第8章土壤与植物磷素营养及磷肥2013素材.ppt

第八章土壤与植物磷素营养及磷肥 土壤肥料学通论 第一节土壤磷素营养 一 土壤中磷的形态与含量 土壤溶液磷 土壤无机磷 土壤有机磷 土壤固定态磷 土壤全磷 土壤全磷 磷的贮备情况 取决于成土母质 风化程度和土壤中磷的淋出情况 在耕地土壤中 全磷含量还受到耕作 施肥等人为过程的影响 含量为0 2 5 0g kg 平均0 5g kg 土壤溶液磷 植物最直接的磷源 表征土壤供磷能力 主要以HPO42 和H2PO4 形态存在 其相对数量取决于溶液的pH 在PH7 2时 各占一半 在酸性土壤上 以H2PO4 离子形态为主 在碱性和石灰性土壤上 多以HPO42 形态存在 有少量有机磷酸化合物 临界浓度 指可以满足作物最高产量95 需要的土壤溶液磷浓度 土壤无机态磷 是土壤磷的主体 在旱地 可占土壤全磷的70 以上 在水稻土中可占55 70 包括水溶态磷 松结合态磷 铝结合态磷 Al P 铁结合态磷 Fe P 包闭态或闭蓄态磷 O P 磷酸钙盐 Ca2 P Ca8 P Ca10 P 在石灰性土壤上 有效磷水平主要与Ca2 P Ca8 P和Al P显著相关 其次是Fe P和Ca10 P 与O P几乎无关 水稻土中 铁结合态磷是作物磷营养的主要给源 闭蓄态磷只在强烈还原条件下才被释放 铝结合态磷有效性较高 但数量相对较少 在酸性旱地土壤上 磷的分布形态次序为O P Fe P Al P Ca P 其中Al P对作物磷营养贡献最大 其次为Fe P和Ca P O P基本无效 土壤有机态磷 占全磷比例的15 80 森林和草原植被下发育的土壤含量可达50 80 常与土壤有机质含量之间有良好的线性关系 土壤中有机磷化合物可分为三类 肌醇磷酸盐 包括肌醇一磷酸盐到肌醇六磷酸盐 土壤中较多存在的是五磷酸盐和六磷酸盐 六磷酸盐称为植酸 其钙镁盐称为植素 核酸 RNA和DNA 含量小于有机磷的3 矿化率远大于肌醇磷酸盐 磷脂 一系列对生物有重要意义的含磷化合物 如卵磷脂 脑磷脂等 不溶于水 但很容易被微生物利用 矿化率很快 土壤有机磷和无机磷之间存在矿化与固定两个相反的过程 其方向取决于C P C P 200时 出现净矿化C P 200 300时 矿化与生物固定基本平衡C P 300时 出现净生物固定作用有机磷年矿化率为2 4 对作物磷素营养贡献不大 但其中的 微生物体磷 是一种活性有机磷 易于矿化 对作物磷营养有重要作用 二 磷素在土壤中的转化 固定 释放 1 磷的固定 phosphorusfixation 化学固定吸附固定生物固定闭蓄固定 化学固定 通过形成沉淀使磷发生固定作用的过程 其最终产物在碱性土壤和石灰性土壤中是羟基磷灰石和氟磷灰石 在中性和酸性土壤中是磷铝石和粉红磷铁矿 化学固定是土壤中最常发生的作用 磷的无效化 Fe3 H2PO4 2H2O 2H Fe OH 2H2PO4 Al3 H2PO4 2H AlPO4 Ca2 HPO42 Ca P 酸性土壤上 石灰性土壤上 吸附固定 磷酸根被吸附在土壤固相表面或渗入内部成分之中形成难溶态 