第三章植物磷素营养与磷肥.ppt

第三章植物的磷素营养与磷肥 磷是植物生长发育不可缺少的营养元素之一 它对作物高产及保持品种的优良特性有明显的作用 因此 研究如何提高磷的利用率也是近年来学术领域的热点 磷 P 主要内容要求植物的磷素营养了解 掌握磷素的失调症状及其原因 土壤中的磷素及其转化了解磷肥的种类 性质及其施用掌握磷肥的合理施用掌握 第一节植物的磷素营养 一 植物体内磷的质量分数 分布和形态1 含量 P2O5 植株干物重的0 2 1 1 植物种类 油料作物 豆科作物 禾本科作物生育期 生育前期 生育后期器官 幼嫩器官 衰老器官 繁殖器官 营养器官种子 叶片 根系 茎秆生长环境 高磷土壤 低磷土壤 2 分布 集中在幼芽和根尖再利用能力强达80 以上有机磷 占85 以核酸 磷脂 3 形态植素为主无机磷 占15 以钙 镁 钾的磷酸盐形式存在 磷在细胞及植物组织内有明显的区域化现象 植物细胞及组织内复杂的膜系统 将细胞和组织分隔成不同的区域 分布 一般来讲 无机磷的大部分是在液泡中 只有一小部分存在于细胞质和细胞器内 液泡是细胞磷的贮存库 而细胞质则是细胞的代谢库 Raven 1974 研究了巨藻吸磷数量与细胞质及液泡中无机磷变化的关系 他发现 磷酯只存在细胞质中 约10 的无机磷位于细胞质 而90 存在于液泡中 而且液泡中磷的数量随巨藻对磷吸收时间的延长而不断地增加 Loughman 1984 的试验进一步证实了Rawen的试验结果 磷在植物体内的分布 植物体内含量与分布的变化与供磷水平有密切关系 因此可通过测定植物某一部位中的的含量来判断其磷营养的状况 磷是运转和分配能力很强的元素 在植物体内表现有明显的顶端优势 植物体的含磷量一般为干物重的0 2 1 1 有机态磷 约占全磷量的85 而无机磷仅占15 左右 幼叶中含有机态磷较高 老叶中则含无机态磷较多 虽然植物体内无机磷所占比例不高 但从无机磷含量的变化能反应出植株磷营养的状况 植物缺磷时 常表现出组织 尤其是营养器管 中的无机磷含量明显下降 而有机磷含量变化较小 二 磷的生理作用 一 磷是植物体内重要化合物的组分 二 磷能加强光合作用和碳水化合物的合成与运载 三 促进氮素代谢 四 促进脂肪代谢 五 提高作物对外界环境的适应性如抗旱 抗寒 抗病等 多种重要化合物的组分1 核酸和核蛋白核酸是核蛋白的重要组分 核蛋白是细胞核和原生质的主要成分 它们都含有磷 核酸和核蛋白是保持细胞结构稳定 进行正常分裂 能量代谢和遗传所必需的物质 多种重要化合物的组分 2 磷脂生物膜是由磷脂和糖脂 胆固醇 蛋白质以及糖类构成的 生物膜具有多种选择性功能 它对植物与外界介质进行物质交流 能量交流和信息交流有控制和调节的作用 此外 大部分磷酸酯都是生物合成或降解作用的媒介物 它与细胞的能量代谢直接有关 3 植素植素是磷脂类化合物中的一种 它是植酸的钙 镁盐或钾 镁盐 而植酸是六磷酸肌醇 它是由环己六醇通过羟基酯化而生成的 环己六醇 植酸 4 腺苷三磷酸 ATP 植物体内糖酵解 呼吸作用和光合作用中释放出的能量常用于合成高能焦磷酸键 ATP就是含有高能焦磷酸键的高能磷酸化合物 ATP能为生物合成 吸收养分 运动等提供能量 它是淀粉合成时所必需的 ATP和ADP之间的转化伴随有能量的释放和贮存 因此ATP可视为是能量的中转站 积极参与体内的代谢1 碳水化合物代谢在光合作用中 光合磷酸化作用必需有磷参加 光合产物的运输也离不开磷 大分子碳水化合物合成需要磷 否则合成受阻 形成花青素 磷的营养功能 磷加强光合作用和碳水化合物的合成与运转磷参与光合磷酸化 将太阳能转化为化学能 产生ATPCO2的固定和同化产物形成要磷参加蔗糖在筛管中以磷酸脂形态运输 