科学施肥

土壤肥料学（肥料部分）资源与环境学院刘春生[e-mail]植物营养与科学施肥基础知识♣植物营养♣科学施肥作物靠什么生长?作物与环境的关系?如何提高作物的产量和品质?……植物营养一、作物生长发育必需的营养元素二、作物矿质营养的基本特点三、作物对养分的吸收四、影响作物吸收养分的环境条件作物生长发育从环境中吸收营养物质，施肥是满足作物营养的手段。要合理施肥，就要研究作物需要什么营养元素，作物怎样吸收这些元素以及受哪些环境条件的影响？一、作物生长发育必需的营养元素作物体内元素组成及含量水分75％－95％新鲜作物C（1）H（3）O（2）N（4）95％－99％干物质（5％－25％）灰分元素CaKSiPSClAlNaFe…（1％－5％）★灰分元素：将作物干物质进行煅烧后，CHON以气体形态挥发（气态元素）残留下的不挥发的物质称灰分，灰分中的元素称灰分元素。★植物体中元素有七十多种，含量相差很大，这与：植物的种类有关，如：盐生植物含钠多、豆科植物含氮多、水稻含硅多，马铃薯、甜菜含钾多；环境有关，如：红壤土上的植物含铝多；施肥可以增加植物体内该元素的含量。作物必需的营养元素自然界的元素在植物体内几乎都能找到，但并非全部必需。可以用除去某一元素的营养液进行培养试验，通过作物生长和发育的情况判断。D.I.Arnon和P.R.Stout1939年提出了判断植物必需营养元素的三条标准：1.这种元素对所有高等植物的生长发育是不可缺少的。如果缺少该元素，植物就不能完成其生活史－－必要性2.这种元素的功能不能由其它元素所代替。缺乏这种元素时，植物会表现出特有的症状，只有补充这种元素后症状才能减轻或消失－－专一性3.这种元素必须直接参与植物的代谢作用，对植物起直接的营养作用，而不是改善环境的间接作用－－直接性目前认为植物必需营养元素有16种（大量元素9种，微量元素7种）：大量营养元素主要吸收形态主要来源在干物质中的含量（％）CCO2大气45HH2O土壤水45OCO2O2大气和土壤空气6NNH4+NO3-土壤1.5PH2PO4-HPO42-土壤0.2KK+土壤1.0SSO42+土壤0.1CaCa2+土壤0.5MgMg2＋土壤0.2微量营养元素种类吸收形态含量主要来源ClCl-0.01土壤FeFe3＋Fe2＋0.01土壤MnMn2+0.005土壤BBO33-B4O72-0.002土壤ZnZn2+0.002土壤CuCu+Cu2+0.0006土壤MoMoO42-0.00001土壤必需营养元素的分组和来源C、H、O－－天然营养元素非矿质元素来自空气和水大量元素N、P、K－－植物营养三要素(0.1%以上)或肥料三要素Ca、Mg、S－－中量元素矿质元素微量元素Fe、Mn、Zn、Cu、来自土壤(0.1%以下)B、Mo、ClCO2O2SO2H2OO2MineralNutrients植物养分来源示意图必需元素的作用1、构成作物活体的结构物质及生活物质:CHONSCaMg如纤维素、半纤维素、木质素、果胶等蛋白质、氨基酸、核酸、脂类、叶绿素等2、加速作物体内代谢:ZnCuMnClMoBFeCaMgK….是酶的辅基或活化基3、对作物具特殊功能的元素:KCaMg….调节渗透势，增强抗逆性必需营养元素间的相互关系1.同等重要律－－植物必需营养元素在植物体内的数量不论多少都是同等重要的生产上要求：平衡供给养分2.不可代替律－－植物的每一种必需营养元素都有特殊的功能，不能被其它元素所代替生产上要求：全面供给养分二、作物矿质营养的基本特点1、数量：作物需16种必需元素是通性；但作物不同所要求的数量不同：块根、块茎类作物如：马铃薯、甘蔗需钾多；以收获叶子为主的蔬菜、茶、桑需氮多；豆类作物能固氮，需氮少，需磷、钾多；油菜、甜菜需硼多；大豆、马铃薯需钙多；水稻需硅多。2、比例：各种作物对不同营养的要求有一定适宜比值，如：Ca/B：甜菜100大豆500烟草1200Fe/Mn：大豆1.5－3.5小麦2.5K/Mg8烟草缺镁症P/Zn400马铃薯缺锌作物每生产100斤籽粒需N:P2O5:K2O约为3：1：3斤。