04植物的磷素营养与磷肥

植物的磷素营养与磷肥施用磷是植物生长发育不可缺少的营养元素之一。它对作物高产及保持品种的优良特性有明显的作用。因此，研究如何提高磷的利用率也是近年来学术领域的热点。磷江西小麦试验主要内容要求植物的磷素营养(掌握磷素的失调症状及其原因)土壤中的磷素及其转化磷肥的种类、性质及其施用磷肥的合理施用第一节植物的磷素营养一、植物体内磷的质量分数、分布和形态1.含量(P2O5)：植株干物重的0.2~1.1%影响因素——植物种类：油料作物豆科作物禾本科作物生育期：生育前期生育后期器官：幼嫩器官衰老器官、繁殖器官营养器官种子叶片根系茎秆生长环境：高磷土壤低磷土壤植物体的含磷量一般为干物重的0.2-1.1％其中大部分是有机态磷，约占全磷量的85％，而无机磷仅占15％左右。幼叶中含有机态磷较高，老叶中则含无机态磷较多。虽然植物体内无机磷所占比例不高，但从无机磷含量的变化能反应出植株磷营养的状况。植物缺磷时，常表现出组织（尤其是营养器管）中的无机磷含量明显下降，而有机磷含量变化较小。2.分布：集中在幼芽和根尖再利用能力强达80％以上有机磷：占85％，以核酸、磷脂、3.形态植素为主无机磷：占15％，以钙、镁、钾的磷酸盐形式存在磷在细胞及植物组织内有明显的区域化现象，植物细胞及组织内复杂的膜系统，将细胞和组织分隔成不同的区域。分布一般来讲，无机磷的大部分是在液泡中，只有一小部分存在于细胞质和细胞器内。液泡是细胞磷的贮存库，而细胞质则是细胞的代谢库。Raven研究了巨藻吸磷数量与细胞质及液泡中无机磷变化的关系。他发现，磷酯只存在细胞质中，约10％的有机磷位于细胞质，而90％存在于液泡中，而且液泡中磷的数量随巨藻对磷吸收时间的延长而不断地增加。植物体内含量与分布的变化与供磷水平有密切关系，因此可通过测定植物某一部位中的的含量来判断其磷营养的状况。磷是运转和分配能力很强的元素，在植物体内表现有明显的顶端优势。二、磷的生理作用（一）磷是植物体内重要化合物的组分核酸和核蛋白、磷脂、植素、ATP、辅酶（二）磷能加强光合作用和碳水化合物的合成与运载（三）促进氮素代谢1.促进蛋白质合成.2.利于体内硝酸的还原和利用3.增强豆科作物的固氮量（四）促进脂肪代谢（五）提高作物对外界环境的适应性如抗旱、抗寒、抗病等多种重要化合物的组分1.核酸和核蛋白核酸是核蛋白的重要组分，核蛋白是细胞核和原生质的主要成分，它们都含有磷。核酸和核蛋白是保持细胞结构稳定，进行正常分裂、能量代谢和遗传所必需的物质。多种重要化合物的组分2.磷脂生物膜是由磷脂和糖脂、胆固醇、蛋白质以及糖类构成的。生物膜具有多种选择性功能。它对植物与外界介质进行物质交流、能量交流和信息交流有控制和调节的作用。此外，大部分磷酸酯都是生物合成或降解作用的媒介物，它与细胞的能量代谢直接有关。3.植素植素是磷脂类化合物中的一种，它是植酸的钙、镁盐或钾、镁盐，而植酸是六磷酸肌醇，它是由环己六醇通过羟基酯化而生成的。OHOHOHOHOHOHOHOPOO(-6H)OPO+6HOHOPOOHOPOOOHOPOOOHOPOOOHOPOOO环己六醇植酸4.腺苷三磷酸(ATP)植物体内糖酵解、呼吸作用和光合作用中释放出的能量常用于合成高能焦磷酸键，ATP就是含有高能焦磷酸键的高能磷酸化合物。ATP能为生物合成、吸收养分、运动等提供能量，它是淀粉合成时所必需的。ATP和ADP之间的转化伴随有能量的释放和贮存，因此ATP可视为是能量的中转站。积极参与体内的代谢1、碳水化合物代谢在光合作用中，光合磷酸化作用必需有磷参加；光合产物的运输也离不开磷;大分子碳水化合物合成需要磷，否则合成受阻，形成花青素。磷的营养功能Pi对光合作用中蔗糖及淀粉形成的调节2.氮素代谢:磷是氮素代谢过程中一些重要酶的组分。硝酸还原酶含有磷，磷能促进植物更多的利用硝态氮。磷也是生物固氮所必需。氮素代谢过程中，无论是能源还是氨的受体都与磷有关。能量来自ATP，氨的受体来自与磷有关的呼吸作用。因此，缺磷将使氮素代谢明显受阻。