磷不足影响蔗糖运输 植株内糖相对积累 并形成较多的花青素 使植株呈紫红色 缺磷症状 Pi对光合作用中蔗糖及淀粉形成的调节 蔗糖合成不同途经的示意图 2 氮素代谢 1 利于体内硝酸的还原和利用2 促进蛋白质合成 3 增强豆科作物的固氮量磷是氮素代谢过程中一些重要酶的组分 硝酸还原酶含有磷 磷能促进植物更多的利用硝态氮 氮素代谢过程中 无论是能源还是氨的受体都与磷有关 能量来自ATP 氨的受体来自与磷有关的呼吸作用 因此 缺磷将使氮素代谢明显受阻 磷也是生物固氮所必需 3 脂肪代谢 脂肪合成过程中需要多种含磷化合物 糖是合成脂肪的原料 而糖的合成 糖转化为甘油和脂肪酸的过程中都需要磷 与脂肪代谢密切有关的辅酶A是含磷的酶 实践证明 油料作物需要更多的磷 施用磷肥既可增加产量 又能提高产油率 脂肪合成途径示意图 糖 1 6 二磷酸果糖 3 磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮 磷酸甘油 甘油 3 磷酸甘油酸 脂肪 丙酮酸 乙酰辅酶 A 脂肪酸 1 抗旱和抗寒抗旱 磷能提高原生质胶体的水合度和细胞结构的充水度 使其维持胶体状态 并能增加原生质的粘度和弹性 因而增强了原生质抵抗脱水的能力 抗寒 磷能提高体内可溶性糖和磷脂的含量 可溶性糖能使细胞原生质的冰点降低 磷脂则能增强细胞对温度变化的适应性 从而增强作物的抗寒能力 越冬作物增施磷肥 可减轻冻害 安全越冬 提高作物抗逆性和适应能力 施用磷肥能提高植物体内无机磷酸盐的含量 有时其数量可达到含磷总量的一半 这些磷酸盐主要是以磷酸二氢根和磷酸氢根的形式存在 它们常形成缓冲系统 使细胞内原生质具有抗酸碱变化能力的缓冲性 当外界环境发生酸碱变化时 原生质由于有缓冲作用仍能保持在比较平稳的范围内 这有利于作物正常生长发育 这一缓冲体系在pH6 8时缓冲能力最大 因此在盐碱地上施用磷肥可以提高作物抗盐碱的能力 缓冲性 三 植物对磷的吸收和利用 一 吸收形态 1 正磷酸盐 主要 H2PO4 HPO42 P043 2 偏磷酸盐 HPO3 焦磷酸盐 H3P4O7 3 少量的有机磷化合物 二 吸收机理 主动吸收 H 与H2PO42 共运吸收部位为 根毛区 三 影响作物吸收磷的因素 根系因素 根系形态 根毛 根系分泌物的数量 种类土壤因素 供磷状况 pH 6 5 7 5 通气 淹水条件下磷的有效性高 温度 质地 1 作物特性不同植物种类 甚至不同的栽培品种 对磷的吸收都有明显的影响 2 土壤供磷状况植物能利用的磷主要是土壤中的无机磷 虽然植物可吸收少量有机态磷 但通常有机磷必须转化为无机磷后才能被大量吸收 因此 土壤中磷的形态直接影响着土壤供磷状况及植物对磷的吸收 三 影响吸收磷的主要因素 植物吸收磷受很多因素的影响 其中有植物生物学特性和土壤因素两个方面 3 菌根菌根能增加植物吸磷的能力 通过菌根的菌丝以扩大根系吸收面积 并能缩短了根吸收养分的距离 从而提高土壤磷的空间有效性 菌根的分泌物也能促进难溶性磷的溶解度 4 环境因素温度升高有利于磷的吸收 增加水分也有利于土壤溶液中磷的扩散 因此能提高磷的有效性 5 养分的相互关系磷与氮在植物的吸收和利用方面相互影响 施用氮肥能促进磷的吸收 施用磷肥对大麦地上部和根生长的影响 四 磷的同化和运输同化 磷酸盐有机磷化合物地上部中柱导管运输 占全磷60 以上无机磷 四 植物对缺磷和供磷过多的反应 一 磷素营养缺乏症 叶片变小 叶色暗绿或灰绿 缺乏光泽 细胞发育不良 细胞变小的程度大于叶绿素减少程度 叶绿素密度相对提高 缺磷有利于植物对铁的吸收和利用 间接促进叶绿素合成 使叶色深暗 