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1、学以致用 服务三农 张成编著,土壤学与植物营养学,土壤基本知识,土壤学,1.1 土壤的概念 土壤是发育于地球陆地表面能生长绿色植物的疏松多孔的结构表层。在这一概念中重点阐述了土壤的主要功能是生长绿色植物，具有生物多样性，所处的位置在地球陆地的表面层，它的物理性状是由矿物质、土壤有机质、水和空气组成的具有孔隙结构的介质。,可耕作的土壤,土壤学,1.2 土壤的物质组成 自然界土壤有矿物质、有机质（土壤固相）、土壤水分（土壤液相）和土壤空气（土壤气相）三相物质组成的，这决定了土壤具有疏松多孔的结构特性。土壤水含有可溶性有机物和无机物，又称为土壤溶液。土壤空气主要由氮气和氧气组成，并含有比大气中高很多
2、的二氧化碳和某些微量气体。,土壤学,1.2 土壤的物质组成,土壤学,1.3 土壤矿物质 土壤中矿物质主要由岩石中矿物变化而来。土壤矿物部分的元素组成很复杂，但主要的约有20余种，包括氧、硅、铝、铁、钙、镁、钾、钠、磷、硫以及一些微量元素如锰、锌、铜、钼等。其中氧和硅是地壳中含量最多的两种元素，铁、铝次之，四者相加共占88.7%的重量。在地壳中，植物生长必须的营养元素含量很低，其中如磷、硫均不到0.1%，氮只有0.01%，而且分布很不平衡。由此可见，地壳中所含的营养元素远远满足不了植物和微生物的营养需要。,土壤学,1.4 土壤有机质 在土壤固相组成中，除了矿物质之外就是土壤有机质了。它是土壤肥力
3、的重要物质基础。自然界中的土壤有机质主要来源于生长在土壤上的高等植物残体，其次是生长在土壤中的动物和微生物残体。土壤有机质的主要元素组成是C、O、H、N，其次是P和S。,土壤学,1.4.1 土壤有机质的作用 提供植物所需要的营养成份。 促进土壤团聚体的形成，改善土壤肥力特性。 土壤微生物生命活动所需要的养分和能量的主 要来源。,土壤学,1.5 土壤生物,根瘤菌与豆科植物形成的共生体根瘤,土壤生物是土壤具有生命力的主要成分，在土壤形成和发育过程中起主导作用。也是评价土壤质量和健康状况的重要指标之一。 土壤生物类型多种多样，有多细胞的后生动物，单细胞的原生动物，真核细胞的真菌和藻类，原核细胞的细菌
4、、放线菌和蓝细菌及没有细胞结构的分子生物（如病毒）等。 其中土壤微生物是土壤生物中最活跃的部分。它们参与土壤有机质的分解，腐殖质合成，养分转化和推动土壤的发育和形成。,土壤学,1.5.1 影响土壤微生物活性的环境因素 一、温度 温度是影响土壤微生物生长和代谢的最重要的环境因素。微生物生长需要一定的温度，温度超过最低或最高限度时，即停止生长或者死亡。土壤中绝大部分微生物的最适生长温度为2540。 二、水分 水是微生物细胞生命活动的基本条件之一。如果溶液中溶质的浓度过高(盐碱土壤)，渗透压过大，就会使微生物细胞脱水，造成生理干燥，引起质壁分离，细胞停止生命活动。,土壤学,1.5.1 影响土壤微生物
5、活性的环境因素 三、PH 盐碱度（pH）对微生物生命活动有很大的影响。每种微生物都有其最适应的pH和一定的pH范围。一旦超出这个pH适应范围，则会造成土壤微生物的死亡。大多数土壤pH为49，就能维持各类微生物的生长发育。 四、氧气 通气状况的高低对微生物生长有一定的影响。好氧性微生物需要在有氧气的条件下生长，厌氧性微生物则必须在缺氧的条件下生长。兼厌氧性微生物适应的范围则比较广，在有氧和无氧的条件下都可以生存。,土壤学,1.6 土壤氮素形态及转化 1.6.1 土壤氮素的形态 土壤中的氮分为无机态氮和有机态氮。有机态氮主要包括半分解有机质、微生物躯体和腐殖质。无机态氮主要指铵态氮和硝态氮。而其中
