植物营养与施肥

土壤肥料学 肥料部分 资源与环境学院刘春生CSliu 第六章植物营养与施肥原理 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 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 第一节植物的营养成分 一 植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 二 植物必需的营养元素 自然界的元素在植物体内几乎都能找到 但并非全部必需 判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 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 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 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 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 CHO 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 2H2ONPK 土壤中含量少 相对 作物需要多 需施肥补充 称肥料三要素 SCaMg 北方土壤一般够用 施磷肥时有所补充FeMoCuZnBMnCl 一般土壤够用 但随产量提高需补充ZnBFe等 三 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 四 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 第二节植物对养分的吸收 植物对养分的吸收是一个复杂的过程 植物吸收养分的器官主要是根系 其次是叶片 养分从土壤进入植物体内包括两个过程 一是养分向根表的迁移 二是根系对养分离子的吸收 一 土壤养分向根部的迁移 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 影响因素 根系体积 养分浓度因根系与土壤所占体积相比 一般只有1 4 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 s 10 5 不同养分离子的扩散系数 养分离子水中湿润土壤NO3 N1 920 5Cl 2 030 5K 1 980 01 0 24PO43 0 890 00001 0 001 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 养分通过各种途径到达根表后 经过各种复杂的生化过程 养分吸收进入到根细胞中 离子通过质流 扩散 或截获进入根细胞的自由空间 再进一步转移进入到地上部分 1 被动吸收定义 膜外养分顺浓度梯度 分子 或电化学势梯度 离子 不需消耗代谢能量而自发地 即没有选择性地 进入原生质膜的过程 特点 不需能量 无选择性 顺浓度梯度进行 2 主动吸收 定义 膜外养分逆浓度梯度或电化学势梯度 需要消耗代谢能量 有选择性地进入原生质膜内的过程 特点 消耗能量 选择吸收 逆浓度梯度 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 叶部吸收的影响因素 1 溶液的组成 养分种类 钾肥KCl KNO3 KH2PO4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 溶液的浓度及反应 在一定范围内 养分进入叶片的速率和数量随浓度的提高而增加 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 二 根外营养特点 1 直接供给植物养分 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 吸收快 转化快能及时满足植物需要 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 第三节影响作物吸收养分的环境条件 一 光照和温度 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 三磷酸腺苷 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 氧化还原电位 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 COOHCOOHH R利于吸收阴离子RNH3 NH2OH COO H2OR利于吸收阳离子NH2 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70 80 有利于吸收 水分影响 养分溶解 养分扩散 土壤通气 五 养分状况 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 六 离子间的关系对抗 拮抗 颉颃 作用 一种离子的存在能降低另一种离子的吸收 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 植物营养与施肥原理 一 植物营养植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植物营养的特性 1 数量 植物需16种必需元素是通性 但植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 一 植物的营养共性和个性 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1200Fe Mn 大豆1 5 3 5小麦2 5K 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 植物营养特性不同 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 二 植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 1 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 2 3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 2 植物营养的最大效率期 是指植物生长阶段中所吸收的某种养分能发挥最大增产效能的时期 此时期一般出现在作物生长发育的旺盛期 这个时期根系吸收养分的能力最强 植株生长迅速 生长量大 需肥量最多 因此为使作物高产 应及时补充养分 比如 氮 玉米 大喇叭 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 二 合理施肥的原则 1 植物营养特性与施肥 植物营养特性是指植物在生长发育过程中 依靠外界环境获得营养物质构建其有机体 以完成新陈代谢和整个生活周期的能力和特点 2 土壤条件与施肥 植物生长土壤中 而肥料中的养分 一旦施入到土壤中 就不断进行有效化和无效化的相互转化过程 因此 施肥就必须考虑土壤 了解土壤中养分的基本状况及土壤性质对养分转化的影响 3 平衡施肥与满足最小养分的原则 植物正常生长要从土壤中吸收各种必需的矿物质养分 为了保持土壤肥力 应向土壤中施用植