植株生长迟缓 矮小 瘦弱 直立 分蘖延迟或不分蘖 形成僵苗 长相似一炷香 延迟开花成熟 落花落果多 糖分运输受阻 糖分相对积累形成花青苷 多种作物茎叶呈紫红色条纹或斑点 植物缺磷的症状常首先出现在老叶 1 叶片肥厚而密集 叶色浓绿 植株矮小 节间过短 出现生长明显受抑制的症状 2 繁殖器官常因磷肥过量而加速成熟进程 并由此而导致营养体小 茎叶生长受抑制 也会降低产量 地上部与根系生长比例失调 在地上部生长受抑制的同时 根系非常发达 根量极多而粗短 3 谷类作物的无效分蘖和瘪籽增加 叶用蔬菜的纤维素含量增加 烟草的燃烧性差等品质下降 4 施用磷肥过多还会诱发缺铁 锌 镁等养分 二 供磷过多 植物呼吸作用加强 消耗大量糖分和能量 对植株生长产生不良影响 缺磷使小麦锈病加重 P Zn P Zn 磷肥促进玉米成熟 中磷高磷 缺磷导致作物植株矮小 禾谷类作物分蘖减少 叶色暗绿 缺磷 正常 缺磷使柑桔果实变小 缺磷导致小麦成熟期推迟 缺磷导致成熟期禾谷类作物籽粒退化较重 如玉米秃尖 自左至右 依次为油菜幼叶至老叶 缺磷油菜叶片从暗紫发展至紫红色 幼叶老叶 缺磷 图为缺磷的油菜叶片 缺磷使体内碳水化合物代谢受阻 糖分积累 形成紫红色 黄瓜缺磷 左边为缺磷植株右边为正常植株 缺磷的苹果叶 叶片小 叶色暗淡 发紫色或青铜色 油菜缺磷 深紫色的叶片正在转红色 芹菜缺磷 生长矮小 叶色发暗 蓝绿色 老叶发黄 提前死亡脱落 图为缺磷的大豆叶片 缺磷使体内碳水化合物代谢受阻 糖分积累 形成紫红色 一炷香型水稻 玉米缺磷出现紫苗 缺磷植株瘦小 茎叶大多呈现紫红色 叶尖枯萎呈褐色 花丝抽出迟 结实率低 磷素过多引起的水体富营养化及其结果 第二节土壤中的磷素及其转化 一 土壤中磷的质量分数我国耕地土壤的全磷量 0 2 1 1g kg 呈地带性分布规律 从南到北 从东到西逐渐增加影响因素 土壤母质 成土过程 耕作施肥等土壤供磷状况以土壤有效磷含量表示 土壤有效磷 P 10mg kg 表示有效磷较高土壤有效磷 P 5mg kg 表示有效磷不足 二 土壤中磷的形态1 有机态磷含量 占土壤全磷量的10 50 来源 动物 植物 微生物和有机肥料影响因素 母质的全磷量 全氮量 地理气候条件 土壤理化性状 耕作管理措施等2 无机态磷含量 占土壤全磷量的50 90 包括 土壤液相中的磷 以H2PO4 和HPO42 为主 固相的磷酸盐 土壤固相上的吸附态磷 三 土壤中磷的转化施肥有机态磷 影响矿化率的因素 H2PO4 无定形磷酸盐结晶态磷酸盐HPO42 闭蓄态磷 有效性降低 吸附态磷矿物矿化 Eh交替变化 老化 生物矿化固定作用 化学沉淀释放作用 解吸吸附作用固定 第三节磷肥的种类 性质和施用 磷矿分级与磷肥的制造方法P2O5含量磷矿品位制造方法磷肥种类及品种 28 高酸制法水溶性磷肥 过磷酸钙18 28 中热制法枸溶性磷肥 钙镁磷肥 18 低机械法难溶性磷肥 磷矿粉 我国目前使用的磷肥品种主要为过磷酸钙 SSP 约占总磷用量的75 摩洛哥磷矿 一 水溶性磷肥Ca10 PO4 6F2 7H2SO4 3H2O 3Ca H2PO4 2 H2O 7CaSO4 2HF 一 过磷酸钙 普钙 1 成分与性质成分 一水磷酸一钙 占30 50 硫酸钙 占40 杂质 少量磷酸或硫酸 以及硫酸铁和硫酸铝性质 灰白色粉末 呈酸性反应 具有腐蚀性磷酸退化作用 过磷酸钙的退化作用 过磷酸钙吸湿后 磷酸一钙与制造时生成的硫酸铁铝生成溶解度低的铁铝磷酸盐以形成磷酸铁为例 反应式如下 Ca H2PO4 2 H20十Fe2 SO4 3 5H20 2FePO4 4H20 CaSO4 H20 2H2SO4因此 过磷酸钙在贮 