1、土壤肥料学 （肥料部分）,资源与环境学院 刘春生 CS,土壤肥料学 （肥料部分）,资源与环境学院,绪论：,肥料是植物的粮食，是农业生产的基础资料之一，要实现农业生产的优质高效及农业的可持续性发展，需要合理施肥，培肥土壤，也就需要了解作物的营养特性及肥料方面的专门知识，因而需要学习肥料学。,一、肥料在农业生产中的作用,（一）基本概念： 肥料：是指直接或间接供给作物生长所需要的养分、改良土壤性状，以提高作物产量和品质的物质。 （二）、肥料的分类依据不同的目的，肥料可分为不同类型：直接肥料、间接肥料、有机肥料、无机肥料、大量元素肥料、微量元素肥料、单质肥料、复合肥料等。,按组成可把肥料分为三大类：,
2、铵态氮肥：NH3.H2O NH4HCO3 (NH4)2SO4氮肥 硝态氮肥：NaNO3 Ca(NO3)2 NH4NO3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：ZnSO4 Na2B4O7. H2O CuSO4 FeSO4.7H2O 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,（三）、肥料在农业生产中的作用 1、提高产量 2、改善品质 3、改良土壤，提高土壤肥力,二、肥料学的
3、发展概况 （一）、我国施用肥料的简史 （二）、西欧化肥工业的兴建与世界化肥的生产和施用 （三）、我国近代肥料生产与施用的概况,三、肥料学的研究内容和研究方法,（一）、研究内容 1、植物营养与施肥原理植物体的组成成分，植物正常生长发育必需的营养元素的种类，植物对养分的吸收及影响植物养分吸收的环境条件，介绍矿质营养学说、最小养分律等施肥原理。,2、肥料部分, 各种肥料的成分、性质； 肥料施入土壤中的变化； 肥料被作物吸收的形态； 肥料肥效的维持时间； 各种肥料的合理施用。,3、计量施肥与施肥技术,根据作物的养分平衡原理，土壤的肥力水平或其肥料的效应函数，计算预计产量的施肥量。肥料的施用方法及有效施
4、用技术。,（二）、研究方法,1、调查研究：总结科学施肥、积肥的经验，科学解决存在的问题而进行生产指导。,2、试验研究,生物试验：田间试验：小区进行 培养试验：网室、温室的砂培、水培 化学试验：常规分析：土壤、肥料的N P K 化学速测：营养诊断 生物物理试验：利用15N 、32P 等示踪肥料，研究肥料的吸收利用规律#,第一章 植物营养与施肥原则,第一节 植物营养成分 第二节 植物对养分的吸收 第三节 影响植物吸收收养分的环境条件 第四节 养分的平衡及相互关系 第五节 植物的营养特性 第六节 合理施肥的原则,第一章 植物营养与施肥原则,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。
5、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？,第一节 植物营养成分,一、作物体内元素组成及含量水分 7595 新鲜作物C（1）H（3） O（2）N（4） 9599干物质（ 525） 灰分元素Ca K Si P S Cl Al Na Fe（15）,灰分元素：将作物干物质进行煅烧后，C H O N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，这与植物种类和环境有关。, 植物的种类：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。 环境因素：红壤土上的植物含铝多；施肥可
6、以增加植物体内该元素的含量。,二、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.Stout 1939年提出了断植物必需营养元素的三条标准：,1.缺少这种元素，作物生长发育受阻，不能完成生活周期。（必要性 ） 2.缺少这种元素，作物出现某些特定症状，只有补充该元素才能恢复正常或预防。（不可替代性） 3.该元素在植物营养生理上表现出直接的效果，而不是改善了植物生长的环境条件而产生的间接效果。（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
7、养元素 主要吸收形态 主要来源 在干物质中的含量（）C CO2 大气 45H H2O 土壤水 45O CO2 O2 大气和土壤空气 6N NH4+ NO3- 土壤 1.5P H2PO4- HPO42- 土壤 0.2K K+ 土壤 1.0S SO42+ 土壤 0.1Ca Ca2+ 土壤 0.5Mg Mg2 土壤 0.2,微量营养元素,种类 吸收形态 含量 主要来源 Cl Cl- 0.01 土壤 Fe Fe3 Fe2 0.01 土壤 Mn Mn2+ 0.005 土壤 B BO33- B4O72- 0.002 土壤 Zn Zn2+ 0.002 土壤 Cu Cu+ Cu2+ 0.0006 土壤 Mo