土壤中吸附磷的主要物质有铁铝氧化物 粘土矿物 有机质 Al Fe复合体和碳酸钙等 在酸性土壤中以铁 铝氧化物为主 石灰性土壤中以碳酸钙为主 磷的无效化 土壤磷的吸附 按其作用力不同可分为非专性吸附和专性吸附 非专性吸附发生在酸性土壤上 当土壤溶液中的H 浓度较高时 粘土表面的OH 发生质子化作用 吸附磷酸根离子 其特点是 由库仑力作用引起 没有发生化学反应 随pH降低 吸附反应加快 吸附量增加 反应不完全可逆 专性吸附由化学反应引起 发生了配位基团的交换 多发生在铁 铝多的酸性土壤中和含钙较多的石灰性土壤中 吸附过程缓慢 但作用力较强 随时间的延长出现磷酸盐的 老化 现象 酸性土壤 磷酸盐 老化 现象 碳酸钙对磷的吸附一般只在表面进行 其牢固程度不如水化铁铝氧化物 因而对作物的有效性较高 而且 这种吸附不易转化为晶态而失去对植物的有效性 生物固定 土壤微生物吸收水溶性磷酸盐构成其躯体 使水溶性磷暂时被固定起来的过程 这种固定对磷的植物有效性无甚影响 而且在一定程度上避免了磷的化学固定和吸附固定 磷的暂时无效化 闭蓄固定 磷酸盐表面被Fe OH 3和Al OH 3等不溶性胶膜包被 磷的无效化 磷酸盐 2 磷的释放 土壤中植物难利用态磷转化为可利用态磷的过程 磷的有效化 在石灰性土壤中 难溶性磷酸钙盐一般需要借助于作物根系和土壤微生物呼吸作用产生的CO2 根系和微生物代谢溢泌或有机肥料分解产生的各种有机酸 在酸性土壤中 土壤淹水后 由于土壤还原性增强 会导致Fe P中的高价铁变为亚铁 同时由于pH上升 也会促进Fe P的水解释放 在强还原性条件下 部分闭蓄态磷可转化为非闭蓄态磷 有效性提高 在淹水 落干交替过程中 淹水期间有效磷含量增加 落干期间降低 因此水旱轮作中 磷肥应重点分配在旱作上 有机磷的矿化也是土壤磷释放的重要过程 第二节植物磷素营养 一 植物体内磷的含量与分布 1 植物全磷0 2 1 1 大多数作物为0 3 0 4 1 有机态磷占85 以核酸 植素和磷脂等形态为主 2 无机态磷占15 左右 主要以钙 镁 钾的正磷酸盐存在 其消长过程与介质中磷的供应状况密切相关 2 植物体内全磷含量因其种类 品种 生育阶段及器官等不同而异 1 油料作物 豆科作物 禾谷类作物 2 生育前期 生育后期 3 繁殖器官 营养器官 4 种子 叶片 根系 茎秆 5 幼嫩组织 衰老组织 顶端优势 二 磷的生理功能 一 磷是植物体内许多重要化合物的结构成分1 磷是核酸和核蛋白的结构元素 遗传物质2 磷是生物膜主要成分磷脂类化合物中的必需元素 物质 能量 信息交流的通道3 磷是植素 环己六醇磷酸酯的钙镁盐的成分 种子萌发 幼苗生长 淀粉的合成4 磷是植物体内许多高能化合物的组成成分 如ATP ADP 能量转移的贮存库和中转站5 磷是各种脱氢酶 氨基转移酶以及辅酶的成分 光合作用 呼吸作用 物质代谢 二 磷参与植物体内许多代谢过程1 参与碳水化合物代谢 光合磷酸化作用 蔗糖 淀粉 纤维素合成2 对氮的代谢有十分重要的作用 氨基酸的合成 豆科作物固氮3 在脂肪代谢中有重要意义 提高油料作物产量和种子含油量4 