物，母质不同的土
壤，微量元素种类和含量不同。 元素之间存在着相亲与
伴生。
植物必需的微量元素有铁、锰、铜、锌、硼、钼和氯
二、土壤中微量元素的形态 （ 4级或 6级）
（一）水溶态 （二）交换态
（三）专性吸附态 （四）有机态
（五）铁、锰氧化物包被态 （六）矿物态
三、土壤中微量元素有效性及其影响因素
1,pH
以铁为例。
2,Eh
3,OM.
4,Texture
5、耕作管理
本章小结
一、名词解释
1,土壤养分 2,大量元素
3,微量元素 4、交换态钾
5,有效养分 6,养分位
7 闲蓄态磷 8,缓效态养分
9,氨化作用 10,反硝化作用
二, 思考题
1,铵态氮和硝态氮在性质上有何区别?二者在土壤中的行
为有何异同?
2,如何提高磷肥的利用率?应采取哪些具体措施?
3,把 N,P,K称为肥料三要素?其道理何在?
4,施用 NH＋４肥时为什么要强调深施覆土和集中施用?
主要内容 (重点 )：
教学目标与要求：
教学方式与手段：
课时安排与进度：
1.土壤氮素循环 （重点）
2.土壤磷和硫的循环 （重点）
3.土壤中的钾钙镁
4.土壤中的微量元素循环
从养分的来源、含量、形态和转化过程来掌握
各种土壤养分。重点掌握土壤氮、磷的转化过
程，尤其是无效化过程；了解土壤钾、钙、镁
的状况以及微量元素的重要性。
幻灯，动画演示；举例分析；
课时数,4课时
? 有效养分 －能够直接或经过转化被植物吸收利用的
土壤养分
? 速效养分 －在作物生长季节内, 能够直接, 迅速为
植物吸收利用的土壤养分, 称 ~
? 无效养分 －不能被植物吸收利用的土壤养分, 称 ~
? 土壤养分状况 －是指土壤养分的含量、组成、形态
分布和有效性的高低。
? 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 。
土壤养分的基本概念
指来自土壤的元素通常可以反复的再循环和利用,典型
的再循环过程。包括
①生物从土壤中吸收养分；
②生物的残体归还土壤；
③在土壤微生物的作用下，分解生物残体，释放养分；
④养分再次被生物吸收。
土壤养分循环
一, 作物所必需的营养元素
作物所需的营养元素
亚农（ Arnon） 1954年对植物“必需”的养料元素定了三
条标准：
（ 1）如果缺少这种元素，植物就不能生长或不能完成生
命周期
（ 2）这种元素不能被其他元素所代替，它有所具有的营
养作用
（ 3）这种养料元素在植物的代谢过程中具有直接的作用。
Mo对全部高等植物及大部分微生物是必需的；
Na和 Co对藻类, 细菌与高等植物是必需的；
Ca,B,Cl对高等植物是必需的, 但对微生物, 特别是真
菌的生长则并不必需 。
此外, 钡, 硅, 铝, 碘与镓几种元素只对少数几种植物必
需 。
农作物多数属于高等植物, 所以其必需的营养元素
一般有 16个：
C,O,H,N,K,P,S,Ca,Mg,Fe,B,Mn,Cu、
Zn,Mo,Cl
其中第一条最重要 。 但要通过实验来证明这几点往往很困
难 。 除了 C,H,O三元素外, 还有九种元素对所有的植物
都是必需的,N,P,K,Mg,S,Fe,Mo,Zn,Cu
这是路密斯 （ Loomis） 和许尔 （ Shull） 于 1973年首
先使用的名称 。 按习惯标准：
大量元素,植物对这种元素的需要量超过 1%。 前
九种属之 。
前九个占干体重的绝大多数, 即植物吸收的数量大,
通常占植物干重千分几到百分之几十 。
微量元素,植物对这种元素的需要小于植物干重的
0.1%。
大量元素和微量元素
土壤养分三要素
在植物所必需的营养元素中, C,H,O大约占植
株干重的 95%。 碳主要来自与大气中的二氧化碳,
而 H,O则来自与土壤中的水分, 氧可来自空气 。
氮则除豆科作物外大部分取源于土壤 。
氮磷钾三要素, 简称 土壤养分三要素 。
