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第二章土壤肥力的基本理论第一节土壤肥力因素水肥气热被称为土壤的四大因素，各个因素的水平以及相互组合，协调是土壤肥力高低的关键。（一）土壤水分土壤水分是土壤的重要组成成分，是土壤肥力的重要因素，是植物生长的基本条件，是农业增产增收的重要措施之一。一、土壤水分类型1、吸湿水：干土粒从土壤空气中吸收的气态水。（1）受力：土粒表面分子引力作用；远大于植物根系吸水力。（2）具有固态水的性质：不能移动，无溶解力，植物不能吸收，无效水。（3）影响吸湿水大小因素：土壤质地，有机质含量，空气相对湿度。（4）吸湿系数：又称最大吸湿量。是土壤吸湿水达到最大值时的土壤含水量。2、膜状水：在土壤吸湿水外围，靠土粒剩余分子引力吸附的液态水膜。（1）受力：土粒表面剩余分子引力，比吸湿水受力小。（2）具有液态水的性质，但移动缓慢，溶解力较弱，植物能吸收其中一部分，弱有效水。（3）萎蔫系数：植物因无法吸收水分而发生永久萎蔫时的土壤含水量。是土壤有效水的下限。3、毛管水：依靠毛管力保持在毛管孔隙中的液态水。（1）受力：毛管力，比植物根吸力小。（2）具有自由水的性质：可以上下左右移动，移动速度快，溶解力强，数量多，植物吸收利用的主要形态。毛管水的两种类型：A毛管悬着水：降水或灌溉后，靠毛管力保持在土壤上层毛管中的水分。B毛管上升水：地下水位较高（地势低洼处）的土壤，地下水借毛管力作用上升保持在毛管孔隙中的水分。田间持水量：毛管悬着水达到最大数量时（即所有毛管孔隙都充满水时）的土壤含水量。是有效水的上限，也是灌溉水量的上限。其大小受土壤质地，有机质含量，结构，松紧状况影响。一般地下水位在1.5—2.5cm，毛管上升水可达到根系活动层，它是作物所需水分的重要来源。4、重力水：土壤水分超过田间持水量后，受重力作用沿大孔隙向下渗漏的水分。土壤经大水漫灌或大雨后，会暂时出现这种水分，重力水也是地下水的重要来源。最大蓄水量和饱和含水量是指土壤全部孔隙都充满水时土壤含水量。二、土壤水分有效性土壤水分有效性是指指能否被植物吸收利用及其利用的难易程度。能被吸收利用的水分称有效水；不能被吸收利用的水分称无效水。暂时存放在通气孔隙中的水称为多余水。1、土壤含水量的表示方法：土壤含水量：土壤中实际含水量与烘干土质量的百分数。是最常用的表示方法。土壤含水量（%）=湿土重（g）－烘干土重（g）/烘干土重（g）×100%。相对含水量（%）=土壤含水量/田间持水量×100%一般相对含水量在60%-80%时，土壤中水分与空气比例协调，适宜作物的生长需要。2、水层厚度：一定面积一定厚度土层内土壤水的总贮量，用水层厚度表示。便于比较和计算土壤含水量与降水量、作物吸水量、灌排水量的关系。水层厚度（mm）=土层深度（mm）×土壤含水量×容量。3、水的体积：在实际灌溉时，由于水量一般常用m3/hm2表示，应将水层厚度乘以每公顷地的面积，变成水的体积。因水层厚度单位是mm，应换算成m。水的体积（m3/hm2）=水层厚度（mm）×10。4、土壤墒情：指土壤含水量的多少。农民群众通常根据土壤颜色和握在手中感觉的湿润程度、手握成形、落地散碎状况及生产性状等，把土壤墒情划分为黑墒以上、黑墒、黄墒、潮土和干土面等类型。（二）土壤空气土壤空气是土壤的重要组成成分，是土壤肥力的重要因素，是植物生长的基本条件，与土壤微生物活动、养分的转化、作物种子萌发、根系生长等都有着十分密切的关系。一．土壤空气的组成特点土壤空气来源于大气，与大气组成相似，又有差异。1、土壤空气中氧气浓度低，二氧化碳浓度高。2、土壤空气中水汽呈饱和状态。3、土壤空气中含有少量还原性气体，如硫化氢，甲烷等。二、土壤空气对作物生长发育的影响1、影响作物根系生长发育。（1）通气良好：根长、色浅、根毛多、吸收能力强。（2）通气不良：根短而粗、色黑或灰、根毛少、吸收能力弱。2、影响种子的萌发。3、影响微生物活动和土壤养分转化。