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1、第一章 土壤肥力与植物养分供应基本理论l 土壤肥力的基本概念土壤肥力是土壤的基本属性和本质特征，是土壤为植物生长供应和协调养分、水分、空气和热量的能力，是土壤物理、化学和生物学性质的综合反应。四大肥力因素有:营养因素：养分、水分;环境条件：空气、热量。土壤肥力是土壤物理、化学、生物化学和物理化学特性的综合表现，也是土壤不同于母质的本质特性。包括自然肥力、人工肥力和二者相结合形成的经济肥力。自然肥力是由土壤母质、气候、生物、地形等自然因素的作用下形成的土壤肥力，是土壤的物理、化学和生物特征的综合表现，它是自然成土过程的产物。它的形成和发展，取决于各种自然因素质量、数量及其组合适当与否。自然肥力是
2、自然再生产过程的产物，是土地生产力的基础，它能自发地生长天然植被。人工肥力是指通过人类生产活动，如耕作、施肥、灌溉及其他技术措施等人为因素作用下形成的土壤肥力。土壤的自然肥力与人工肥力结合形成的经济肥力，才能用以为人类生产出充裕的农产品。经济肥力是自然肥力和人工肥力的统一，是在同一土壤上两种肥力相结合而形成的。耕种土壤中，两种肥力在生产上同时发挥着作用，但是因受环境条件的影响或土壤管理技术水平的限制，只有其中一部分能够在生产上表现出经济效果，这一部分肥力叫作有效肥力（effective fertility）；另一部分没有直接反映出来的肥力，叫作潜在肥力（potential fertility）
3、。有效肥力和潜在肥力是可以相互转化的，期间没有截然的界限。那么是不是大部分土壤的有效肥力和潜在肥力都是一样的呢？又要怎么处理呢？当然有些土壤（如某些涝洼地的草甸土、沼泽土和盐渍化土壤等）潜在肥力较高，而有效肥力不高；有些土壤（如风沙土）潜在肥力和有效肥力均不高。对于这些土壤都应该因地制宜地进行农田基本建设，改造环境条件，改良土壤，使一部分潜在肥力转变成有效肥力，或者提高有效肥力，使之在作物产量上表现出效果来。l 土壤有效养分的概念在解释土壤有效养分的概念以前，让我们先来认识一下什么是土壤养分。土壤养分（soil nutrient）主要指由（通过）土壤所提供的植物生活所必需的营养元素，是土壤肥力
4、的重要物质基础，植物体内已知的化学元素达40余种，按照植物体嫩的化学元素含量多少，可分为大量元素（macroelement）和微量元素（microelement）两类。目前已知的大量元素有C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S等，微量元素有Fe、Mn、B、Mo、Cu、Zn及Cl等。植物生长发育所需要的营养元素，除C、H、O三者来自空气和水外，其余的主要来自土壤，不足部分则由肥料补充。即土壤养分：（1）土壤矿质土粒风化所释放的养分；（2）有机物质分解释放的养分；（3）土壤微生物的固氮作用：共生和非共生的固氮微生物的固氮作用可以给土壤增加化合态氮素；（4）大气降水：大气中因雷电、工业废气和烟尘等所
5、产生的各种硫或氮的氧化物及氨和氯等气体，还有镁、钾、钙等物质，可随雨雪进入土壤；（5）施肥：施肥是农田土壤养分的主要来源。 “土壤有效养分”(soil available nutrient),原初的定义是指土壤中能为当季作物吸收利用的那一部分养分。在土壤化学分析基础上建立起来的“有效养分”概念：是指土壤中那些能被植物根系吸收的无机态养分以及在植物生长期内由有机态释放出的无机态养分。如土壤中的氮、硫等元素绝大部分是以有机形态存在，可以通过矿化作用转化为无机形态。生物有效养分（bioavailable nutrient），系指存在于土壤的离子库中，在作物生长期内能够移动到位置紧挨植物根的一些矿质养
