6 植物营养与施肥的基本原理

土壤肥料学SoilScienceandFertilizers肥料部分第六章植物营养与施肥的基本原理§1肥料与施肥的基本概念§2植物营养元素与肥料三要素§3施肥与植物生长§4施肥与农业生态§5植物对养分的吸收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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环境友好第六章植物营养与施肥的基本原理§1肥料与施肥的基本概念§2植物营养元素与肥料三要素§3施肥与植物生长§4施肥与农业生态§5植物对养分的吸收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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。1.2有益元素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。来自大气、水来自土壤（矿质元素）在土壤、作物间的供求矛盾相对较小在土壤植物间的供求矛盾大，常需施肥补充。通常被称为“肥料三要素”问题：所有必需元素在植物营养中的地位是同等重要的，它们在农业上是否也同等重要？1.3肥料三要素C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S、Fe、B、Mn、Zn、Cu、Mo、Cl第六章植物营养与施肥的基本原理§1肥料与施肥的基本概念§2植物营养元素与肥料三要素§3施肥与植物生长§4施肥与农业生态§5植物对养分的吸收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早在20世纪30年代，德国科学家就对增施肥料在欧洲粮食生产中的作用做过估计，如果把粮食增产量看作100，化肥的贡献占50%，品种占30%，其它管理措施占20%；联合国粮农组织（FAO）的统计资料表明，发展中国家通过施用化学肥料可使粮食单产提高55%~57%，总产量提高30%左右（严小龙等，1997）；建国以来，我国化肥的投入与粮食产出间的关系也基本符合这一规律（李生秀，1999）。1肥料在作物生产中的作用FertilizerConsumptionValueIndexofCropProductionRelationshipbetweenValueindexofcropproductionandfertilizerconsumptionperarablehectarein41countries(FAO)1肥料在作物生产中的作用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作物生长与养分供应间的数量关系3.1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；但随施肥量的增大，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。3.2施肥中的报酬递减现象第六章植物营养与施肥的基本原理§1肥料与施肥的基本概念§2植物营养元素与肥料三要素§3施肥与植物生长§4施肥与农业生态§5植物对养分的吸收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.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第六章植物营养与施肥的基本原理§1肥料与施肥的基本概念§2植物营养元素与肥料三要素§3施肥与植物生长§4施肥与农业生态§5植物对养分的吸收§5植物对养分的吸收5.1植物的根际营养5.2养分离子的主动与被动吸收5.3植物根的结构与养分吸收的关系5.4植物的叶部营养与根外追肥养分水分泌物根际土壤非根际土壤根际的概念•根际：受植物根吸收与分泌作用共同影响的土壤微域范围。是植物与土壤相互作用的场所。•根际的大小：根-土界面不足1毫米或几毫米范围的微区土壤。其大小取决于根毛的长度。•根际土壤与非根际土壤在理化性质及生物学特性上存在差异。•存在于根际的有效养分称为实际有效养分，而根际以外的有效养分则为潜在有效养分。根际的特点根际pHN肥形态、共生固N、养分胁迫、植物的基因型差异等。根际pH与非根际pH存在差异阳离子吸收量阴离子吸收量，根际pH降低；阳离子吸收量阴离子吸收量，根际pH升高。*根际pH的改变对土壤中养分的有效性影响很大，但可以是有利的，也可以是不利的。阳离子阴离子H+OH-根吸收阴阳离子的不平衡pHvsAvailabilityofNutrients4.04.55.05.56.06.57.07.58.08.59.09.5StronglyAcidStronglyAlkalineMed.AcidSlightly.AcidVerySlightlyAcidVerySlightlyAlkalineSlightlyAlkalineMed.AlkalinePhosphorusPotassiumCalciumMagnesiumSulfurIronManganeseBoronCopperandZincMolybdenumNitrogen根际的特点根际Eh稻根氧化带由于根的呼吸作用及根际微生物的生命活动需消耗氧气，根际Eh一般较非根际土壤低。旱地土壤根际Eh都低于土体，一般可降低50-100mV。水