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绪论土壤、肥料广泛存在于自然界中。但人们从不同角度、用不同方法来研究它，就会产生不同的认识。对于生态系统中能量与物质循环的起始点、农业生产链环中的基础环节---种植业（植物生产）来说，只有正确掌握土壤肥力和作物施肥的概念与土壤的基本物质组成；全面理解土壤肥力与作物施肥在农业生产和生态系统中的重要性；理解近代土壤肥料发展概况以及土壤肥力与作物施肥科学的主要内容及其相关课程的关系；深刻领会21世纪土壤肥力与作物施肥科学的任务及发展前景，才能正确认识土壤肥力与作物施肥并掌握其变化规律，使之更好的服务于种植生产的发展，更好的为农业的持续发展作贡献。第一节土壤肥力与作物施肥的基本概念一、土壤的概念及其基本组成概况（一）土壤的概念土壤学的兴起和发展与近代自然科学，尤其是化学和生物学的发展息息相关。16世纪以前，人们对土壤的认识仅是以土壤的某些直观性质和农业生产经验为依据。如中国战国时期《尚书·禹贡》中根据土壤颜色、土粒粗细和水文状况等进行的土壤分类，其后许多农学家有关多粪肥田和深耕细锄可以提高土壤肥力的论述，以及古罗马的加图所描述罗马境内的土壤类型等，都反映了当时人们对土壤的认识水平。在中国，现代土壤科学的研究工作始于20世纪30年代。当时主要进行了某些土壤调查、制图和一般的分析试验。对中国的土壤资源、主要的土壤类型、分布规律理化性质，以及土壤改良等也作了初步研究。新中国成立以后，土壤科学事业有了较大发展。中国科学院和农业部相继成立了专门的研究机构，高等农业院校土壤和农业化学的有关专业。广大土壤科学工作者对中国土壤的基本性质、发生分类、肥力特征进行的系统研究，以及对华南地区红壤和华北平原盐渍土等低产土壤进行的改良研究都取得积极成果，并在此基础上对土壤肥力概念等提出了新的见解。有这一点出发，土壤可以泛指是具有特殊结构、形态、性质和功能的自然体。它的特殊形态是地球陆地表面；它的特殊结构是疏松层；具有肥力是它的特殊性质；能够生长绿色植物是其特殊功能。由此可以将土壤定义为：“土壤是指覆盖于地球陆地表面，具有肥力特征的，能够生长绿色植物的疏松物质层”。（二）土壤基本组成土壤是由固液气三相组成，固体包括土壤有机质（包括腐殖质）和土壤矿物质，液相主要是土壤水分，气相是土壤空气。土壤是由固体、液体和气体三类物质组成的。固体物质包括土壤矿物质、有机质和微生物等。液体物质主要指土壤水分。气体是存在于土壤孔隙中的空气。土壤中这三类物质构成了一个矛盾的统一体。它们互相联系，互相制约，为作物提供必需的生活条件，是土壤肥力的物质基础。一、矿物质土壤矿物质是岩石经过风化作用形成的不同大小的矿物颗粒(砂粒、土粒和胶粒)。土壤矿物质种类很多，化学组成复杂，它直接影响土壤的物理、化学性质，是作物养分的重要来源。二、有机质有机质含量的多少是衡量土壤肥力高低的一个重要标志，它和矿物质紧密地结合在一起。在一般耕地耕层中有机质含量只占土壤干重的0.5-2.5%，耕层以下更少，但它的作用却很大，群众常把含有机质较多的土壤称为“油土”。土壤有机质按其分解程度分为新鲜有机质、半分解有机质和腐殖质。腐殖质是指新鲜有机质经过微生物分解转化所形成的黑色胶体物质，一般占土壤有机质总量的85—90％以上。腐殖质的作用主要有提供作物需要养分、增强土壤的吸水和保肥能力、改良土壤物理性质、促进土壤微生物的活动、刺激作物生长发育等。土壤有机质主要来源于施用的有机肥料和残留的根茬。许多社队采用柴草垫圈、秸秆还田、割青沤肥、草田轮作、粮肥间套、扩种绿肥等措施，提高土壤有机质含量，使土壤越种越肥，产量越来越高，应当因地制宜加以推广。三、微生物土壤微生物的种类很多，有细菌、真菌、放线菌、藻类和原生动物等。土壤微生物的数量也很大，l克土壤中就有几亿到几百亿个。1亩地耕层土壤中，微生物的重量有几百斤到上千斤。土壤越肥沃，微生物越多。微生物在土壤中的主要作用有分解有机质、分解矿物质、固定氮素等，他们能够改善土壤的理化性质、使土壤养分有效化、增加了土壤里的氮素等从而增加土壤肥力。