促进植物体内多种代谢顺利进行 使生育期相对提前 提高经济效益 三 磷能增强植物的抗逆性1 增强植物的抗旱性 抗寒性 抗病虫害 抗倒伏能力抗旱 1 磷能提高细胞中原生质胶体的水合程度和细胞结构的充水度 2 磷具有促进根系发育 促使根系伸入较深土层吸收水分 抗寒 可溶性糖 磷脂类物质增加 冰点下降 抗病虫害 植株生长健壮 抵御病虫害侵染抗倒伏能力 茎秆机械强度 2 增强植物抵御环境pH变化的缓冲能力 PH6 8 H2PO4 HPO42 三 植物对磷的吸收与运输 一 吸收形态1 无机态磷 主要吸收形态 正磷酸 H2PO4 HPO42 PO43 可直接吸收 偏磷酸HPO3 焦磷酸H4P2O7需转化成正磷酸后才能同化利用 2 有机态磷也可吸收 但量较少 如 己糖磷酸脂 蔗糖磷酸脂 甘油磷酸酯 植素 核酸 卵磷酯等 二 植物吸磷机理 主动吸收 H2PO4 H 共运方式 三 影响植物吸收磷的因素 1 植物基因型 1 植物根系吸收形态和吸收特性 根毛 根长 排根等 2 根系分泌物的种类和数量 H OH HCO3 有机酸 如柠檬酸 麦根酸 酸性磷酸酶 3 菌根感染程度 4 根系生长速度 5 根系阳离子交换量 6 植物体内的CaO P2O5比例 2 环境条件 1 介质pH值 pH 5 H2PO4 pH 5 7 2 H2PO4 HPO42 pH 7 2 H2PO4 HPO42 pH 7 2 9 H2PO4 9 PO43 2 土壤物理性质 水分 温度 质地 通气性等 影响磷的扩散系数 3 养分的相互关系 氮 适量钙 钾 镁促进磷吸收 高浓度铁 铝 钙 氯抑制磷吸收 四 植物体内磷的转运同化 磷酸根 质子化磷酸根载体 主动吸收 磷酸 糖类代谢 蛋白质代谢 脂肪代谢 含磷有机化合物 四 磷素缺乏与过多症状 1 缺磷症状 1 光合 呼吸和生物合成受阻 生长迟缓 植株矮小 分蘖和分枝减少 延迟成熟 2 叶片暗绿或灰绿 缺乏光泽 严重时呈紫红色 甚至枯死脱落 3 碳水化合物合成受阻 糖分累积 易形成花甙素 茎部出现紫红色症状 4 根系发育不良 次生根少 分枝 分蘖少 5 结实状况差 6 症状先从老叶开始 禾本科作物表现为分蘖小或不分蘖 分蘖和抽穗均延迟 株型瘦小直立 出现生长停滞现象 叶片灰绿并可能出现紫红色 糖累积形成花青素 尤其是背面 抽穗后则表现为穗小 粒少 籽瘪 根系发育不良 次生根少 玉米缺磷 嫩株敏感 植株矮化 叶尖 叶缘失绿呈紫红色 后叶端枯死或变成暗紫褐色 根系不发达 雌穗授粉受阻 籽粒不充实 果穗少或歪曲 果穗常出现秃顶 油菜缺磷 叶面积小 叶色暗绿 茎 叶柄和叶片背面出现略显紫红色 抽薹开花延迟 分枝小 果荚瘦小且易脱落 籽粒不饱满 出油率低 棉花缺磷 棉株生长慢且矮小 茎秆纤细且脆 叶片暗绿或灰绿 缺少光泽 叶片变小 严重时从叶尖沿叶缘发生灰色干枯 且带紫色 茎也变紫 现蕾 开花 吐絮推迟 棉花易落花落蕾 成桃少 苹果缺磷 叶色暗绿色或青铜色 近叶缘的叶面上呈现紫褐色斑点或斑块 这种症状从基部叶向顶部叶波及 枝条细弱而且分枝少 叶柄及叶背的叶脉呈紫红色 叶柄与枝条呈锐角 