其所以重要就在于必需经常调节其供不
应求的状况, 而不是指它们在作物营养
中所起的作用 。
第一节 土壤氮素循环
1,含量
我国耕地土壤含氮一般在 0.02%~0.2%之间；高于
0.2%的很少, 大部分低于 0.1%。 而华北, 西北大部分
地区土壤耕层发含氮量不足 0.1%；南方土壤的含氮量介
于二者之间 。
一般把土壤含氮量 > 0.2%者为, 高, ；
0.2%~0.1%之间者为, 中, ； 0.1%~0.05%者为
,低,, < 0.05%者为, 极低, 。 一般把作物在
不施氮区的全年生长期所吸收的氮量为土壤供氮
能力的良好指标 。
固氮作用主要是靠微生物, 固氮微生物分共生和自生两类 。
（ 1） 与豆科作物共生的固氮菌, 其固氮能力很强 。 10~20斤 /亩
（ 2） 自生固氮菌, 有分为好气和嫌气两类 。
好气性固氮能力强, 在热带林地, 可达 10~30斤 /亩
2,来源
土壤中的氮素关非来源于土壤矿物质 。 是生物固氮作用产生
的 。
对于农田来说, 土壤氮素的来源不止以上两
种途径, 包括：
（ 1） 固氮作用；自生固氮, 共生固氮和联合固氮
（ 2） 降水；
（ 3） 灌水；
（ 4） 施肥； ① 有机肥； ② 无机化肥；它们是土壤
氮肥的主要来源 。
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 影响土壤氮素含量的因素
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 。
3,质地
质地 砂性土 壤性土 粘性土
N% 低 高
4．地形及地势
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 。
1,有机成氮占全氮的绝大部分, 92~98%。 有机氮的矿化
率只有 3~6%。
（ 1） 可溶性有机氮 < 5%,主要为,游离氨基酸, 胺盐
（ 速 效 氮 ） 及酰胺类化合物
（ 2） 水解性有机氮 50~70%,用酸碱或酶 处理 而得 。 包
括：蛋白质及肽类, 核蛋白类, 氨基糖类
（ 3） 非水解性有机氮 30~50%,主要可能是杂环态氮,
缩胺类
二 土壤氮素的存在形态
2,无机态氮
土壤无机氮占全氮 1~2%(1~50ppm)。 最多不超过
5~8%；
（ 1） 铵态氮 (NH4) 在土壤里有三种存在方式,游离态,
交换态, 固定态 。
（ 2） 硝态氮 （ NO3-N） 在土壤主要以游离态存在 。
（ 3） 亚硝态氮 （ NO2-N） 主要在嫌气性条件下才有可
能存在, 而且数量也极少 。 在土壤里主要以游离态存在 。
3．游离态氮（ N2）
三 土中氮素的转化
（ 1） 水解过程 水解 水解
蛋白质 多肽 氨基酸, 酰胺等
朊酶 肽酶
条件,① 真菌, 细菌, 放线菌等；
② 在通气良好； ③ 温度较高；
④ 水分 60~70%； ⑤ pH值适中；
⑥ C/N比适当
一 ） 土壤氮素的有效化过程
1,有机态氮的矿化过程
含氮的有机合化物, 在多种微物物的作用下降解为简单的氨
态氮的过程 。
（ 2） 氨化过程
RCHNH2COOH + O2 RCH2COOH + NH3 + E
酶
条件：
① 真菌, 细菌, 放线菌等；
② 在通气良好； ③ 对低温 特别敏感；
④ 水分 60~70%； ⑤ pH值要求在 4.8~5.2
⑥ C/N比适当 。
氨化微生物
（ 1） 亚硝化作用
亚硝化微生物
2HN4 + 3O2 2NO2- + 2H2O + 4H+ + 158千卡
以 (Nitrosonas为主 )
条件：亚硝化细菌 （ 专性自养型微生物 ）
通气：良好 O2< 5%
pH 5.5 - 10 (7-9),< 4.5 受抑制 ！
水分,50~60%
温度,35℃ ＜ 2℃ STOP!
