曹石榴

[摘要]土壤作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的必備條件，為植物提供著有用的化學(xué)營(yíng)養(yǎng)元素，其重要性是顯而易見的。土壤中常見的有碳、氮、磷、硫等元素，這些元素不同的存在形式及在土壤中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，為植物生長(zhǎng)提供了有力的載體。論述了土壤化學(xué)營(yíng)養(yǎng)元素在土壤中的存在狀態(tài)及遷移特征，為土壤研究提供基礎(chǔ)依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]土體;化學(xué);營(yíng)養(yǎng)元素

[中圖分類號(hào)]S153[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]

1 有機(jī)土體中的碳元素（包括無(wú)機(jī)碳與有機(jī)碳）

土壤無(wú)機(jī)碳主要是指有機(jī)土體中各種負(fù)價(jià)態(tài)的含碳無(wú)機(jī)化合物，包括土壤溶液中的碳酸根離子、土壤中的鈣鎂碳酸鹽沉積物以及土壤空氣中的CO2。除了半干旱和干旱地區(qū)的土壤無(wú)機(jī)碳含量比較高，大多數(shù)土壤特別是表層土壤無(wú)機(jī)碳含量非常低。

土壤中的無(wú)機(jī)碳一般專指土壤碳酸鹽礦物中的碳。其主要有兩個(gè)來(lái)源：一是繼承性來(lái)源，二是發(fā)生性來(lái)源。繼承性來(lái)源又包括母質(zhì)遺留下來(lái)的碳酸鹽和氣載塵埃中的碳酸鹽。土壤發(fā)生性碳酸鹽聚集層一般平行于土壤表層，上部的邊界距土壤表層從幾厘米到約60cm，具有顯著不同于上下層的形態(tài)，顯示出橫向的連續(xù)性。

土壤中的有機(jī)碳是指有機(jī)土體中各種正價(jià)態(tài)的含碳有機(jī)化合物，是有機(jī)土體中極其重要的組成部分，不僅與土壤肥力密切相關(guān)，而且對(duì)地球碳循環(huán)有巨大的影響。

1.1 土壤中有機(jī)碳的礦化過程

土壤中含碳的有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為CO2、H2O和無(wú)機(jī)鹽的過程，就是土壤有機(jī)碳的礦化過程。土壤有機(jī)碳中，有11%～44%的DOC（溶解態(tài)有機(jī)碳）能夠被微生物快速分解，特別是小分子的DOC，其周轉(zhuǎn)周期僅1～10h，是土壤CO2的重要來(lái)源。DOC在土壤中的移動(dòng)性很強(qiáng)，隨徑流和淋溶進(jìn)入水體，導(dǎo)致C、N、P等的流失。土壤中的DOC的組成和含量受施肥、耕作、溫度、水分等多種因素的影響，變化非常大，組成成分非常復(fù)雜。水溶性有機(jī)碳是土壤中活性最高的有機(jī)碳組分，極容易礦化。

1.2 土壤中有機(jī)碳的腐殖質(zhì)化過程

進(jìn)入土體的各種有機(jī)物質(zhì)并不能夠完全礦化為CO2、水和無(wú)機(jī)鹽，少部分轉(zhuǎn)化為更為復(fù)雜的、穩(wěn)定的有機(jī)物質(zhì)，腐殖物質(zhì)或腐殖質(zhì)，即土壤中有機(jī)碳的腐殖質(zhì)化過程。影響土壤腐殖物質(zhì)形成和轉(zhuǎn)化的因素最直接、最重要的包括土壤微生物學(xué)特性和進(jìn)入土壤的有機(jī)物質(zhì)，其他因素如土壤黏土礦物、濕度、酸堿度、氧化還原電位等物理與化學(xué)特性等。

2 有機(jī)土體中的氮元素

土壤中氮元素形態(tài)包括有機(jī)態(tài)和無(wú)機(jī)態(tài)，以有機(jī)態(tài)為主，其轉(zhuǎn)化過程主要是生物化學(xué)的過程，主要包括以下幾個(gè)方面：①生物固氮作用;②有機(jī)氮氨化作用;③微生物氮固持作用;④硝化作用;⑤反硝化作用。

2.1 生物固氮

生物固氮是全球氮循環(huán)中的重要環(huán)節(jié)，是自然環(huán)境中的氮素進(jìn)入生命圈的唯一途徑，同時(shí)，生物固氮又是少數(shù)特定微生物的特殊功能，主要包括自生固氮、共生固氮和聯(lián)合固氮3種類型。

2.2 有機(jī)氮的氨化

土壤中與還原態(tài)碳結(jié)合的含氮物質(zhì)即土體中的有機(jī)氮，其數(shù)量占土壤全氮量的95%以上，主要來(lái)源是植物、動(dòng)物和微生物中的有機(jī)殘?bào)w，是生命形式的有機(jī)含氮化合物在土壤中的殘留部分。有機(jī)氮化合物的分解本質(zhì)是生物化學(xué)過程，影響因素有三類，即有機(jī)氮化合物本身的特性、影響酶產(chǎn)生的因素和影響酶活性發(fā)揮的因素。