生长期 生长初期叶色为浓绿色 后期出现紫褐色斑点 生长较快的新梢叶呈紫红色 桃树缺磷 成熟叶片呈红紫或青铜色 叶辐狭长 叶柄 叶背 叶脉带紫红色 马铃薯缺磷 早期缺磷影响根系发育和幼苗生长 孕蕾至开花期缺磷 叶部皱缩 色呈深绿 严重时基部叶变为淡紫色 植株僵立 叶柄 小叶及叶缘朝上 不向水平展开 小叶面积缩小 色暗绿 缺磷过多时 植株生长大受影响 薯块内部易发生铁锈色痕迹 2 磷素过多 1 植物呼吸作用增强 消耗大量糖分和能量 导致作物的无效分蘖和瘪籽增加 叶片肥厚而密集 叶色浓绿 植株矮小 节间过短 生长明显受抑制 2 繁殖器官成熟进程加快 并导致营养体小 茎叶早衰 产量降低 3 根系十分发达 数量多而短粗 导致蔬菜的纤维含量增加 烟草的燃烧性差等 3 妨碍锌 铜 铁等微量元素的吸收和运输 引起植物对这些元素的不良反应 磷肥促进玉米成熟 中磷高磷 五 磷对作物生长发育 产量和品质的影响 一 磷对作物生长发育的影响 1 磷促进根细胞的分裂和增殖 增加次生根数量 2 促进营养体生长 3 促进植物激素 如细胞分裂素 的合成 二 磷对作物产量的影响 1 增加有效穗数和穗粒数 2 促进碳水化合物向籽粒的转移 三 磷对作物品质的影响 1 禾谷类作物 蛋白质 必需氨基酸 维生素B12 油料作物 脂肪3 纤维作物 纤维长度4 糖用作物 含糖量5 果树 糖酸比 第三节磷肥的种类 性质和施用 一 磷素资源与磷肥的制造方法二 常见化学磷肥的种类三 常见化学磷肥的主要性质 在土壤中的转化和施用四 磷肥的合理施用 我国从1955年开始生产磷肥 比氮肥发展慢 中国磷矿资源缺乏 品位低 多在12 以下 主要在云南 贵州 四川等中南 西南地区蕴藏 磷矿资源 世界144212 106吨美国38790 106吨摩洛哥40000 106吨中国9000 106吨 一 磷素资源与磷肥的制造方法 磷矿品位 根据磷矿石中全磷含量的多少划分 全磷 12 2 高品位磷矿全磷7 86 12 2 中品位磷矿全磷 7 86 低品位磷矿我国有90 的磷矿资源属于中低品位磷矿 机械粉碎 磷矿石 粉碎 磨细90 通过0 149mm 磷矿粉 难溶或微溶 酸制磷肥 磷矿粉 硫酸 硝酸 盐酸 磷酸 过磷酸钙 重过磷酸钙 磷酸铵 硝酸磷肥 沉淀磷肥 水溶性 热制磷肥 磷矿石 硅镁矿物 1350oC 分解 钙镁磷肥 脱氟磷肥 钢渣磷肥 偏磷酸钙 弱酸溶性 磷肥制造方法 二 常见化学磷肥的种类 按磷酸盐的溶解性质分为三类 水溶性磷肥 能溶于水 肥效快 易被作物吸收利用 主要成分是磷酸二氢根 包括普通过磷酸钙 重过磷酸钙 磷酸二氢钾 磷酸铵 硝酸磷肥等 弱酸溶性磷肥 不溶于水 能被作物根系分泌的各种有机酸逐步溶解 肥效缓 主要成分是磷酸氢根 以及钙镁磷肥中所含的 Ca3 PO4 2中的磷酸根 在土壤中移动性很小 不会造成流失 具有良好的物理性状 不吸湿 不结块 包括钙镁磷肥 脱氟磷肥 钢渣磷肥 沉淀磷肥等 难溶性磷肥 包括磷矿粉和骨粉 不溶于水和弱酸 大多数作物不能直接利用其中的磷 磷酸盐成分复杂 磷的当季利用率低 但后效长 三 