6、分。也可以说土壤的生物有效养分具有两个基本要素：（1）在养分形态上，是以离子态为主的矿质养分。（2）在养分的空间位置上，是出于植物根际或生长期内能迁移到根际的养分。那么土壤养分的有效性表现在那些方面呢？下面做一下简单的描述。1、土壤养分的化学有效性化学有效养分是指土壤中存在的矿质态养分。可以采用不同的化学方法从土壤样品中提取出来。化学有效养分主要包括可溶性的离子态与简单分子态养分；易分解态和交换吸附态养分以及某些气态养分。2、土壤养分的空间有效性土壤中化学有效养分能否为植物根系所吸收，与其所处的空间位置密切有关。有效态养分只有到达根系表面才能为植物所吸收，成为实际的有效养分。然而对于整个土体来
7、说，植物根系的分布仅仅占据了其中极少的空间，平均根系土壤容积百分数大约为3%。如果仅以根系与土壤直接接触的这部分养分作为植物有效养分，是远远不能满足植物对养分的需求的，而实际上土壤中相当部分的化学态有效养分可以通过不同的途径与方式迁移到达根表，而成为植物有效性养分。3、根系生长与养分有效性植物主要通过根系从土壤或介质中获得养分，因此，养分的有效性不仅取决于土壤的因素，同时也取决于植物根系的生长状况，例如根系的分布深度、总根长、体积与总表面积，根毛的密度与长度，根表还原力等性状，都会影响根对土壤养分的获取或养分向根表的迁移，因而它们对土壤养分的生物有效性有重要的作用。4、植物根际养分的有效性根际
8、是指受植物根系活动的影响，在物理、化学和生物学性质上不同于土体的那部分微域土区。根际的范围很小，一般指离根轴表面数毫米之内。植物对根际的影响不仅存在于根系表面到土体土壤的径向方向上，而且也存在于根基部到根尖的纵向方向上。其范围因植物种类和土壤性质不同而有差异。根际的许多化学条件和生物化学过程不同于土体土壤。其中最明显的就是根际pH值、氧化还原电位和微生物活性的变化等。由于根系分泌物的作用，根际微生物群落的种类与数量也有所不同。这些变化对根际微域内营养物质的转化，土壤养分的有效性以及作物生长发育和抗逆性等有明显的影响。总之，在我看来，土壤有效养分，速效养分(又叫有效养分)是指土壤所含各种营养元素
9、中能溶解于土壤水，因而能直接被植物吸收利用的养分元素部分。l 影响土壤养分供应的条件植物生长的土壤大致包括：土壤水分、土壤养分、土壤空气、土壤热量、以及扎根条件等。这些因素又称为土壤肥力因素。土壤肥力或称土壤肥沃性，就是指土壤能够不断提供和协调植物对水、肥、气、热要求的能力。各种肥力因素相互影响，密不可分。影响养分吸收的因素主要包括介质中的养分浓度、温度、光照强度、土壤水分、通气状况、土壤pH值、养分离子的理化性质、根的代谢活性、苗龄和生育时期植物体内养分状况等。养分浓度，研究表明，在低浓度范围内，离子的吸收速率随介质中养分浓度的提高而上升，但上升速度较慢，在高浓度范围内（如1mmolL-1）
10、，离子吸收的选择性较低，对代谢抑制剂不很敏感，而陪伴离子及蒸腾速率对离子的吸收速率则影响较大。温度，在一定温度范围内，温度增加，呼吸作用加强，植物吸收养分的能力也随之增加。在低温时，呼吸作用和代谢作用缓慢，二在高温时又易引起体内酶的变形，从而影响养料的吸收。光照，光照对根系吸收矿质养分一般没有直接的影响，但可通过影响植物叶片的光合强度而对某些酶的活性、气孔的开闭和蒸腾强度等产生间接影响，最终导致根系对矿质养分的吸收能力下降。水分，水分状况对植物的影响有很多方面。水分状况是影响土壤中离子扩散和滞留迁移的重要因素，也是化肥溶解和有机肥料矿化的决定条件，水分对植物养分主要有两方面作用，一方面可加速肥
11、料的溶解和有机肥料的矿化，促进养分的释放；另一方面稀释土壤中养分的浓度，并加速养分的流失。水分对植物生长，特别是对根系的生长有很大的影响，进而影响养分的吸收。缺水既可以降低养分在土壤中向根表的迁移速率，也可以减弱根系的吸收能力。由于植物的蒸腾作用使根系附近的水分状况发生较大的变化，影响着土壤中离子的溶解度以及土壤的氧化还原状况，从而间接地影响了离子的吸收。通气，土壤通气状况主要从3各方面影响植物对养分的吸收：一是根系的呼吸作用，二是有毒物质的产生，三是土壤养分的形态和有效性。正是土壤空气的存在，通气良好的环境保证了土壤中的植物根系的正常生长生活，改善根部供氧状况，并能促使根系呼吸所产生的二氧化