蔗糖合成不同途经的示意图葡萄糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖蔗糖磷酸蔗糖果糖磷酸蔗糖合成酶Pi蔗糖合成酶3.脂肪代谢:脂肪代谢同样与磷有关。脂肪合成过程中需要多种含磷化合物(图2-8)。此外，糖是合成脂肪的原料，而糖的合成、糖转化为甘油和脂肪酸的过程中都需要磷。与脂肪代谢密切有关的辅酶A就是含磷的酶。实践证明，油料作物需要更多的磷。施用磷肥既可增加产量，又能提高产油率。脂肪合成途径示意图糖↑↓1,6-二磷酸果糖↑↓3-磷酸甘油醛→磷酸二羟丙酮→磷酸甘油→甘油↓3-磷酸甘油酸脂肪↓丙酮酸───→乙酰辅酶A───→脂肪酸1.抗旱和抗寒抗旱:磷能提高原生质胶体的水合度和细胞结构的充水度，使其维持胶体状态，并能增加原生质的粘度和弹性，因而增强了原生质抵抗脱水的能力。抗寒:磷能提高体内可溶性糖和磷脂的含量。可溶性糖能使细胞原生质的冰点降低，磷脂则能增强细胞对温度变化的适应性，从而增强作物的抗寒能力。越冬作物增施磷肥，可减轻冻害，安全越冬。提高作物抗逆性和适应能力施用磷肥能提高植物体内无机磷酸盐的含量，有时其数量可达到含磷总量的一半。这些磷酸盐主要是以磷酸二氢根和磷酸氢根的形式存在。它们常形成缓冲系统，使细胞内原生质具有抗酸碱变化能力的缓冲性。当外界环境发生酸碱变化时，原生质由于有缓冲作用仍能保持在比较平稳的范围内.这有利于作物正常生长发育。这一缓冲体系在pH6-8时缓冲能力最大，因此在盐碱地上施用磷肥可以提高作崐物抗盐碱的能力。缓冲性:H2PO4-1HPO4-1缓冲体系三、植物对磷的吸收和利用（一）吸收形态：1.主要是正磷酸盐：H2PO4－HPO42－P043－2.偏磷酸盐、焦磷酸盐3.少量的有机磷化合物吸收：一般认为磷的主动吸收过程是以液泡膜上H+-ATP酶的H+为驱动力，借助于质子化的磷酸根载体而实现的，即属于H+与H2PO4共运方式。进一步的试验证明，根的表皮细胞是植物积累磷酸盐的主要场所，并通过共质体途径进入木质部导管，然后运往植物地上部。。作物对磷的吸收和利用（二）吸收机理：主动吸收，H＋与H2PO42－共运吸收部位为：根毛区影响因素：作物种类和生育期介质的pH伴随离子其它环境因素1、作物特性不同植物种类，甚至不同的栽培品种，对磷的吸收都有明显的影响。2、土壤供磷状况植物能利用的磷主要是土壤中的无机磷。虽然植物可吸收少量有机态磷，但通常有机磷必须转化为无机磷后才能被大量吸收。因此，土壤中磷的形态直接影响着土壤供磷状况及植物对磷的吸收。（三）影响吸收磷的主要因素植物吸收磷受很多因素的影响，其中有植物生物学特性和环境条件两个方面。3、菌根菌根能增加植物吸磷的能力。通过菌根的菌丝以扩大根系吸收面积，并能缩短了根吸收养分的距离，从而提高土壤磷的空间有效性；菌根的分泌物也能促进难溶性磷的溶解度。4、环境因素温度升高有利于磷的吸收。增加水分也有利于土壤溶液中磷的扩散，因此能提高磷的有效性。5、养分的相互关系磷与氮在植物的吸收和利用方面相互影响。施用氮肥能促进磷的吸收。施用磷肥对大麦地上部和根生长的影响施磷量（Pmg/kg)土）010203040缺磷土壤不缺磷土壤干物重（g/盆）根地上部51015203001040根地上部0（四）磷的同化和运输同化：磷酸盐有机磷化合物地上部中柱导管运输：占全磷60％以上无机磷四、植物对缺磷和供磷过多的反应（一）磷素营养缺乏症＊植株生长迟缓，矮小、瘦弱、直立，分蘖或分枝少＊花芽分化延迟，落花落果多＊多种作物茎叶呈紫红色，水稻等叶色暗绿症状从茎基部开始＊植物缺磷的症状常首先出现在老叶1、叶片肥厚而密集，叶色浓绿；植株矮小，节间过短；出现生长明显受抑制的症状；2、繁殖器官常因磷肥过量而加速成熟进程，并由此而导致营养体小，茎叶生长受抑制，也会降低产量。地上部与根系生长比例失调，在地上部生长受抑制的同时，根系非常发达，根量极多而粗短。3、谷类作物的无效分蘖和瘪籽增加；叶用蔬菜的纤维素含量增加、烟草的燃烧性差等品质下降；4、施用磷肥过多还会诱发缺铁、锌、镁等养分。