运过程中应防潮 贮存时间不宜过长 过磷酸钙的质量标准 成分特级一级二级三级四级有效P2O5 2018161412游离酸 3 544 555水分 3 010121414 由于含有游离酸使肥料呈酸性 并具有腐蚀性 易吸湿结块 散落性差 2 在土壤中的转化1 异成分溶解反应式 Ca H2PO4 2 H2O H2O CaHPO4 2H2O H3PO4特点 1mol一水磷酸一钙溶解时 溶液中生成1mol二水磷酸二钙和1mol磷酸 饱和溶液中磷酸离子的浓度可高达10 20mg kg 1 比土壤溶液中磷酸离子高数百倍 出现局部土壤溶液中磷的浓度梯度 形成以施肥点为中心 磷酸离子向周围扩展的扩散区 使溶液pH值急剧下降为1 5左右 从而使土壤中铁 铝或钙 镁等固相迅速溶解 并与磷酸起化学反应 发生磷的固定作用有效态磷转变为无效态磷的过程 称为磷的固定作用 2 磷酸沉淀作用 化学固定作用 土壤中铁铝钙镁磷酸盐沉淀 其主要反应式如下 Ca H2PO4 2 H20 2Fe OH 3 2FePO4 Ca OH 2 5H20Ca H2PO4 2 H20 2Al OH 3 2A1PO4 Ca OH 2 5H20 各种水溶性磷肥饱和溶液的化学性质不同 其中 过磷酸钙饱和溶液的pH值最低 因此 它的化学固定作用也比其他水溶性磷肥强 这是过磷酸钙当季利用率低的主要原因 水溶性磷肥饱和溶液的化学性质 25C 磷肥品种PH值磷 mol L 1伴随离子浓度 mol L 1Ca H2PO4 2 H2O1 483 98Ca2 1 44NH4H2PO43 472 87NH4 2 87 NH4 2HPO47 983 82NH4 7 64K2HPO43 991 69K 1 69K2HPO410 16 10K 12 2 过磷酸钙的异成分溶解及化学沉淀作用 化学沉淀作用 化学反应式 Ca H2PO4 2 H20 H20 CaHPO4 2H20 H3PO4CaHPO4 2H20 CaHPO4 2H208CaHPO4 2H20 Ca8 H2PO4 6 5H20 11H20 2H3PO410CaHPO4 2H20 Ca10 H2PO4 6 OH 2 13H20 4H3PO4 3 闭蓄固定酸性土壤中由于铁 铝含量较高 磷酸盐易被溶解度很小的无定形铁 铝等胶膜所包蔽 形成更难溶解的含磷化合物 称闭蓄态磷 O P 在我国南方水稻土中 闭蓄态磷占土壤中无机磷总量的40 70 在旱作条件下 这种磷难以被作物利用 但在淹水还原条件下 胶膜消失 其中的磷可释放出来供作物吸收 3 施用方法目的 提高过磷酸钙的利用率 原则 减少与土壤的接触面积 增加与作物根群的接触面积方法 集中施用减少固定 有利扩散分层施用磷移动性小 根系不断扩展与有机肥料混合施用减少吸持和固定早施用幼苗期 植素 根弱 生长期前1 3吸2 3 作根外追肥与其他肥料配合施用 二 重过磷酸钙 重钙 不含硫酸钙 无论施在酸性土壤或石灰性土壤上 过磷酸钙中的水溶性磷均易被固定 在土壤中移动性小 石灰性土壤中 磷的移动一般不超过1 3cm 绝大部分集中在0 5cm范围内 中性和红壤性水稻土中 磷的扩散系数更小 因此 合理施用过磷酸钙的原则是 尽量减少它与土壤接触的面积 降低土壤固定 尽量施于根际附近 增加与根系接触的机会 促进根系对磷的吸收 过磷酸钙可做基肥 种肥和追肥 均应适当集中施用和深施 追肥时 旱作可采用穴施和条施 水稻可采用蘸秧根或沾秧根的方法 即每公顷用过磷酸钙45 75kg与2 3倍的腐熟有机肥混合 用泥浆拌成糊状 栽时蘸根 随蘸随栽 做种肥时 可将磷肥集中施于播种沟或穴内 覆一层薄土 再播种覆土 一般用量75 150kg hm 2 