12、碳从根际散失。使植物根系能够进行有氧呼吸进行生命活动，促使植物吸收土壤中的各种养分。土壤反应，溶液中的反应常影响植物吸收养分。很多试验指出，在酸性反应中，植物吸收阴离子多于阳离子；而在碱性土壤中，吸收阳离子多于阴离子。土壤反应直接影响土壤微生物的活动（生物的作用）和土中矿物质的溶解或沉淀（化学的作用），因而间接影响了土壤中有效养料的多寡。离子理化性状和根的代谢作用，离子的理化性状（离子半径和价数）不仅直接影响离子在根自由空间中的迁移速率，而且决定着离子跨膜运输的速率。（1）吸收同价离子的速率与离子半径之间的关系通常呈负相关，当然除离子半径外，还有其他影响离子吸收的因素，如载体对离子的亲和力等。
13、（2）由于细胞膜组分中的磷脂、硫酸酯和蛋白质等都有带电荷的基团，因此，离子都能与这些基因相互起作用。其相互作用的强弱按以下顺序：不带电荷的分子一价的阴、阳离子二价的阴、阳离子三价的阴、阳离子，相反，吸收速率常常以此顺序递减。水化离子的直径随化合价的增加而加大，这也是影响该顺序的另一因素。（3）代谢活性，在不进行光合作用的细胞和组织中（包括根），能量的主要来源是呼吸作用，因此所有影响呼吸作用的因子也都可能影响离子的累积。离子间的相互作用，离子间有的有颉颃作用，有的有协助作用。所谓离子间的颉颃作用，是指某一离子的存在，能抑制另一离子吸收。相反，某一离子的存在能促进另一离子的吸收，成为离子的协助作用
14、。离子间的颉颃作用主要表现能够在阳离子与阴离子之间或阴离子与阴离子之间。据实验早就了解K+、Cs+和Rb+彼此间都有颉颃作用，NH4+对Cs+也有，但不及K+、Rb+、Cs+间那样明显。离子间还有协助作用，据维茨（Viets）研究，溶液中Ca2+、Mg2+、Al3+等二价、三价离子，特别是Ca2+离子能促进K+、Rb+以及Br-离子的吸收。苗龄和生育阶段，在各生育阶段，植物对营养元素的种类、数量和比例等都有不同的要求。一般生长初期吸收的数量少，吸收强度低。随着时间的推移，对营养物质的吸收逐渐增加，往往在性器官分化期达到高峰。到了成熟期，对营养元素的吸收又逐渐减少。但是单位根长来说，每天养分吸收
15、速率总是幼龄期最高。土壤孔隙中所保持的水分直接参与或间接地影响着土壤、植物和其它方面的各种变化。土壤水分有固、液、气三态，其中以液态水最为重要。土壤水分是溶有各种无机盐与有机物的水溶液。除了刚施过化肥的土壤含有较多无机盐类的盐土外，土壤溶液的浓度一般都不高，约在2001000ppm之间。当降水或灌溉水进入土体时，受到吸附水分的各种力共同对进入土壤的水分起作用，在一定的水量范围内，其中某一种或几种力起主导作用，从而决定了土壤水分的移动，以及被植物吸收利用的状况。土壤水是土壤养分供应的关键条件，因为水能够满足植物的各项生命活动，同时只有在有水参与的情况下，植物才能进行蒸腾作用，土壤中的无机盐等营养
16、物质才能真正的通过水流进入植物并被植物利用。土壤养分，只有土壤养分充足的时候才能够满足土壤养分的供应，植物生长需从土壤中吸收多种养料，包括有机肥和无机肥，无机肥中，以对氮、磷、钾需要量最大，被称作肥料的三要素。但土壤中这些要素的含量往往不能满足需要，须靠人工施肥来补充。土壤有机质是土壤中生命活动的能源和作物营养的源泉，而且直接和间接地影响着土壤的许多理化性状，如结构性、通气性、渗透性和缓冲性等。植物营养的遗传性，植物对养分的吸收、运输和利用都属基因型，就是说，同一作物不同的品种，吸收养分的速率和最大速率以及对养分的亲和力是不相同的。植物各生育期的营养特性不同，一般可分为植物营养期，其中包括植物营养临界期和最大效率期。植物营养临界期是指营养元素过多或过少或营养元素不平衡，对于植物生长发育起着明显不良的那段时间。营养最大效率期市指营养物质能产生最大效率的那段时间。l 土壤肥力的等级根据土壤肥力有关标准项目的数量和质量的综合评定来