养分,Cu,Mo等促进硝化作用的进行 。 缺钙, 不利 。
2．硝化过程
氨, 胺, 酰胺 硝态氮化合物
（ 2） 硝化作用
硝化微生物
2NO2- + O2 2NO3- + 40千卡
以 (Nitrobacter为主 )
条件：硝化细菌 （ 以 Nitrobacter为主 ） 其它同亚硝化作
用
在通气良好的条件下, 硝化作用的速率＞亚硝化
作用＞铵化作用, 因此, 在正常土壤中, 很少有亚硝
态氮和铵态氮及氨的积累 。
反硝化作用的条件是
1） 具反硝化能力的细菌, 反硝化细菌现已知有 33个属, 多数
是异养型, 也有几种是化学自养型, 但在多数农田都不重要；
2） 合适的电子供体, 如有机 C化合物, 还原性硫化合物或分
子态氢；有效态 碳 的影响最大 ;
3） 厌氧条件, 与田间持水量大小密切相关；
嫌气状态 O2 < 5%或土壤溶液中 [O2] < 4 ? 10-6M
Eh < 344mv (pH = 5时 )
4） 有硝态氮存在
5） pH 7 - 8.2 pH < 5.2 - 5.8 或 pH > 8.2 - 9时, 反硝化
作用减弱 。
（ 1） 亚硝酸分解反应
3HNO2 ? HNO3 + 2NO ? + H2O
条件：酸性愈强, 分解愈快 。
（ 2） 氨态氮的挥发
在碱性条件下, NH4+ + OH- ? NH3 ? + H2O
土壤中的铵态氮在碱性条件下, 很容易以 NH3的形式直接
从土壤表面 损失掉 。
2,化学脱氮过程
主要是指在一些特殊的情况下，如强酸反应，温度较
高和水分含量很低等，亚硝酸协与一些其他化合物（包
括有机化合物）进行化学反应而生成分子态氮或氧化亚
氮的过程
3,粘粒矿物对铵的固定
我国北方的土壤中, 能固铵的粘粒矿物较多, 但其
土壤中铵极少, 而南方水田的铵态较多, 而能固定铵的
粘土矿物不多 。 因此, 铵的粘土矿物固定在我国的意义
不大 。
4,生物固定
5,硝酸盐的淋洗
四、土壤氮素的调控
（一） C/N比影响
（二）施肥的影响
（三）淹水、灌溉的影响
1、在水田剖面的不同层次上，氮素的形态不同；
2、在水田中无机氮素以铵态氮为主；
3、反硝化作用明显；
第三节 土壤磷和硫的循环
（ 一 ） 土壤中磷素的来源
土壤中的磷是由岩石风化而来的 。 原生矿物的含磷量
为 0.12%左右 。
（ 二 ） 土壤磷的含量及影响因素
1,土壤磷的含量
一般来说, 土壤的磷素含量都在 0.2%以下, 红壤, 黄壤含
磷只有 0.04%。 我国土壤全磷的含量在 0.02%— 0.11%之
间 。 从总体来说, 自北而南, 土壤磷的含量是逐渐降低的 。
2,影响土壤磷含量的因素
（ 1） 母质中矿物成分的不同；
基性岩 ＞ 酸性岩
碱性沉积体＞酸性沉积体
如, 由石灰性风化体形成的红壤的含磷量比由的
红壤多得多 。
（ 2） 土壤质地的差别
土壤细粒部分所含的磷主要是次生的磷化合物 。
（ 3） P在土壤剖面上的分布
从上到下, 磷的含量逐渐降低 。 原因
① 磷的迁移率很低；
② 植物根系的富积；
③ 有机胶体或无机胶体对磷酸根的吸附作用,
上层较强 。
④ 耕作制度和施肥的影响；
三 ） 土壤中磷的存在形态
土壤磷素可分为两大类：有机态磷和机
态磷 。
有机态磷的含量占全磷的 10~20%左
右 。
1,有机磷化合物
主要是植素 （ 肌醇六磷酸 ） 或植酸
类, 核蛋白或核酸以及磷类化合物 。
② 易溶性磷酸盐
包括水溶性和弱酸溶性两种 。
易溶磷酸盐, 一方面来自与化肥, 另一方面来自于难溶磷
酸盐的溶解 。
一般来说, 根据磷酸盐的溶解性, 可分为：
① 难溶性磷酸盐
如氟磷灰石, 羟基磷灰石等存在于石灰性土壤中；粉红磷
铁矿和磷铝石在酸性土壤中较多 。