过磷酸钙与有机肥料混合施用是提高肥效的重要措施 因为可借助有机组分对土壤中氧化物的包被 减少对水溶性磷的化学固定 同时有机肥料在分解过程中产生的有机酸 如草酸 柠檬酸等 能与土壤中的钙 铁 铝等形成稳定的配合物 减少这些离子对磷的化学沉淀 提高磷的有效性 在强酸性土壤中 配合施用石灰也可提高过磷酸钙的有效性 但必须严禁石灰与过磷酸钙混合 施石灰数天后 再施过磷酸钙 过磷酸钙做根外追肥 喷施前 先将其浸泡于10倍水中 充分搅拌 澄清后取其清液 经适当稀释后喷施 喷施浓度一般为l 3 的浸出液 喷施量为750 1500kg hm 2 二 弱酸溶性肥料特点 溶于弱酸 肥效较水溶性磷肥慢 一 钙镁磷肥成分 无定形磷酸钙 Ca3 PO4 2 含P2O514 18 氧化钙 氧化镁 二氧化硅等性质 灰绿色或灰棕色粉末 90 过0 177mm筛 溶于2 柠檬酸溶液 呈碱性反应 化学碱性 pH8 0 8 5 吸湿性小 无腐蚀性 二 其它枸溶性磷肥钢渣磷肥脱氟磷肥沉淀磷酸钙偏磷酸钙 三 难溶性磷肥特点 所含磷酸盐不溶于水 只溶于强酸 肥效迟缓而稳长 属迟效性磷肥 一 磷矿粉成分 主要是氟磷灰石 Ca10 PO4 6 F2 性质 灰褐色或黑褐色粉末 难溶于水 呈化学中性 磷矿粉直接施用的条件 磷矿的结晶性质 枸溶率 15 粒径细度90 过0 149mm筛 土壤条件 主要是土壤pH 作物特性 宜吸磷能力较强的及多年生经济林木和果树 磷矿粉的施用方法和后效方法 宜作基肥用量 750 1500kg ha 50 100公斤 亩 措施 与酸性或生理酸性肥料混施 与过磷酸钙配施后效 肥效持久 连施几年后 可暂停施用 小结 土壤有效磷增加和减少的途径施肥矿物难容性 有机 无机 矿化磷释放植物吸收生物固定化学沉淀闭蓄态固定淋失吸附固定我国磷肥的利用率平均为10 25 土壤有效磷 第五节磷肥的合理分配与施用 一 土壤供磷状况与磷肥的分配全磷含量在0 08 0 1 以下 施用磷肥均有增产效果有效磷含量更能反映土壤磷素的供应水平有效磷含量的测定方法 中性和石灰性土壤 0 5MNaHCO3 P 5mg kg酸性土壤 0 03MNH4F 0 025MHCl P 15mg kg水稻土 0 3MNaOH 0 5MNaC2O4 土壤有效磷含量与磷肥反应的分级指标 影响土壤有效磷的因素 1 土壤有效氮与有效磷的比值 4 磷肥效果明显2 土壤有机质含量 与有效磷含量呈正相关 每增加0 5 的有机质 可相应提高5mg kg的有效磷3 土壤pH 在pH5 5 7 0范围 磷的有效性最大4 土壤熟化程度 高 有效磷含量也高 磷肥的效果就差 5 水田淹水后 Eh降低 磷酸高铁被还原为磷酸亚铁 溶解度提高 酸性土壤pH提高 促进磷酸铁 铝水解 可使磷的有效性增加 闭蓄态铁膜消失 有机阴离子与磷酸铝铁中磷酸离子发生代换 总之 应把磷肥优先分配于有效磷含量低的低产土壤上 二 作物需磷特性与轮作中磷肥的分配 作物的需磷特性需磷较多的作物 如 豆科作物 豆科绿肥作物 糖用作物 甘蔗 甜菜 纤维作物中的棉花 油料作物中的油菜 块根块茎作物 甘薯 马铃薯 瓜类 果树 桑树和茶树等施磷肥效果较好 既能提高产量 又能改善品质 大田作物对磷肥的反应顺序如下 冬季绿肥作物 一般豆科旱地作物 大麦 小麦 早稻 旱稻 一 水旱轮作中的磷肥施用我国稻区的轮作制度 麦类 油菜 水稻绿肥 水稻在水旱轮作中 磷肥的分配应掌握 旱重水轻 的原则 将磷肥重点分配在旱作上 原因 当绿肥与水稻轮作时 更应该将磷肥施在绿肥上 特别是豆科绿肥 更能充分发挥 以磷增氮 的效果 以磷增氮 二 旱作轮作中的磷肥施用有绿肥或豆类的轮作中 优先施在绿肥或豆科作物上 其间