四、土壤水分土壤是一个疏松多孔体，其中布满着大大小小蜂窝状的孔隙。直径0．001-0．1毫米的土壤孔隙叫毛管孔隙。存在于土壤毛管孔隙中的水分能被作物直接吸收利用，同时，还能溶解和输送土壤养分。毛管水可以上下左右移动，但移动的快慢决定于土壤的松紧程度。松紧适宜，移动速度最快，过松过紧，移动速度都较慢。降水或灌溉后，随着地面蒸发，下层水分沿着毛管迅速向地表上升，应在分墒后及时采取中耕、耙、耱等措施，使地表形成一个疏松的隔离层，切断上下层毛管的联系，防止跑墒。“锄头有水”的科学道理就在这里。土壤含水量降至黄墒以下时，毛管水运行基本停止，土壤水分主要以气化方式向大气扩散丢失。这时进行镇压(碾地)，使地表形成略为紧实的土层，一方面可以接通已断的毛细管，使底墒借毛管作用上升；另一方面可减少大孔隙，防止水汽扩散损失，所以群众说“碾子提墒，碾子藏墒”。镇压后耱地，使耕层上再形成一个平整而略松的薄层，保墒效果更好。五、土壤空气土壤空气对作物种子发芽、根系发育、微生物活动及养分转化都有极大的影响。生产上应采用深耕松土、破除扳结、排水、晒田(指稻田)等措施，以改善土壤通气状况，促进作物生长发育。二、土壤肥力的概念（一）土壤肥力的概念土壤肥力概念和土壤的概念一样，迄今也尚未有完全统一的看法。西方土壤学家传统地把土壤供应养分的能力看作肥力。美国土壤学会1989年出版的《土壤科学名词汇编》上把肥力定义为：土壤供应植物生长所必须养料的能力。前苏联土壤学家对土壤肥力定义是：“土壤在植物生活的全过程中，同时不断地供给植物以最大数量的有效养料和水分的能力”。我国土壤科学工作者，在《中国土壤学》第二版中（1987），对土壤肥力作了以下的阐述：“肥力是土壤的基本属性和质的特征，肥力是土壤从营养条件和环境条件方面，供应和协调植物生长的能力。土壤肥力是土壤物理、化学和生物学性质的综合反映。”在这个定义中，所说的营养条件指水分和养分，为作物必需的营养因素；所说的环境条件条件指温度和环境条件。定义中所说的“协调”解释为土壤中四大肥力因素，水、肥、气、热不是孤立的，而是相互联系和相互制约的。植物的正常生长发育，不仅需要水、肥、气、热四大肥力因素同时存在，而且要处于相互协调的状态。土壤肥力是指土壤能供应与协调植物正常生长发育所需的养分和水、气、热的能力。是土壤各种基本性质的综合表现，是土壤区别于成土母质和其他自然体的最本质的特征，也是土壤作为自然资源和农业生产资料的物质基础。土壤肥力按成因可分为自然肥力和人为肥力。前者指在五大成土因素(气候、生物、母质、地形和年龄)影响下形成的肥力，主要存在于未开垦的自然土壤；后者指长期在人为的耕作、施肥、灌溉和其他各种农事活动影响下表现出的肥力，主要存在于耕作（农田）土壤。（二）自然肥力和人为肥力土壤肥力有自然肥力和人为肥力的区别。前者是指土壤的自然因子即五大成土因素（气候、生物、母质、地形和年龄）的综合作用下发育而来的肥力，它是自然成土的过程，后者是耕作熟化过程发育而来的肥力，是在耕作、施肥、灌溉及其它技术措施等人为因素影响作用下所产生的结果。可见，只有从来不受人类影响的自然土壤才仅具有自然肥力。自从人类从事农耕活动以来，自然植被为作物所替代，森林或草原生态系统为农田生态系统所替代。随着人口膨胀、人均耕地的减少，人类对土地利用强度的不断扩展，“人为因子”对土壤的演化起着越来越重要的作用，并成为决定土壤肥力发展方向的基本动力之一。“人为因子”对土壤肥力的影响集中反映在人类用地和养地两方面，只用不养或不合理的耕作、施肥、排灌，必然会导致土壤肥力的递减，用养结合，可以培肥土壤，保持土壤肥力的永续性。三、作物施肥的概念及肥料的来源、分类（一）作物施肥的概念一、植物必需营养元素与营养三要素1939年阿隆（Arnon）和斯托德（Stuot）提出了确定必需营养元素的3个标准：（1）这种化学元素对所有高等植物的生长发育是不可缺少的。缺少这种植物就不能完成其生命周期。对高等植物来说，即由种子萌发到再结出种子的过程。