3、形态：作物营养特性不同，对营养元素的形态有特殊要求♣马铃薯：以NH4+_N为好，马铃薯喜S，施氮肥应优选(NH4)2SO4，不宜用NH4Cl。♣忌Cl作物：茶、烟草、柑桔、甜菜、甘薯、甘蔗、葡萄等。♣甜菜：以NO3-_N为好，因喜Na＋，施用氮肥优选硝酸钠。♣烟草：硝酸根有利燃烧，NH4+促进芳香族挥发油形成（香味），优选NH4NO3。♣水稻：优选NH4Cl，因S形成H2S毒害根系，Cl－抑制亚硝化细菌的活性。三、植物对养分的吸收根部对养分的吸收根是作物吸收养分的主要器官，吸收最集中的部位在根毛区。吸收形态：离子态：NO3-NH4+HPO42-…分子态：尿素生长素CO2…叶部对养分的吸收（根外营养）（一）根外营养的机制♣根外营养是作物吸收养分的另一种方式；♣根外营养的部位是茎叶，主要是叶；♣叶部吸收可通过植物叶片的角质层上的裂缝进入；♣叶背面是比较疏松的海绵组织，细胞间隙大，孔道细胞多，吸收养分比上表皮快。（二）根外营养特点：1、提高肥料利用率（无土壤中的固定作用）；2、用量少:NPK1%－3％，是土壤施用的1/5－1/10；3、有利于作物后期和密植作物的追肥；4、转化快:32P肥示踪表明5分钟后各器官有PO43-；5、是施肥的辅助性方法，需和主要措施配合。（三）叶部吸收的影响因素：1、养分种类：钾肥KClKNO3KH2PO4氮肥尿素硝态氮肥铵态氮肥硝酸钾进入体内时间1小时氯化钾进入体内时间30分钟硫酸镁进入体内时间20分钟氯化镁进入体内时间15分钟铵态氮进入体内时间2小时硝态氮进入体内时间15分钟2、溶液的pH值溶液酸性，吸收负离子多，有利于H2PO4-、SO42-、BO33-、NO3-吸收。溶液碱性，吸收阳离子多，有利于K+、Ca2+、Mg2+、Zn2+吸收。3、溶液与叶面接触时间时间少，吸收不完全，无风傍晚好，遇雨重喷，营养液加湿润剂。4、叶子部位叶背面有气孔，易吸收；叶正面液体易存留，注意喷施。5、作物种类双子叶植物：叶片大，角质层薄，有利吸收单子叶植物：稻、麦、谷子等作物叶片小、厚、加大喷施浓度四、影响作物吸收养分的环境条件（一）、温度☻在一定范围内，养分吸收随温度增加而加快，温度过高，酶变性失活。☻温度影响：ATP生成量；养分移动速度；根系酶活性。☻低温时，阴离子吸收的影响比阳离子明显，如:NO3-NH4+,这可能与阴离子主要是主动吸收有关，因ATP少。越冬作物施水溶性磷，与温度低、磷扩散系数小、以阴离子吸收有关。☻影响顺序：PO33-NH4+K+SO42-Mg2+Cl-Ca2+（二）、通气大气地面含氧量20.34％，土壤空气含氧量10－20％，正常情况下够用，但如果含水过多、通气不畅，造成氧气下降。棉花在O2小于3％、玉米小于6％生长受影响。通气影响吸收的原因：1、根系的有氧呼吸；2、土壤的Eh；3、养分的形态及转化；4、二氧化碳含量。深翻整地、中耕松土、形成良好结构等都有利于通气，促进吸收。（三）、土壤水分★各种养分溶解在水中方可吸收，土壤水分太多，造成通气不畅。★田间持水量的70％－80％有利于吸收。★水分影响：养分溶解；养分扩散；土壤通气。（四）、养分状况1、养分浓度：在一定浓度范围内，随浓度增加养分吸收增加，过多烧伤根系（生理干旱）。2、离子间的关系（1）对抗（拮抗、颉颃）作用：一种离子的存在能降低另一种离子的吸收。科学施肥一、科学施肥的定律二、肥料分类及施用三、肥料在生产中的作用四、养分平衡法计算作物施肥量一、科学施肥的定律（一）、养分归还学说德国化学家李比西1840年提出。含义：植物从土壤中吸收养分，每年收获必带走某些物质，使土壤贫瘠，如果不正确归还带走的物质，土壤就要衰竭，要维持地力，必须归还养分给土壤。作用：1、调节土壤和人类之间的物质交换，不以养分归还为基础的耕作是掠夺性的耕作制度。