8、MoO42- 0.00001 土壤,十六种必需的营养元素不能缺少，但不一定都需要通过施肥补充。 C H O： 过去认为大气中取之不尽，用之不竭。 现在保护地施CO2肥 :2NH4HCO3+H2SO4 (NH4)2SO4+2CO2+2H2O, N P K: 土壤中含量少（相对），作物需要多，需施肥补充 ，称肥料三要素。 S Ca Mg: 北方土壤一般够用，施磷肥时有所补充 Fe Mo Cu Zn B Mn Cl:一般土壤够用，但随产量提高需补充Zn BFe等。,三、必需元素的作用,1、构成作物活体的结构物质及生活物质:C H O N S Ca Mg如纤维素、半纤维素、木质素、果胶等蛋白质、氨基酸
9、、核酸、脂类、叶绿素等 2、加速作物体内代谢 :Zn Cu Mn Cl Mo B Fe Ca Mg K. 是酶的辅基或活化基 3、对作物具特殊功能的元素: K Ca Mg . 调节渗透势，增强抗逆性,四、营养元素的同等重要性和不可替代律,作物必需的营养元素有十六种，它们含量相差几十到几十万倍，但它们对作物所起的作用是同等重要和不可替代的。氮不能代替磷，磷不能代替钾。 各种营养元素既具有各自的生理功能、不可替代，又需要相互协调，有适当的配比，生产上可见到单施氮肥或单施磷肥的增产效果不如二者配合的好。即：两种元素配合施用的增产效果大于这两种养分分施的增产之和，这叫交互作用(连应效应) 。,第二节
10、植物对养分的吸收,一、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 AA 生长素 CO2,（一）土壤养分向根表的迁移,1、截获： 植物根系与土壤中各养分直接接触时获取养分的方式。 影响元素:根系体积、养分浓度 因根系与土壤所占体积相比，一般只有14，该方式获取养分较少。,2、扩散： 土壤中的养分离子从高浓度向低浓度的运动叫扩散。 影响因素：浓度差、土壤湿度、扩散系数 扩散系数单位：cm2/s10-5,不同养分离子的扩散系数：,养分离子 水中 湿润土壤 NO3-_N 1.92 0.5Cl- 2.03 0
11、.5K+ 1.98 0.010.24PO43- 0.89 0.000010.001,3、质流： 土壤中养分离子随水流动到达根表的过程叫质流。 与植物蒸腾作用有关；与离子浓度有关，但不成正比。,质流、扩散和截获这三种方式是同时存在并相互作用的。 磷以扩散为主，氮、钙、镁以质流为主；铜、锰、铁、锌主要是扩散； 硼以质流和扩散各占一半； 钼含量低时以扩散为主，含量高时以质流为主。,（二）根部对无机态养分的吸收,1、被动吸收离子顺电化学势梯度移动而进行的吸收。特点：不需能量，无选择性，顺浓度梯度进行。,（1）简单扩散,离子通过质流、扩散、或截获首先进入根细胞的自由空间（壁与膜之间，包括细胞间隙）。 外
12、部溶液的浓度高于细胞内部浓度时, 离子通过扩散进入细胞内而被吸收称 为简单扩散。,（2）杜南扩散,细胞质膜具有半透性，细胞 内带负电荷的蛋白质分子不能 扩散到膜外，膜外离子在电场 的作用下进入细胞，使内外离 子的扩散速度趋于相等 。,（3）离子交换,H+ K+根 H+ + K+ Ca2+ NH4+ 根 Ca2+ +4H+H+ NH4+H+ H+H+根系与土壤溶液中的阳离子交换示意图,根系与土粒间阳离子交换示意图NH4+根 CO2+H2O H+HCO3- Ca2+ 粘土K+K+,2、根部的主动吸收,特点：消耗能量、选择吸收、逆浓度梯度 载体学说磷酸激酶 （1）载体磷酸化：载体ATP 磷酸化载体A
13、DP,（2）结合并运转：磷酸化载体离子 磷酸化载体离子（3）膜内释放：磷酸化载体离子 磷酸酯酶载体离子无机磷（Pi）（4）ATP的再生：ADPPi 线粒体或叶绿体ATP,外界溶剂 质膜 ADPI Cr 细胞质离子 ATPCr Cr Cr II载体运输离子进入膜过程示意图,由于作物的选择性吸收造成外界溶液的酸碱变化称为生理酸性和生理碱性，相应的肥料称为生理酸性和生理碱性肥料。,生理酸性和生理碱性肥料：,（三） 根部对有机养分的吸收 植物根系不仅能吸收无机养分，也 能吸收有机养分：,水稻幼苗直接吸收氨基酸和酰胺大麦能吸收赖氨酸玉米能吸收甘氨酸 并不是所有的有机养分都能被根系吸收，仅是小部分小分子有
14、机物,根系吸收有机养分的特点：, 脂溶性越强，越容易吸收（脂质假说） 小分子有机物易透过膜，大分子有机物难透过膜（分子筛假说） 有被动吸收，也有主动吸收现象 胞饮作用,二、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
15、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。
16、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,第三节 影响植物吸收收养分的环境条件,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,
17、大气地面含氧量20.34，土壤空气含氧量1020，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、酸碱反应,影响吸收形态：COOHCOOH H+ R 利于吸收阴离子R NH3+NH2 OH- COO-H2O R 利于吸收阳离子NH2, 影响养分形态：各种养分在中性时有效性高 影响养分外渗：玉米外根在pH5.5时，外渗钾达40 ，因膜的稳定受了影响OCH2 COO- Ca2+ O-