6、可以为作物吸收的称为土壤有效氮（碱解氮），主要是包括铵态氮、硝态氮、氨基酸、酰胺和易水解的蛋白质的总和。土壤碱解氮最能反映土壤近期内氮素的供应情况，是土壤测氮的主要分析指标。,土壤学,1.6 土壤氮素形态及转化 1.6.2 土壤氮素的转化 氨的挥发 土壤硝态氮淋洗损失或地表径流损失 反硝化作用 在嫌气条件下，硝酸盐在反硝化微生物的作用下被还原为氮气和氮的氧化物的过程。 硝化作用 是指氨或铵盐，在通气良好的条件下，经过微生物氧化生成硝酸态氮的过程。 2NH4+3O22NO2-+2H2O+4H+ 2NO2-+O2 2NO3- 有机氮的矿化 有机态氮在微生物的作用下，生成铵盐的过程。,土壤学,1.7
7、 土壤磷素形态及转化 1.7.1 土壤磷素的形态 土壤中磷的形态主要分为无机磷和有机磷。土壤中的无机磷化合物种类繁多，多以正磷酸盐的形态存在，可分为矿物态、吸附态和水溶态。其中水溶性磷酸盐主要是一价磷酸根的盐类，其中HPO42-和H2PO4-各占一半，它们是植物最主要的磷源。因此，土壤溶液中磷的浓度常用来表征土壤的供磷能力。,土壤学,1.7 土壤磷素形态及转化 1.7.2 土壤磷素的转化 土壤中磷的转化，包括有机磷的分解和无机磷的生物固定和吸附。,土壤溶液磷,肥料磷,沉淀态磷,沉淀,溶解,有效态有机磷,吸附态磷,生物固定,矿化,吸附,解吸,土壤学,1.8 土壤钾素形态及转化 土壤钾按化学组成分
8、为矿物钾、非交换钾、交换钾和水溶性钾。其中土壤交换性钾和水溶性钾为土壤速效钾，可在当季被植物吸收利用。 土壤的非交换性钾在土壤中速效钾被大量耗尽的时候可以转化为土壤速效钾。 土壤钾的固定主要是土壤交换性钾转换为非交换性钾的过程。其主要受粘土矿物的类型所影响。还受水分条件等的影响，一般在高温干燥的气候条件下，能显著促进钾的固定。土壤保持适当的湿润，钾的固定大大减少。,土壤学,1.9 土壤是最珍贵的自然资源 土壤质地特征是肥力。土壤肥力是由母质向土壤演化的过程中，在自然成土因素，或自然因素和人为因素共同作用下形成的。在成土过程中，植物、动物和微生物生物体，可以不断地繁衍与死亡；土壤腐殖质可以不断地
9、合成和分解；土壤养分及其元素随着土壤水的运转，可以不断积聚或淋湿，这些过程（生物、物理、化学的过程）都处于周而复始的动态平衡中。土壤肥力就是在这样周而复始的循环中不断获得发育和提高。只要科学的利用土壤资源，不断补偿和投入，完全有可能保持土壤肥力的永续利用。,在破坏性自然营力作用下，或人类违背自然规律，破坏生态环境，滥用土壤，高强度、无休止的向土壤索取，土壤肥力会不断下降和破坏，甚至丧失再生能力，如荒漠化、盐碱化。,植物营养基本知识,2.1 植物的养分的吸收 植物体中所含的这些元素成分都是植物从周围环境中吸收的。有机物中碳和氧主要来源于空气中的CO2，是植物通过光合作用吸收的。氢来源于水。氮主要
10、是植物根系由土壤中吸收的，但也有一部分是植物通过根际微生物的自生固氮作用或豆科植物借助于根瘤菌的共生固氮作用从空气中吸收的。其它的元素则主要来源于土壤和人为施肥加入。,21,2.2 植物的营养元素 植物生长必需营养元素的标准,必要性：缺少该元素植物就不能完成其生命周期。 不可替代性：当缺少这种元素后，植物会出现特有的专一性症状，用任何其它元素均不能代替其作用，只有在补充了这种元素后，症状才会减轻或消失。,2.2 植物的营养元素 植物生长发育所必须的营养元素有16种，它们分别为： 氮（ N ）、磷（ P ）、钾（ K ）、碳（ C ）、氢（ H ）、氧（ O ）、钙（Ca）、镁（Mg）、硫（ S
11、 ）、铁（Fe）、锰（Mn）、铜（Cu）、锌（Zn）、硼（ B ）、钼（Mo）、 氯（Cl）。,植物营养学,2.2 植物的营养元素 这16种元素也并不是等量的被植物所吸收。其中碳、氢、氧、氮、磷、钾、钙、镁、硫等营养元素的含量较高，一般称它们为“大量营养元素”。 氮、磷、钾是植物从土壤中吸收的，而且植物对这三种营养元素的需要量又比较多，因此，氮、磷、钾被叫做“作物营养三要素”。 植物体内的铁、锰、铜、锌、硼、钼、氯等营养元素的含量较少，因此称它们为“微量营养元素”。 对作物生长有刺激作用，能增加产量，但不是必需的，如钠，硅，钴，镍，硒，铝，钛等，它们被称为有益矿质元素：,植物营养学,2.3 植