三、土壤空气状况的调节土壤通气性的强弱，主要决定于土壤通气孔隙的数量，常用通气孔隙度表示。作物生长发育适宜的通气孔隙度为10%～20%。1、改良土壤质地和结构，改善土壤的孔隙状况。2、深耕结合施用有机肥料，改善土壤的透气性。3、合理灌溉，开沟排水。（三）土壤热量状况土壤热量对作物的生长发育及微生物的活动都有直接影响，它还影响土壤水、气和养分状况，因此，土壤热量也是重要的肥力因素之一。土壤热量的来源：主要来自于太阳的辐射热，其次还有生物热（有机质矿化分解，释放能量）和地热（对土温影响小）。一、影响土壤温度变化的因素：土壤热特性即土壤热容量、导热性、吸热性和散热性。1、土壤热容量：单位重量（1g）或单位容积（cm3）的土壤，温度每升高1℃所需要吸收或放出的热量（J）。重量热容量，单位：J/g.℃；容积热容量，单位：J/cm3.℃。两者关系：容积热容量=重量热容量×容重土壤热容量的大小决定于土壤中固、液、气体物质的组成及比例。2、土壤导热性：土壤传递热量的性能。土壤导热性：单位土层厚度，温差为1℃时，每秒流入单位面积土壤断面（1cm2）的热量。主要决定于土壤的含水量、松紧度和孔隙状况。干燥、疏松的土壤热量传导慢，潮湿、紧实的土壤，热量传导快。随着土壤含水量的增加，导热性能提高。3、土壤吸热性和散热性：土壤的吸热性：是指土壤对太阳辐射热的吸收性能土壤吸热性的强弱主要决定于土壤颜色、地面状况和覆盖等。土壤颜色深、地面凹凸不平、地面无覆盖利于土壤吸热。白天土壤以吸热为主。土壤散热性：是指土壤向大气散失热量的性能。主要与土壤水分蒸发和土壤辐射有关。大气越干燥，蒸发越强烈，土壤散热越多，降温越快。夜间土壤以散热为主。二、土壤温度的调节措施：1、增施有机肥。2、深耕深松向阳垄作。3、地面覆盖，建温室及大棚。4、设置风障；建立防风林。5、灌溉排水：如早春和晚秋低温时灌水保温；夏季高温时灌水降温。低洼地排水提高温度。（四）土壤肥力因素的相互关系及其调节一、土壤肥力因素的相互关系土壤水分一般是肥力因素的关键因素或主导因素，但事物的变化是复杂的，水、肥、气、热肥力因素是互相影响的、相互制约的。在不同的条件下，肥力的主导因素也有不同。1、同等重要且互相不可替代：（1）都是植物生长发育过程中不可缺少的条件。（2）有时某个因素起决定作用，但在解决主要矛盾的同时，必须配合相应的措施使各肥力因素协调供应。2、相互影响相互制约：（1）土壤水分与土壤空气的相互关系：①二者同时占据孔隙，互为消长；②土壤结构良好时，水气协调。（2）土壤温度与水、气的相互关系：①土壤、水、气的比例关系，影响土壤温度的变化；②土壤温度影响土壤空气的组成（微生物活动）和气体交换速度；③土壤温度影响土壤水分的运动和地表蒸发。3、土壤水、气、热与土壤养分的相互关系：（1）土壤空气和温度影响土壤养分的转化。（2）土壤温度和水分影响土壤养分的有效性。温度升高，胶体吸收的养分易解吸，增强供肥能力；温度升高，植物吸收水分增加，加快养分吸收速度；（3）土壤养分状况影响植物对水分的吸收与利用（举例，如土壤中磷钾丰富，增强抗旱力，提高对水分利用率）。二、土壤肥力因素的调节中耕不仅可疏松表土、增加土壤通气性、提高地温，而且通过浅中耕措施还能切断底层土壤与表层的毛细管水通道，并在表层形成疏松覆盖层，能减少底层土壤水分损失。由于根系在表土层（０～５厘米内）分布量很少，表土层土壤水分对根系有效性很低，所以浅中耕增加水分损失的量主要是无效水分，而有效水分的量得到保持，有明显的保墒效果。所以说“锄头底下有火也有水”。1、搞好农田基本建设：有效减少自然因素对肥力因素的不利影响。2、深耕改土，施有机肥，改善土壤结构，增强蓄水保肥能力，协调肥力四因素。3、合理轮作，用养结合。4、合理灌排，以水调气、调热，改善养分状况，调节肥力四因素。5、科学施肥，增加有机肥；因土选择肥料、施肥方法和施肥量。（五）土壤肥力等级依据拟定的土壤肥力指标，对土壤肥力水平评定的等级称为土壤肥力分级。分级的目的是掌握不同土壤的增产潜力，揭示出它们的优点和存在的缺陷，为施肥、改良土壤提供科学依据。