18、P O CH2O HC O COR2CH2 O COR1蛋白质与磷脂通过钙桥形式连接，pH值低时，H+代Ca2，透性增加。,四、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7080有利于吸收。 水分影响：养分溶解；养分扩散；土壤通气。,五、光照： 根部吸收养分依靠分解光合作用所产生的有机养分来释放能量，光照直接影响光合产物的供应。 光照影响作物地上部分生长的好坏，从而影响根系的吸收能力。,第四节 养分的平衡及相互关系一、养分平衡养分平衡指植物最大生长速率和产量必需的各种养分浓度间的最佳比例和收支平衡。如果施用肥料过多，或偏施某一肥料或养分，这种人为施肥造成
19、的养分比例不均衡，称为养分比例失调。,二、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。, 对抗的原因：（1）载体：离子竞争载体同一位置（2）离子性质：电性平衡（3）Ca2+使膜孔性变小，限制 Mg2+ 、促进K +的吸收。 Mg2+抗Ca2+ 、Na+的吸收，NO3- 、PO43- 、SO42-之间对抗，P Zn对抗。,（2） 协助作用： 一种离子的存在能增加另一种离子 的吸收。 阴离子促进阳离子吸收，N P K之间相互促进。, 维茨效应： 溶液中Ca2Mg2A
20、l3等二价、三价离 子，特别是Ca2能促进K、Rb以及Br的吸收。 根内Ca2并无此促进作用。 Ca2是通过影响质膜，并非影响代谢而起作用的。, 离子间的关系是复杂的，一种条件下对抗，另一种条件下可能相助。 大麦根试验：Ca：K=30:1时相互促进Ca：K30:1时相互对抗,第五节 植物的营养特性 一、不同作物的营养特点 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；水稻需硅多; 大豆、马铃薯需钙多。,2、比例：各种作物对不同营养的要 求有一定
21、适宜比值，如：,Ca/B ： 甜菜100 大豆500 烟草1200 Fe/Mn ： 大豆1.53.5 小麦2.5 K/Mg 8 烟草缺镁症 P/Zn 400 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NH4C
22、l，因S形成H2S毒害根系，Cl抑制亚硝化细菌的活性。,反硝化 NH4+ NO2- HNO3 HNO2 N2 N2O 挥发亚消化细菌 硝化细菌流失氯离子抑制反硝化作用示意图油菜、萝卜、大豆、田菁：对难溶性磷肥利用力强，小麦、谷子差。,Cl,二、作物体内矿质养分的运转与利用,少部分根利用根吸收养分多数以离子、氨基酸、酰胺、己糖磷酸脂形式进入茎中柱导管叶肉细胞利用地上各部分少量随光合产物通过叶 脉筛管 叶柄 茎 根,在上述养分循环中，优先分配于代谢旺盛，合成能力和长势强的生长中心。如：分蘖期增加分蘖数，拔节期增加有效分蘖。 营养元素不足时，新形成的生长中心会摄取前一个生长中心的养分。 如：开花期氮
23、不足，会摄取茎叶养分，使茎叶早衰。, N P K Mg：易运转，可再利 用力强，缺素症易表现在老叶上。 Ca Fe Mn B：难运转，再利用力差，缺素症易表现在新叶上。,三、作物营养的阶段性和连续性,作物营养的阶段性：作物的生育期不同，所要求养分的数量和比例不完全相同。各生育期有不同的营养特点，就是作物营养的阶段性。 两个关键时期：作物的一生中苗期吸收养分少，随生育进展，对养分吸收增加，结实期达高峰，以后吸收减少甚至外渗。有两个施肥的关键时期：,作物营养的临界期：作物生长发育过程中的某一时期对某种养分要求的绝对数量虽不多，但很迫切，这时养分过多或过少，对作物的生长发育起显著的不良作用，这个时期
24、称作物营养的临界期。,NPK营养的临界期：,磷：冬小麦： 分蘖始期 玉米： 三叶期 棉花： 23叶期 氮： 冬小麦： 分蘖期 玉米： 幼穗分化期 棉花： 现蕾初期 钾：水稻 ： 分蘖期,植物营养的最大效率期：作物生长快，吸收养分多，施用肥料能产生最大效能的时期。 氮：玉米 ：大喇叭口抽穗期 棉花：盛花期油菜、大豆 ： 开花期,作物营养有各自的阶段性，但各生育期又是连续的，前阶段的营养状况直接影响后一阶段的施肥数量和时期，所以应相互联系，灵活运用。,第六节 合理施肥的原则 一、养分归还学说 德国化学家李比西1840年提出。 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
25、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。,二、最小养分律, 1843年李比西在化学在农业和植物生理学上的应用第二版中提出。 作物的生长和产量的高低受最小的养分所限制，当一种必需的养分缺乏或不足，其它养分含量虽多，作物也不能正常生长。 李比西用木桶图解和一元线性方程ya bx 表达。,三、报酬递减律和米采列希学说,（一）报酬递减律：18世纪经济学家提出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。 （二）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。,