1,土壤磷的有效化过程
有机态磷和难溶性磷酸盐在一定条件
下，转化为植物可以吸收利用的水溶性的
磷酸盐或弱酸溶性的磷酸盐的过程是其有
效性提高的过程，通常称之为 磷的释放 。
（ 四 ） 土壤磷的转化
易溶性或速效态磷酸盐转化为难溶性迟效态和缓效态的过
程, 通常称之为 磷的固定 。
土壤中磷的固定是非常普遍的。
2,土壤磷的无效化过程
（ 1） 化学沉淀机制
? 该固磷作用发生在土壤固相的表面 。 具体可分为：
① 表面交换反应 （ pH 5.5~6.5）
通过土壤固相表面的 OH-和溶液中的磷根交换,
② 表面上次生化学反应
在土壤 CaCO3晶核的表面通过化学反应或吸附形成一层
CaHPO4的膜状沉淀 。
③ 阳离子吸附机制 （ 中性土壤 ）
（ 2） 表面反应机制
（ 3） 闭蓄机制
当磷在土壤中固定为粉红磷铁矿后, 若土壤局部的
pH升高, 可粉红磷铁矿的表面形成一层无定形的氧化铁薄
膜, 把原有的磷包被起来, 这种机制叫闭蓄机制 。
Fe(OH)3 PKs = 37~38
粉红磷铁矿,PKs = 33~35
胶膜有铁铝质的, 钙质的 。
（ 4） 生物固定
有机质 C/P比为 200∶ 1~300∶ 1,当微生物的 C/P比
小于土壤有机质时, 就可产生生物固定 。 当土壤中的磷太
少时, 对磷素, 微生物和作物就会发生竞争 。
特点,① 表聚性； ② 暂时无效； ③ 把无机磷 → 有
机磷 。
（ 五）土壤磷的调节
1、活性磷和磷的固定
只有那些不溶性磷化合物和保持在粘粒或有
机质中的固持态磷才称为固定态的磷，这部分磷
占土壤全磷的 95%以上，又称为 非活性磷。
土壤中可被植物吸收的磷组分称为 土壤的有效磷
2、提高土壤磷有效性的途径。
（ 1） 土壤酸碱度
pH6.5-6.8之间为宜，可减少磷的固定作用，提高土壤磷
的有效性。
（ 2） 土壤有机质
① 有机阴离子与磷酸根竞争固相表面专性吸附点位，
从而减少了土壤对磷的吸附。
② 有机物分解产生的有机酸和其它螯合剂的作用，
将部分固定态磷释放为可溶态。
③ 腐殖质可在铁、铝氧化物等胶体表面形成保护膜，
减少对磷酸根的吸附。
④ 有机质分解产生的 CO2,溶于水形成 H2CO3,增加钙、
镁、磷酸盐的溶解度。
（ 3） 土壤淹水
①酸生土壤 pH上升促使铁、铝形成氢氧化物沉
淀，减少了它们对磷的固定；碱性土壤 pH有所
下降，能增加磷酸钙的溶解度；反之，若淹水
土壤落干，则导致土壤磷的有效性下降。
②土壤氧化还原电位 (Eh)下降，高价铁还原成低
价铁,磷酸低铁的溶解度较高，增加了磷的有效
度。
③包被于磷酸表面铁质胶膜还原，提高了闭蓄
态磷的有效度。
第四节 土壤中的钾
一、土壤中钾的形态和含量
（ 一 ） 土壤钾素的来源
土壤钾的来源于岩石的风化 。
在地壳岩石中, 钾的含量比磷高得多, 整个岩石界
含钾量平均为 2.45%。 因此在氮, 磷, 外三要素中, 钾
在土 壤中的含量最高 。
（二）钾素的形态
1 矿物钾
土壤矿物中的钾一般称为 结构钾,占全钾量的 92-98%。
钾长石 （ KAlSi3O8）含钾 7.5～ 12.5%
微斜长石（ CaI ? Na ? KAlSi3O8）含钾 7.0-11.5%，
白云母（ K(AlSi3O8)Al2(OH2F)2）含钾量 6.5～ 9.0%，
2、非交换态钾
又 称 缓效钾,是指存在于膨胀性粘土矿物层间和
边缘上的一部分钾。占全钾量的 2-8%。
3,交换态钾
指吸附在土壤胶体表面的钾离子。在土壤中的
含量一般为 40-600mg/kg，占土壤全钾量的 1-2%。
4,水溶性钾（溶液钾）
是指以离子形态存在于土壤溶液中的钾。浓度
一般为 2-5mg/L.
