土壤养分与肥料

欢迎大家通过本章节的学习，结合自己调查，完成一份学习报告，电子版本打印上交。选择一种经济作物，介绍该作物在生长过程中需要的养分，缺乏时可能引发的问题。并结合自己家乡的土壤特点，制定该作物生长过程中的施肥方案（含施肥量、施肥次数、施肥方式等）。问题：什么是肥料？肥料的定义：凡能向植物提供其生长发育所必需的化学物质的任何物质。肥料的定义1.肥料及其分类§1肥料与施肥的基本概念讨论:如何正确理解肥料的定义？植物（养分需求者）环境（养分供应者）养分供求关系养分供求关系供求供=求供求无须施肥须用肥料补充在实际应用中，肥料的定义应理解为：凡能直接或间接地补充环境养分供应不足的任何物质。肥料的分类与特性肥料有机肥料Organicfertilizer化学肥料ChemicalfertilizerInorganicfertilizerMineralfertilizer微生物肥料Microbefertilizer商品肥料自然肥料（农家肥料）养分完全，但含量低养分释放速度慢，但肥效稳长改良土壤，提高地力改善土壤的有机营养改善作物的碳素营养养分含量高，但种类单纯养分释放速度快，但后效短部分化肥长期施用可影响土质长期大量施用化肥可引起环境问题（地下水污染，表层水富营养化等）通过微生物生命活动的产物改善植物营养；直接提供的养分量十分有限辅助性肥料，不能代替有机肥及化肥的作用施肥的基本目的：补充土壤养分供应的不足，以满足作物正常生长发育对养分的需求。自然需求作物对养分的需求特定需求施肥施肥正常的植物体达到特定的经济目的合理施肥：通过施肥调节植物的自然营养过程，以获得理想的产量或经济效益。即施肥并非简单地满足作物对养分的自然需求。2.施肥及其基本环节施肥环节在种植作物之前结合土壤耕作而施用的肥料，其着眼点为作物生长的全程，以有机肥料为主。在作物播种或移栽时施用，着眼点为苗期，以化肥为主。在作物生长过程中施用，其作用为调节植物营养，主要用化肥。将肥料配成一定浓度的营养液，借助喷雾器械喷洒于作物地上部的一种施肥方法。基肥：种肥：追肥：根外追肥：肥料的发展趋势国外肥料发展历程：3.肥料与施肥技术的发展趋势第一代：单质低浓度化肥（如硝酸钙）第二代：单质高浓度化肥（如尿素）第三代：化成复合肥料（如磷酸铵）第四代：混成复合肥料高效化：不断提高肥料中养分的浓度复合化：提高复合肥料在化肥中的比例液体化：发展液体肥料缓效化：延缓肥料施用后养分释放的速度。化学肥料发展趋势：施肥技术的多样性土壤施肥随水灌溉施肥(fertigation)FertilizerInjection4.现代农业对施肥的基本要求高产高效优质环境友好1植物的营养元素地球化学元素必需元素有益元素完全无用元素营养元素§2植物营养元素与肥料三要素必需元素（essentialelement)的判定标准a.该元素为所有植物所必需，缺少则植物不能完成其生活周期；b.缺少该元素，植物出现专一的缺素症状，只有补充该元素，才能缓解或消除症状，其它任何元素都不能替代；c.该元素直接参与植物的营养过程，而不是间接地改善环境条件。1.1必需元素正常缺磷缺钾缺氮缺镁缺铁缺锌必需元素的种类目前已经发现并已得到公认的植物必需元素共有16种：C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S、Fe、B、Mn、Zn、Cu、Mo、Cl大量元素（macro-element)[9种，在植物体内的含量一般高于1/1000]微量元素(micro-element)[7种，在植物体内的含量一般低于1/1000]中量元素大量元素从植物的生长介质中除去某元素以确定其必需性-B-AA元素为非必需元素B元素为必需元素分析植物体的化学组成元素必需性的研究方法同等重要性与平衡吸收各种必需元素不论其含量高低，在植物营养中的地位是同等重要的；且因各自的生理功能不同，相互间不能替代。