Soil Science Lesson 8 Nutrient Cycling Inorganic Store

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Soil Science Lesson 8 Nutrient Cycling

Soil Science Lesson 8 Nutrient Cycling

Inorganic Store • available pool (有效的;可利用的) – Ions in the soil soln. • 例如:NH

Inorganic Store • available pool (有效的;可利用的) – Ions in the soil soln. • 例如:NH 4+、H 2 PO 4 -、NO 3 -、K+、Ca 2+ – “Exchangeable ions” adsorbed by clay minerals and organic matter • e. g. NH 4+-clay • Less available – 稍微可溶之化合物 • e. g. gypsum (石膏)、calcite(Ca. CO 3)、難溶性之磷酸化合物 – 被clay lattices所固定或 ”non exchangeable” 之K+或 NH 4+

Available pool之Input • • 土壤和岩石礦物之風化 降雨 (precipitation) 和dust fallout 有機物之礦化(mineralization) 有機廄肥 (organic manures)、有機和無機 肥料

Available pool之Input • • 土壤和岩石礦物之風化 降雨 (precipitation) 和dust fallout 有機物之礦化(mineralization) 有機廄肥 (organic manures)、有機和無機 肥料 (fertilizer) 之施用

氮素 (Nitrogen): Gains of soil N • 形態 – N 2→植物不能直接利用 ,Org-N – NH

氮素 (Nitrogen): Gains of soil N • 形態 – N 2→植物不能直接利用 ,Org-N – NH 4+、NO 3 -→植物可以吸收 • 氮素循環及有效性土壤氮素之獲得與損失 – Gains of soil N • a. 降雨:<1 ~ 5 ppm NH 4+ • b. 肥料 (fertilizers) 和廄肥 (manures):硫銨,尿素 • c. 生物固氮作用 (biological N 2 -fixation) – Free-living N 2 fixers – Bacteria : Azotobacter spp. – Blue-green algae; Nostoc spp.

Gains of soil N (續) • Symbiotic N 2 fixation • 豆科植物---根瘤菌 • Leguminosae---Rhizobium

Gains of soil N (續) • Symbiotic N 2 fixation • 豆科植物---根瘤菌 • Leguminosae---Rhizobium • N 2+ 8 H+ + 6 e- + n Mg‧ATP→ 2 NH 4++ n Mg‧ADP + n PO 4

Losses of soil N a. Crop Removal b. Leaching (淋洗流失) c. gaseous losses NO

Losses of soil N a. Crop Removal b. Leaching (淋洗流失) c. gaseous losses NO 3 -↓ NH 4+ NO 3 -↓ Eutrophication (優養化作用) 1. 氨揮散作用 (Ammonia volatilization) 高溫、高p. H狀況下,NH 3↑ (NH 2)2 CO+2 H 2 O (NH 4)2 CO 3 (尿素,urea) 2. 脫氮作用 (denitrification) NO 3 NO 2 N 2 O↑ N 2↑ Facultative anaerobic bacteria 在厭氧狀態下 2 NH 3↑+CO 2+H 2 O

C/N、C/P、C/S影響N、P、S之 生物固定化作用 (Immobilization)

C/N、C/P、C/S影響N、P、S之 生物固定化作用 (Immobilization)

C/N、C/P、C/S影響N、P、S之 生物固定化作用 (Immobilization)

C/N、C/P、C/S影響N、P、S之 生物固定化作用 (Immobilization)

磷(Phosphorus) 1. 形態 – 有機態磷(Org. -P) – 無機態磷(Inorg. -P)H 2 PO 4, HPO 4

磷(Phosphorus) 1. 形態 – 有機態磷(Org. -P) – 無機態磷(Inorg. -P)H 2 PO 4, HPO 4 -2, Fe-P, Al-P, Ca-P 2. 土壤中磷之原始來源為磷灰石(Apatite),次生來源 在無機方面為Ca,Fe,Al等之磷酸鹽。有機方面則 如植物磷脂質(phytin),核酸(nucleic acid)等。 3. 磷酸之有效性(phosphate availability) – 植物自土壤溶液中吸收之磷,大多數是屬H 2 PO 4 -離子態。 • Labile P(活性P) – Adsorbed P + Solution P • Non-labile P(非活性P) – P held in insoluble compounds(e. g. hydroxyapatite Ca 10(PO 4)6(OH)2)or in organic matter.

影響磷有效性之土壤因子 • Soil p. H a. 在鹼性土壤中,磷酸沉澱形成鈣化合物 Ca 2+ + PO 4 -3 Ca

影響磷有效性之土壤因子 • Soil p. H a. 在鹼性土壤中,磷酸沉澱形成鈣化合物 Ca 2+ + PO 4 -3 Ca 2+ + HPO 4 -2 PPT. Octacalcium phosphate Ca 4 H(PO 4)3‧ 5 H 2 O Hydroxylapatite Ca 10(PO 4)6(OH)2 p. H >7,p. H↓,溶解度↑

影響磷有效性之土壤因子(續) b. 在酸性土壤中 p. H < 1. 4 Fe. PO 4‧ 2 H 2

影響磷有效性之土壤因子(續) b. 在酸性土壤中 p. H < 1. 4 Fe. PO 4‧ 2 H 2 O Strengite ppt. p. H < 3. 1 Al. PO 4‧ 2 H 2 O Variscite ppt. p. H↑,溶解度↑ • Al. PO 4 + 3 OHAl(OH)3 + PO 43 p. H 4. 5~6, H 2 O + Al(H 2 O)63+ [Al(OH)(H 2 O)5]2+ + H 3 O+ Hydroxyaluminum ion Clay [Hydroxyaluminum complex]2 x+ + occluded H 2 PO 4∵ p. H ~ 6. 5 P adsorption site P availability 最大 Soil p. H, clay content, sesquioxide content, and exchangeable-Al 3+ 均影響P之有效性。