土壤全钾量一般在 5-25g/kg，平均为 10g/kg。
1,土壤中钾的含量远远超过氮, 磷, 大体不超高 3%
（ K2O） 。 我国自南向北含钾量是逐渐增加的, 如华南
地区, 其平均水平 < 0.3%,红黄壤地区为 1.2%,长江
中下游地区的水稻土地区可达 1.7%；北方的土壤一般 >
2%,东北, 内蒙的黑土可达 2.6%。 这主要是和地区的
风化, 成土条件不同有关 。
（ 三 ） 土壤钾的含量及影响因素
（ 1） 母质
富钾矿物：
① 长石类 正长石 钾微斜长石等 含钾量约在 7- 12%之间 。
② 云母类 白云母 黑云母 含钾量约在 5- 9%之间 。
③ 次生粘粒矿物 水化云母 （ 伊利石类 ） 绿泥石等四川的紫色
土含钾较丰富
2,影响钾含量的因素
（ 2） 风化及成土条件
北方 ＞ 南方
高温, 多雨而淋溶强度大, K。
（ 3） 质地
粒径越小, 含 K越多；
质地越粘, 含 K越多 。
1,钾的有效化
（ 1） 矿物风化
在土壤风化和成土过程中所产生的各种有机或无机
酸可以把含钾矿物中的钾释放出来 。 所释放的钾都是水
溶性的速效钾 。
（ 四 ） 土壤钾的转化
（ 2） 微生物分解
一些微生物可以将铝硅酸盐分解, 从而将其中的钾
释放出来 。 如硅酸盐细菌 。
（ 3） 缓效钾的释放
图 10－ 8 土壤中不同形态钾的平衡关系
（ 1） 钾固定的机制
在土壤条件变化时, 如干湿交替, 冻融交替, 灼烧
等, 被土壤吸附在晶层表面的代换性钾就会掉进晶穴里,
当晶层间距变小, 钾离子便被封闭在里面, 伊利石, 拜来
石, 蒙脱石等, 它们都属 2∶ 1型矿物, 但前二者比后者固
钾能力更强 。
（ 2） 影响钾固定的因素
有粘粒矿物组成, 结构, 水分；土壤反应, 农业措
施 。
2,土壤中钾的无效过程－钾的固定
钾的固定是指代换性钾转化为缓效钾的过程 。
土壤中硫的循环及转化
土壤硫的输入主要途径有,
① 大气无机硫 (SO2)的沉降。
②含硫矿物质和生物有机质
土壤硫的输出,主要是植物吸收和土壤淋洗。
1、有机硫的矿化和固定
有机质的 C/S<300-400，则有利于有机硫的矿化，而
C/S>300-400,则就有可能产生生物固硫。
2、矿物质的吸附和解吸
在富含铁、铝氧化物和水化氧化物、水铝英石及 1:1型
粘粒矿物为主的土壤，硫酸根 (SO42-)有可能被带正电荷的
土壤胶体所吸附,但吸附的 SO42-容易被其它阴离子交换。
3、硫化物和元素硫的氧化
土壤 Eh和 pH值是影响硫化物氧化的重要因素。
土壤硫转化主要包括,
FeS2 FeS + S (10.20)
2FeS + 2H2O +90 Fe2O3 + 2H2SO4 (10.21)
2S + 3O2 + 2H2O 2H2SO4 (10.22)
S2- + 2O2 SO42- (10.23)
第五节 土壤中的微量元素循环
图 10－ 9 土壤中的微量元素循环
一、土壤中微量元素的来源
土壤中微量元素主要来自岩石和矿物，母质不同的土
壤，微量元素种类和含量不同。 元素之间存在着相亲与
伴生。
植物必需的微量元素有铁、锰、铜、锌、硼、钼和氯
二、土壤中微量元素的形态 （ 4级或 6级）
（一）水溶态 （二）交换态
（三）专性吸附态 （四）有机态
（五）铁、锰氧化物包被态 （六）矿物态
三、土壤中微量元素有效性及其影响因素
1,pH
以铁为例。
2,Eh
3,OM.
4,Texture
5、耕作管理
本章小结
一、名词解释
1,土壤养分 2,大量元素
3,微量元素 4、交换态钾
5,有效养分 6,养分位
7 闲蓄态磷 8,缓效态养分
9,氨化作用 10,反硝化作用
二, 思考题
1,铵态氮和硝态氮在性质上有何区别?二者在土壤中的行
为有何异同?
2,如何提高磷肥的利用率?应采取哪些具体措施?
3,把 N,P,K称为肥料三要素?其道理何在?
4,施用 NH＋４肥时为什么要强调深施覆土和集中施用?