同种植物体内各种营养元素的含量是相对稳定的。换言之，植物是按一定比例吸收各种营养元素的。植物按比例吸收各种营养元素的现象称为平衡吸收。定义只为某些植物必需或对作物生长发育可起有益作用的一类矿质元素的总称。种类与作用Na:有亲钠植物与疏钠植物之分；对糖用甜菜等是必需的；钠有部分替代钾的作用，在钾供应不足时更为明显。Si：单子叶植物硅的含量为双子叶植物的10-20倍，硅是水稻不可缺少的元素。Co：是豆科植物共生固氮所不可缺少的。1.2有益元素（1）土壤矿物质是土壤养分的基本来源》由组成颜色的矿物种类、数量和风化程度决定（2）土壤有机质是土壤养分的重要来源》土壤氮素和灰分元素的主要来源（3）人工施肥是农业土壤最重要的养分来源》有机肥料可以全面增加多种养分，持续供应作物需要。（4）降水及灌溉水（5）生物固氮作用》每年可达1亿吨。土壤养分的来源：土壤养分的有效性土壤中不是所有的养分形态均能被植物吸收的，这决定于它们的存在形态，能被植物吸收的养分称为有效养分。土壤养分的分类（根据养分对植物的有效程度）速效养分：可直接被作物吸收利用缓效养分难效养分土壤养分的有效性是决定植物生长和土壤生产力的主要因素之一，是土壤肥力的重要因子之一。迟效态养分：只有经过矿化、分解，转变成可溶的速效态后，才能为作物吸收利用，又叫潜在养分。土壤养分的有效化，与它在土壤中的转化过程及影响条件有关，水分是最活跃的因素。1.作物从土壤中吸收养分，必须在有水的条件下进行。（1）离子的扩散作用：根系对养分的吸收，形成了浓度差。（2）向根液流：根系对水分的吸收，形成了根系周围与其他地方的水势差。（3）根系的拦截作用：根系的延长生长，减少了扩散作用和“向根液流”的距离。2.土壤溶液为养分的迁移转化提供场所。土壤水分适宜，土壤水、气协调可促进养分的分解和作物对养分的吸收。3.土壤含水量的大小会土壤养分的有效性土壤水分与土壤养分的有效化1肥料在作物生产中的作用机械支持水分养分空气热量光照植物生长施肥施肥与植物生长2植物营养特性与施肥营养期种子营养根系老化生长期（生育期）种子萌发成熟营养生长生殖生长速率生育期（营养期）养分吸收生长作物营养临界期作物营养最大效率期作物营养临界期：该时期作物需要的养分数量并不多，但很迫切，一旦发生养分短缺或比例失调会对作物生长产生难以弥补的严重影响。一般出现在苗期。作物营养最大效率期：该时期作物对养分的吸收速率及需求数量均为一生中最大，养分在该时期发挥的营养效率最高。最小养分律的含义由德国化学家李比希提出，他认为：植物的生长量或产量受环境中最缺少的养分的限制，并随之增减而增减。环境中最缺少的养分称为最小养分。这一规律应用于除养分以外的其它生活因子时也成立，称为限制因子律。最小养分律图解3.最小养分律应用最小养分律时应注意的问题最小养分系指环境中相对于植物需求而言最缺少的养分,并非植物体内或环境中含量最少的养分。最小养分与非最小养分间的关系并非固定不变，在一定条件（如施肥）下可以相互转化。如增施非最小养分（盲目施肥）不仅不能提高作物产量，反会造成肥料浪费及环境污染。最小养分律认为，单位肥料的增产量不随施肥量变化；而由米采利希及费佛尔方程可知，随施肥量的增大，单位肥料的增产量下降。即施肥存在报酬递减现象。报酬递减现象是在其它技术不变的条件下产生的，因而克服该现象的积极途径为：全面改善生产技术条件。但由于在特定的生产阶段同时改善技术条件是很困难的，因而该现象又是不可避免的。施肥中的报酬递减现象§4施肥与农业生态1施肥对农业生态环境的影响（1）正面影响增加农作物产量*改善农产品品质*提高地力、改良土壤重要的减灾措施净化空气增加有机质；增加、平衡养分；矫正pH洪涝、冻害增加CO2同化量1吨养分消耗24吨CO2，同时释放18吨O2，可供36人呼吸一年。