2、对当时的化肥工业的兴起和发展起到了巨大的推动作用评价：1、养分要归还，不是取走的都归还，不缺的可不归还。2、归还的数量，不是取多少归还多少，而是归还多于取走。因为肥料利用率低，地力要提高。（二）最小养分律（1843）要点：①作物产量的高低受土壤中相对含量最低的养分所制约。也就是说，决定作物产量的是土壤中相对含量最少的养分。最小养分律示意图最小养分随条件而变化的示意图②而最小养分会随条件变化而变化，如果增施不含最小养分的肥料，不但难以增产，还会降低施肥的效益。意义：指出作物产量与养分供应上的矛盾，表明施肥要有针对性，应合理施肥。（三）、报酬递减律和米采列希学说1、报酬递减律从一定土地上所得到的报酬，随着向该土地投入的劳动和资本量的增大而增加，但随着投入的单位劳动和资本量的增加，报酬的增加却逐渐减少。2、米采列希学说产量与施肥量之间的关系符合报酬递减律，随着施肥量的增加，产量增加，但单位施肥量的增产效应随施肥量的增加而减少。05001000150020002500300035004000450019751978198219851988199119941997200015000200002500030000350004000045000500005500060000650007000075000肥料施用量粮食总产量粮食产量(万吨)肥料施用量(万吨)1975年以来我国肥料施用量与粮食总产量的变化010,000,00020,000,00030,000,00040,000,00050,000,00060,000,00070,000,00080,000,00090,000,000NitrogenousFertilizersPhosphateFertilizersPotashFertilizersTotalFertilizers发达国家化肥消费量的变化消费量t年份发展中国家化肥消费量的变化010,000,00020,000,00030,000,00040,000,00050,000,00060,000,00070,000,00080,000,00090,000,000100,000,00019611963196519671969197119731975197719791981198319851987198919911993199519971999NitrogenousFertilizersPhosphateFertilizersPotashFertilizersTotalFertilizers消费量t年份二、肥料分类及施用来源：人类生存环境中的资源生活和生产的废弃物分类和种类：按组分分：有机肥和无机肥（矿质肥）按来源分：农家肥和商品肥按主要作用分：直接肥和间接肥按肥效快慢分：速效肥和迟效肥按组成可把肥料分为三大类：铵态氮肥：NH3.H2ONH4HCO3(NH4)2SO4氮肥硝态氮肥：NaNO3Ca(NO3)2NH4NO3酰胺态氮肥：CO(NH2)2水溶性磷肥：过磷酸钙重过磷酸钙磷肥弱酸溶性磷肥：钙镁磷肥沉淀磷肥化学肥料难溶性磷肥：磷矿粉骨粉钾肥：硫酸钾氯化钾微肥：ZnSO4Na2B4O7.H2OCuSO4FeSO4.7H2O肥料化成：磷酸二氢钾磷酸氢二铵复合(混)肥：混成：各种作物专用肥生物肥料：磷细菌肥生物钾肥固氮菌肥有机肥料：人畜粪尿厩肥绿肥杂肥基肥种肥追肥含义播前或定植前施用的肥料播时或定植时施用的肥料生长过程中施用的肥料目的满足作物全生育期对养分的要求满足作物苗期对养分的要求满足作物各生育期对养分要求施用原则培肥土,供养分易吸收,无毒害促生长，不过劲肥料种类有机肥为主，迟效及不易流失的化肥充分腐熟的有机肥，速效化肥化肥为主，腐熟的有机肥施用方法结合深耕撒施，集中施、条施、穴施拌种，浸种，沾秧根，穴施根外追肥，条施、穴施(1)提高农作物产量(2)改善农产品品质氮－－提高谷类籽粒蛋白质和“必需氨基酸”的含量磷－－改善糖料作物、淀粉作物、油料作物等的品