2.3 硝化作用

硝化作用是指土壤中的氨、胺、酰胺等在特定的微生物的作用下經(jīng)系列氧化作用轉(zhuǎn)化為硝酸根的生物化學(xué)過程，包括自養(yǎng)硝化作用和異養(yǎng)硝化作用，這些都廣泛的存在于有機(jī)土體生態(tài)系統(tǒng)中，且過程與作物生產(chǎn)、氮素循環(huán)、廢水處理和環(huán)境保護(hù)有密切關(guān)系。

2.4 反硝化作用

反硝化作用是指在供氧不足的條件下土體中的某些微生物用O2代替氧化態(tài)氮化合物作為最終受體進(jìn)行呼吸代謝而從中獲取能量的過程。主要影響因素包括：土體中碳的有效性、氧氣含量、硝酸根離子的濃度、溫度效應(yīng)、pH，發(fā)硝化作用抑制劑。

2.5 無(wú)機(jī)氮的微生物固持

指土壤微生物在氧化含碳底物獲取能量而生長(zhǎng)的過程中，從土壤環(huán)境中吸收NH4+，NO3﹣或簡(jiǎn)單的有機(jī)含氮化合物，作為構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)的材料，同化為細(xì)胞內(nèi)生物大分子的過程，此過程取決于微生物的生長(zhǎng)，與基質(zhì)碳的有效性緊密相連。

3 有機(jī)土體中的磷元素

土體中的磷含量很低，且大多數(shù)以植物難以利用的無(wú)效態(tài)磷形式存在，可利用率低。根據(jù)化學(xué)性質(zhì)，土壤中的磷可分為有機(jī)磷和無(wú)機(jī)磷。

3.1 土壤中的有機(jī)磷

土壤中的有機(jī)磷大多數(shù)來(lái)源于微生物，大多數(shù)有機(jī)磷化合物不能直接被生物吸收利用，只有被微生物轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)磷之后，才能被吸收利用。自然磷來(lái)源于成土母質(zhì)，封閉的生物內(nèi)循環(huán)可避免磷從自然生態(tài)系統(tǒng)中流失，因此，土體有機(jī)重構(gòu)之后，由于外來(lái)成土質(zhì)的加入，封閉的生物內(nèi)循環(huán)導(dǎo)致了磷元素的流失。

3.2 土壤中的無(wú)機(jī)磷

在高度風(fēng)化的土壤中，如老成土和氧化土中，無(wú)機(jī)磷大多數(shù)為難溶磷，溶解性很低，對(duì)植物的營(yíng)養(yǎng)貢獻(xiàn)也很小。施肥，特別是施用有機(jī)肥，均能減少土體對(duì)磷的固定作用。

3.3 土壤中的有機(jī)磷與無(wú)機(jī)磷的轉(zhuǎn)化

土壤中磷素的地球化學(xué)過程是溶解—沉淀過程。磷的吸附與解吸量取決于土壤中磷的含量：磷含量較高時(shí)，土壤以吸附為主，磷素濃度較低時(shí)，土壤吸附的磷即發(fā)生解吸。

土壤中磷的固定是指土壤中有效磷轉(zhuǎn)化為無(wú)效態(tài)磷。土壤對(duì)磷的固定是一可逆過程，根據(jù)土壤風(fēng)化程度的不同可將磷的固定過程分為以鈣為主的體系和以鐵、鋁為主的體系。土壤磷的固定包括兩個(gè)過程：一是水溶性磷轉(zhuǎn)化為溶解性很小的磷酸鹽;二是土壤粘土礦物、方解石、水鋁英石，F(xiàn)e和Al的腐殖酸類化合物以及鐵氧化物對(duì)磷的吸附固定。

4 有機(jī)土體中的硫元素

有機(jī)土體中的硫是植物生長(zhǎng)必需的大量營(yíng)養(yǎng)元素之一。硫的循環(huán)涉及土壤圈、水圈、生物圈和大氣圈，硫循環(huán)與氮循環(huán)很相似，都可被還原為氣體形式而從土壤中揮發(fā)，在土壤中均以有機(jī)態(tài)存在，微生物是礦化-固持和氧化-還原反應(yīng)的主要推動(dòng)力量。

土壤中硫的輸入包括土壤風(fēng)化、硫肥、殺蟲劑、灌溉和大氣沉降等，輸出主要是植物收獲、可溶性硫酸鹽的淋失、氣態(tài)硫揮發(fā)等。

不同的土壤類型，存在不同的氧化還原體系，硫的存在形態(tài)也有差異。硫的氣態(tài)釋放是推動(dòng)硫循環(huán)的動(dòng)力，使硫循環(huán)具有了相對(duì)較快的周轉(zhuǎn)速率，但是含硫氣體的釋放也對(duì)大氣環(huán)境造成了影響。對(duì)硫素的生物地球化學(xué)循環(huán)過程、植物需求及其在大氣中的行為等進(jìn)行綜合研究，探討土壤、大氣環(huán)境和植物中硫素的量化平衡，使之達(dá)到既控制大氣污染又滿足生態(tài)系統(tǒng)對(duì)硫素的需求，生態(tài)環(huán)境將會(huì)改善。

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