参评项目一般包括土壤环境条件（地形、坡度、覆被度、侵蚀度），土壤物理性状（土层厚度、耕层厚度、质地、障碍层位），土壤养分（有机质、全氮、全磷、全钾）储量指标、养分有效状态（速效磷/全磷、速效钾/全钾）等。项目的具体选择，可根据土壤类别而定。评级方法有累计积分法和数理统计法等。评定结果可划分瘦土、熟土、肥土和油土等级别。通常把作物种在不施任何肥料的土壤上所得的产量即空白产量，作为土壤肥力的综合指标。一般来说，空白产量高，说明土壤供肥能力强，肥力高；反之，土壤供肥能力弱，肥力低。第二节土壤养分（一）土壤有效养分概念土壤养分分有机形态和无机形态，按其对作物的有效程度，又可分为三种类型：一、速效养分：大多是无机形态，以离子形式存在于土壤水中称水溶性养分，或者吸附在土壤胶粒表面称交换性养分。这两种养分极易被作物吸收利用，称为土壤速效养分或有效养分。二、缓效养分：它们主要存在于容易分解的有机物中，也存于一些结构比较简单的矿的中。这类养分不溶于水，也不能被作物直接吸收利用，但在有机物或矿物分解过程中得以缓慢释放出来，供作物吸收利用，是土壤速效养分的补给来源。三、难溶性养分：以无机态为主，也包括一些结构复杂的有机物。如磷矿石中的磷，正长石中的钾，腐殖质中的氮等，它们均不溶于水，不能被作物直接吸收利用，只有在长期的风化过程中，方可逐步释放出来，可看作是土壤养分的储备。速效养分、缓效养分和难溶性养分之间没有绝对的界线，可以在一定条件下相互转化。向速效养分转化是土壤养分的有效化过程，反之，是无效化过程。速效养分占土壤养分总量的比例很小，土壤有效氮只占土壤全氮的5%以下，速效磷、钾只占3%～5%，速效微量元量锰、钼、锌、硼也只占总贮量的2%～10%。因此，土壤养分的总量虽然很大，但有效性不高，是作物常感养分不足，须要施肥的一个重要原因。四、土壤中的生物有效养分具有两个特点：（1）以矿质养分为主；（2)位置接近植物根表或短期内可以迁移到根表的有效养分。五、土壤养分生物有效性的含义：（1）土壤中矿质态养分的浓度、容量与动态变化；（2）根对养分的获取与养分向根表迁移的方式与速度；（3）在根系生长与吸收的作用下，土壤中养分的有效化过程以及环境因素对养分有效化的影响。（二）影响土壤养分供应的条件一、土壤养分的成分1、土壤最根本的作用是为作物提供养分和水分，同时也作为作物根系伸展、固持的介质。土壤不仅仅是储存、供应养分，而且在土壤中各种养分都进行着一系列生物的、化学的和物理的转化作用。这些作用极大地影响养分的有效性，也极大地影响土壤养分的供应能力。2、土壤中的水分也完全不同于江河中的水。首先它含有对作物最有效的各种养分，所以又称土壤溶液。另外，它在土壤中受土粒的吸引，所以并不是土壤中的所有水分都对作物有效。再有，它在土壤中的运动受土壤不同孔径的孔隙影响。这些都影响土壤作为水分的供应能力。除去作物需要养分水分以外，作物还需要一个良好的物理环境和化学环境。3、土壤物理环境包括土壤的固相（固体）、液相（液体）和气相（气体）三部分。肥沃的土壤，它的固相占土壤体积的50%左右，另外一半是大大小小的空隙，这些空隙充满着水分和空气。土壤空隙对作物生长十分重要。比如一个肥沃的土壤必须有相当数量直径大于250微米的大空隙，有了这些大空隙作为根系才能顺利地伸展。土壤中还应有不低于10%的直径大于50微米的中等空隙，这些空隙相互连通保证能了土壤的良好排水功能。另外，为了使土壤具有良好的水分保持功能，土壤必须有不小于10%的直径0.5-50微米的小孔隙。所以土壤物理环境和土壤的养分水分供应能力有很大关系。4、土壤化学环境也是保证作物健康生长的另一重要环境条件。比如土壤太酸，太碱，盐分太多，都使作物生长受到很大影响甚至不能生长。第三节植物营养基本理论（一）植物必需营养元素与肥料三要素一、植物必需营养元素植物生长过程中必需的元素叫植物必需营养元素。通过营养液培养法来确定植物必需营养元素。方法是在培养液中系统地减去植物灰分中某些