（2）缺乏这种元素后，植物就会表现出特有的症状，而且其他任何一种化学元素均不能代替其作用，只有补充这种元素后症状才能减轻或消失。（3）这种元素必须是直接参与植物的新陈代谢，对植物起直接的营养作用，而不是环境改变的间接作用。符合这些标准的化学元素才能称为植物必须营养元素，其他的则是非必需营养元素。到目前为止，国内外公认的高等植物必需的营养元素有16种。它们是碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、磷（P）、钾（K）、钙（Ca）、镁（Mg）、硫（S）、铁（Fe）、硼（B）、锰（Mn）、铜（Cu）、锌（Zn）、钼（Mo）和氯（Cl）。氮、磷、钾是农业生产中最常见的肥料，是植物生长发育所必需的营养元素，又称“肥料三要素”。二、施肥的概念当土壤不能提供作物生长发育所需的营养时，对作物进行人为的营养元素的补充的行为过程称为施肥。施肥必须考虑土壤，这是因为：第一，只有在土壤对某一养分供应不足时，才需要施肥，并不需要把所有的必需元素施入土壤，因为大多数营养元素，土壤(或大气)已能充分供应，否则会造成浪费，甚至造成作物中毒。这一点有时被忽视。第二，肥料施入土壤后会发生一系列变化，会在不同程度上影响肥料效果，不考虑土壤，也就谈不上真正的合理施肥。如在水田中施用硝态氮肥，必然会降低肥效等。当然在施肥过程中要注意几点：要根据土壤情况来追肥；要根据化肥品种来追肥；要根据不同作物来追肥；要选择作物最佳施肥期来追肥；要把握好施肥量。1、合理施肥，充分发挥肥料的增产作用，是实现高产、稳产、低成本的一个重要措施。合理配合、互相促进有机肥料和化肥配合，氮、磷配合，是合理施肥的重要原则。2、因土施磷、看地定量土壤有效磷含量是决定磷肥有无效果以及效果大小的主要因素。要用好磷肥，必须根据土壤有效磷的含量区别对待。3、根据各类作物需肥要求，合理施用作物不同，对养分需要的种类、品种、数量都不相同。首先，要看作物的需肥特性，小麦、水稻、玉米、高梁、糜子、谷子等，需氮较多，需磷、钾较少。应以施用氮肥为主，依土壤条件，配合磷、钾肥。豆科作物有根瘤菌固氮，但需要较多的磷、钾。薯类、烟草、麻、甘蔗、甜菜等，号称“喜钾作物”，在缺钾的土壤上要特别注意施用钾肥。其次，要看作物的需肥量。玉米、高梁等作物生育期短，需肥量大，施肥量应当高于其它禾谷类作物。小麦茎秆较软，氮肥用量过高，容易一引起倒伏，据西北农学院士肥组多点试验，以亩施20斤尿素增产显著，经济效果也比较高。4、掌握关键、适期施肥基肥、种肥和追肥是施肥的三大环节。有机肥和磷肥应当以基肥和种肥为主；氮肥应当把基肥、种肥、追肥结合起来，掌握关键时期，充分发挥氮肥的作用。跟据全国各地经验，早稻一般要蘖肥重、穗肥稳、粒肥补，前促、中控、后补。晚稻除重视分蘖肥外，还要注意壮尾肥。棉花应轻施苗肥，稳施营肥、重施花铃肥。谷子要重施拔节肥、孕穗肥。总之要根据具体情况，认真实践，摸索出当地作物的施氮高效期。5、深施肥料、保肥增效“肥料施进土，一亩顶二亩”。肥料深施，能减少损失，提高肥效。（二）肥料的来源、分类凡能直接供给植物生长发育所必需养分、改善土壤性状以提高植物产量和品质的物质统称为肥料。根据肥料的性质和来源不同，可以分为有机肥料和无机肥料两大类。有机肥料常称为农家肥料。是农村中就地取材，利用各种农业废弃物就地积制而成的天然肥料总称。施用有机肥料不仅能为作物提供全面营养，促进生长，而且肥效长，可以增加、更新土壤有机质，增强保水保肥能力，促进微生物繁殖，是作物稳产高产、培养地力、增强农业后劲的关键。同时，还具有缓解化肥比例失调、净化城乡环境、变废为宝、实现资源再利用的作用。无机肥料多为由工厂经过化学工业加工而成的含有高量营养元素的无机化合物，称之为化学肥料，简称化肥。其特点为养分浓度高，肥效快，便于贮藏，不仅是快速实现农业增产的重要因子，而且还能培肥土壤，增加有机肥源。有机肥与无机肥的配合施用，可以缓急相济，互补长短，以实现用地、养地结合和提高化肥利用率的目的，也是合理