12、物营养元素的吸收 2.3.1 植物的根部营养 植物吸收养分和水分的主要器官为根系，根系的吸收作用主要在根端幼嫩部分的某一特定区域进行的，而并非整个根系。一般认为是根部的成熟区，此区的细胞已完全成熟，一些表皮细胞形成了根毛，故又称成熟区为根毛区。根毛区是整个根尖吸收养分最活跃的区域。作物的根系主要分布在离地表1520cm的土层内。因此，除种肥外，追肥和基肥的深度最好在20cm左右。,植物营养学,2.3 植物营养元素的吸收 2.3.2 植物的叶部营养 植物除了通过根部吸收养分外，还可通过叶部吸收养分。植物通过叶部吸收养分进行营养就叫做植物的叶部营养或根外营养。植物叶部吸收的养分和根部吸收的养分一样
13、，能在作物体内被同化和转运，所以叶部营养也是植物营养的一种方式，特别是在根部营养受阻的情况下，叶部营养是一种很好的补充根部营养的辅助手段。,植物营养学,2.4 作物的阶段营养 在作物的营养期中有两个关键时期，即作物营养临界期和作物营养最大效率期。,2.4 作物的阶段营养 所谓作物营养临界期是指某种养分缺少或过多时对作物生长发育影响最大的时期。在临界期，作物对某种养分的要求在绝对数量上显然不多，但很迫切，作物因某种养分缺少或过多而受到的损失，即使在以后该养分供应正常时也很难弥补。 作物营养最大效率期是指某种养分能发挥其最大增效能的时期。在这个时期作物对某种养分的需求量和吸收量是最多的。这一时期，
14、也正是植物生长最旺盛的时期，吸收养分的能力特强，如能及时的满足作物的养分需求，其增产的效果将会非常的明显。,28,N,氮,一、植物的氮素营养 氮作为植物体内需求量最大的营养元素，它的生理功能也是多种多样的。其中，氮是蛋白质、核酸、核蛋白的重要成分；氮是叶绿素的成分，叶绿素是作物进行光合作用的主要场所。供氮水平的高低与叶片叶绿素的含量成正相关，而叶绿素含量的多少，又直接影响到光合作用的产物碳水化合物的形成。因此作物缺氮的时候，体内叶绿素的含量减少，叶色褪绿变黄，光合作用减弱，碳水化合物的合成减少，作物产量显著降低；氮还是作物体内许多酶、维生素以及一些植物激素的成分。,30,叶片黄化，植株生长过程
15、迟缓； 苗期生长受阻而植株矮小、瘦弱，叶片薄而小； 禾本科作物分蘖少，茎杆细长，穗小,粒瘪早衰。 双子叶则表现为分枝少，子粒少； 氮素是可以再利用的元素，作物缺氮的显著特征 是下部叶片首先失绿黄化，然后逐渐向上部叶片扩展。,二、植物缺氮症状与供氮过多的危害,作物缺氮不仅影响产量，而且使产品品质也下降！,1、作物缺氮的外部特征,31,作物贪青晚熟，生长期延长。 细胞壁薄，植株柔软，易受机械损伤（易倒伏） 病害侵袭（大麦褐锈病、小麦赤霉病、 水稻褐斑病）。,2、氮素过多的危害,大量施用氮肥会降低果蔬品质和耐贮存性； 棉花蕾铃稀少易脱落； 甜菜块根产糖率下降； 纤维作物产量减少，纤维品质降低。,32
16、,33,34,35,P,磷,一、磷的营养作用 磷在作物生长发育的生理功能主要有，磷是作物体内许多主要化合物的组成成分，并在许多重要有机化合物的代谢过程中期促进作用，同时磷本身也是代谢过程的调节剂。 磷还能促进花芽分化，缩短花芽分化时间，从而使作物的整个生长期缩短。磷还能增加作物的抗逆性，提高抗旱、抗寒能力。,37,1、缺磷对植物光合作用、呼吸作用及生物合成过程都影响； 2、供磷不足时，细胞分裂迟缓、新细胞难以形成，同时也影响细胞伸长。所以从外形上看：生长延缓，植株矮小，分枝和分蘖减少。 3、植物缺磷的症状常首先出现在老叶； 4、缺磷的植株因为体内碳水化合物代谢受阻，有糖分积累而形成花青素(糖苷)，许多一年生植物的茎呈现典型症状：紫红色。,二、缺磷症状,38,39,40,41,42,43,K,钾,植物对钾的吸收有高度选择性，因此钾能较顺利地进入植物细胞内。当植物细胞内的钾离子浓度较高时，细胞的渗透势也随之增加，并促进细胞从外界吸收水分。缺钾时，细胞吸水能力差，胶体保持水分能力也小，细胞失去弹