（二）供磷过多植物呼吸作用加强，消耗大量糖分和能量，对植株生长产生不良影响。缺磷条件下，短期内植物表现为地上部受抑制，而根系生长增强，结果根冠比增加。但如果缺磷时间延长到一定程度，则随全株营养体变小，根系也变小-K+K葡萄自左至右，依次为油菜幼叶至老叶，缺磷油菜叶片从暗紫发展至紫红色。幼叶老叶缺磷图为缺磷的油菜叶片，缺磷使体内碳水化合物代谢受阻，糖分积累，形成紫红色。左为缺磷的最老叶右为缺磷的较老叶•缺磷的苹果叶：叶片小、叶色暗淡、发紫色或青铜色。油菜缺磷：深紫色的叶片正在转红色图为缺磷的大豆叶片，缺磷使体内碳水化合物代谢受阻，糖分积累，形成紫红色一炷香型水稻玉米缺磷出现紫苗缺磷植株瘦小，茎叶大多呈现紫红色，叶尖枯萎呈褐色，花丝抽出迟，结实率低磷素过多引起的水体富营养化及其结果第二节土壤中的磷素及其转化一、土壤中磷的质量分数我国耕地土壤的全磷量：0.2~1.1g/kg，呈地带性分布规律：从南到北、从东到西逐渐增加影响因素：土壤母质、成土过程、耕作施肥等土壤供磷状况以土壤有效磷含量表示：土壤有效磷（P）10mg/kg，表示有效磷较高土壤有效磷（P）5mg/kg，表示有效磷不足二、土壤中磷的形态1.有机态磷含量：占土壤全磷量的10～50％来源：动物、植物、微生物和有机肥料影响因素：母质的全磷量、全氮量、地理气候条件、土壤理化性状、耕作管理措施等2.无机态磷含量：占土壤全磷量的50～90％包括：土壤液相中的磷(以H2PO4－和HPO42－为主)、固相的磷酸盐、土壤固相上的吸附态磷三、土壤中磷的转化施肥有机态磷(影响矿化率的因素)H2PO4－无定形磷酸盐结晶态磷酸盐HPO42－闭蓄态磷(有效性降低)吸附态磷矿物矿化Eh交替变化老化生物矿化固定作用化学沉淀释放作用解吸吸附作用固定第三节磷肥的种类、性质和施用磷矿分级与磷肥的制造方法P2O5含量磷矿品位制造方法磷肥种类及品种28%高酸制法水溶性磷肥－过磷酸钙18～28％中热制法枸溶性磷肥－钙镁磷肥18%低机械法难溶性磷肥－磷矿粉我国目前使用的磷肥品种主要为过磷酸钙（SSP），约占总磷用量的75％。•摩洛哥磷矿一、水溶性磷肥特点：含水溶性的磷酸一钙，其中的磷易被植物吸收，肥效快，属速效性磷肥（一）过磷酸钙（普钙）1.成分与性质成分：一水磷酸一钙：占30～50％硫酸钙：占40％杂质：少量磷酸或硫酸，以及硫酸铁和硫酸铝性质：灰白色粉末，呈酸性反应，具有腐蚀性磷酸退化作用2.在土壤中的转化(1)溶解过程与化学沉淀(固定)作用异成分溶解反应式：特点：1mol一水磷酸一钙溶解时，溶液中生成1mol二水磷酸二钙和1mol磷酸。磷酸沉淀作用(化学固定作用)：过磷酸钙的异成分溶解及化学沉淀作用磷酸沉淀作用(化学固定作用)：酸性土：过程：水溶性无定形结晶态闭蓄态溶解度：大小有效性：高低中性、石灰性土：一钙二钙八钙十钙结果：过磷酸钙的当季利用率低(2)磷的吸持作用包括吸附作用和吸收作用一般地：P土液P土粒结果：磷肥的有效性降低吸持作用解吸作用3.施用方法目的：提高过磷酸钙的利用率。原则：减少与土壤的接触面积。增加与作物根群的接触面积方法：集中施用分层施用与有机肥料混合施用制成粒状磷肥作根外追肥(二)重过磷酸钙（重钙）（不含硫酸钙）二、弱酸溶性肥料特点：溶于弱酸，肥效较水溶性磷肥慢(一)钙镁磷肥成分：无定形磷酸钙[Ca3(PO4)2](含P2O514～18％)、氧化钙、氧化镁、二氧化硅等性质：①灰绿色或灰棕色粉末(90％过0.177mm筛)②溶于2％柠檬酸溶液③呈碱性反应(化学碱性，pH8.0～8.5)④吸湿性小，无腐蚀性先溶解（主要受介质pH值影响），后吸收：酸性土：在土壤酸的作用下逐步溶解Ca3(PO4)2CaHPO4Ca(H2PO4)2可中和部分酸，调节了土壤反应，提高了磷素的有效性中性或石灰性土壤：在微生物和作物根分泌的酸的作用下逐步溶解Ca3(PO4)2Ca(H2PO4)2溶解释放磷酸的速度较缓慢，肥效较长施