1施肥对农业生态环境的影响（2）负面影响土壤污染水体富营养化*地下水污染大气污染食品污染化学污染生物污染物理污染饮用水硝酸盐含量标准(WHO):安全值:50mg/L允许值:50-100mg/L超标准:100mg/LNOxCH4有机肥生物污染（病菌）化学污染（重金属、硝酸盐）土壤植物动物人体人体必需元素54种，这些元素最终来自土壤。2施肥与食物链2.1施肥对人体必需元素的影响A.Carrel（美国，第一个医学诺贝尔奖获得者）：化学肥料只能提高作物产量，却无法弥补土壤中日益枯竭的“全部元素”。A.Voisin（法国，农学家）：化学肥料是人类近代史上最伟大的发明之一，但如果我们只考虑利用，而不注意保持土壤及农产品的生物品质，势必将人类引向灾难之路。Nicholas（美国，著名医生）：只有肥沃的土壤，才有人类永久的财富。A.Howard（英国，有机农业倡导者）：没有良好的土壤就没有人类健康的身体。主张用有机肥改良土壤。福岗（日本，自然农业倡导者）：没有肥沃的土壤，就没有营养丰富的食品，也就没有健康的身体。Shelton（美国，著名医生）：我们要改善食物营养，一定要包括改良土壤在内。2.2农产品中硝酸盐含量与氮肥施用的关系NO3－NO2－NH＋HNO2R1R2R1R2N－N＝O＋H2ODangerous！施用氮肥可使胡萝卜、卷心菜、马铃薯等硝酸盐含量提高0.5-1.5倍，玉米黑麦草等提高1.3-39倍！植物积累硝酸盐的能力：叶菜类根菜类瓜果类;禾本科牧草豆科牧草;茎/叶根种子.国家或地区测试样品Cd含量国家或地区测试样品Cd含量美国西部磷矿60-340中国宜昌磷矿0.7美国东部磷矿3-15澳大利亚磷矿4-109摩洛哥磷矿15-17中国四川SP0.4-0.6原苏联磷矿0.4-0.6美国东部TSP10-20中国四川磷矿0.5-0.6美国西部TSP50-250中国云南磷矿0.9-4.0澳大利亚SP38-48中国贵州磷矿0.8部分国家和地区磷矿（肥）中镉含量（mg/kg)2.3施肥与重金属污染被动吸收：养分离子顺着电化学势梯度由细胞的膜外移动到膜内的过程。不需要消耗额外的代谢能。主动吸收：养分离子逆着电化学势梯度由细胞的膜外移动到膜内的过程。需要消耗额外的代谢能，且具高度的选择性。对阴离子的吸收多为主动吸收；阳离子中除少数阳离子（如K+）外，常为被动吸收。相比而言，主动吸收更易受根活力的制约，凡影响根活力的环境因素均可影响主动吸收。阴离子H+ATP酶阴离子载体ATPADP-+Pi+H2OOH-+ATP质膜细胞质外部溶液阳离子（K+、Na+）OH-ATP酶与阴、阳离子的吸收养分离子的主动与被动吸收§5植物对养分的吸收根系类型植物类型总根长总吸收表面积直根系双子叶短小须根系单子叶长大须根系直根系植物根系的类型根尖的结构-大多数农作物具有根毛。洋葱、胡萝卜等少数作物没有根毛或根毛少而短。-根毛的寿命：几天至几周。-根毛的长度：0.1-1.5mm。-根毛使根的外表面积增加2-10倍。根毛叶片对气态养分的吸收吸收的通道为:气孔CO2,O2,SO2,NH3,etc.叶片对养分的吸收叶片对养分的吸收叶片对矿质养分的吸收吸收的通道为：a.角质层空隙b.外质连丝叶部营养的特点及应用优点：在一定条件（根系活性低、干旱或半干旱、微量元素）下，根外喷肥是补充营养物质的有效途径。防止土壤对养分的固定。及时满足作物对养分的需求，见效快。缺点：效果短暂；一次喷施补充的养分量有限；易从叶片疏水表面淋失。叶部营养不能完全代替根部营养。影响根外营养的因素--叶片类型与单子叶作物相比，双子叶作物叶面积大，角质层薄，溶液中的养分较易被吸收。叶片背面比正面更易吸收养分。--养分种类钾：KClKNO3K2HPO4氮：尿素硝酸盐铵盐在喷施微量元素时加入少量尿素可促进其吸收速率。--养分浓度叶部吸收养分速率和数量随浓度的提高而增加，但浓度过高易导致损伤。--溶液pH供应阳离子养分时，溶液应调至微碱性；供应阴离子养分时，则应调至微酸性。--附着时间营养叶在叶片上附着时间长有利于对养分的吸收。影响根外营养的因素一、土壤中的氮氮的功