常见化学磷肥的主要性质 在土壤中的转化和施用 一 磷矿粉1 主要性质 灰白色粉末 难溶于水 中性偏碱 成分为以氟磷灰石Ca10 PO4 6F2为主 氟被氯 氢氧根同晶置换后形成氯磷灰石Ca10 PO4 6Cl2和羟基磷Ca10 PO4 6 OH 2 全磷 P2O5 含量 10 25 2 土壤中转化 3 施用 1 作物营养特性 A CEC大 利用力强的作物 豆科 禾本科作物 B 根系分泌二氧化碳及有机酸能力的强弱 2 土壤条件 A 土壤酸碱性 H2PO4 的有效性与pH反相关 pH小于5时 有效性升高 红壤 黄壤有效性高B 有效性与土壤有效磷含量反相关 3 细度与用量 细度 90 过0 149mm 100目 筛 用量 P2O5 30 可给性强 40Kg斤 亩 否则 大于50Kg 亩 不必连年施用 4 与其他肥料配合施用 与酸性肥料配合施用 与有机肥混沤后施用 5 施用方法 作基肥施用 撒施 深施 加大与土壤和根系的接触面 二 骨粉 动物骨骼加工而成 含五氧化二磷25 33 磷的形态为磷酸三钙Ca3 PO4 2 不溶于水 溶于弱酸 肥效缓慢 发酵后施用效果好 酸性土上施用 作基肥 1 成分性质 Ca3 PO4 2 含钙镁的硅酸盐 全磷 P2O5 含量14 20 氧化钙25 30 氧化镁 二氧化硅40 灰绿色粉末 不吸湿结块 化学碱性pH8 8 5 粒径 要求80 过80目筛 95 的磷溶于弱酸 不溶于水 三 钙镁磷肥 2 土壤中的转化 2CaHPO4 Ca HCO3 2 Ca3 PO4 2 Ca H2PO4 2 Ca HCO3 2 CO2 H2O 一钙 二钙 2CO2 2H2O 3 施用 1 作基肥 深施 2 酸性土上效果好 3 喜钙作物 豆科 喜硅作物 水稻 绿肥作物 油菜等优先选用 4 与有机肥混沤后施用效果好 四 沉淀磷肥 含P2O530 42 中性 酸性土上效果好 施用方法 做基肥 深施 可作饲料添加剂 饲钙 五 钢渣磷肥 炼钢工业的副产品 1 性质 强碱性 物理性质良好 形态 磷酸四钙Ca4P2O9 磷酸四钙与硅酸钙的复盐Ca4P2O9 CaSiO3有效磷 P2O5 高者17 低者7 8 2 在土壤中转化 Ca4P2O9 CaSiO3 6CO2 4H2O 靠土壤酸度和根系分泌的酸使之溶解 2CaHPO4 3Ca HCO3 2 SiO2 3 施用 作基肥 不宜作追肥或种肥 与有机肥混沤施用效果好 果树 豆科作物及生长期长的作物施用 水稻施用可使茎杆健壮 增强抗倒伏能力 二氧化硅多 普通过磷酸钙 简称普钙 是世界上最早生产的磷肥 用62 67 硫酸与磷矿粉充分作用 熟化1 2周后 干燥 磨碎 过筛制取 六 过磷酸钙 1 成分 Ca10 PO4 6 F2 7H2SO4 3H2O 3 CaH2PO4 2 H2O 7CaSO4 HF 过磷酸钙 P2O512 20 CaSO4 2H2O40 50 Ca H2PO4 2 H2O30 40 CaHPO4 H2O2 4 Ca3 PO4 21 6 SiO27 0 硫酸铁铝杂质及游离酸2 4 2 性质 1 化学酸性 含游离的硫酸 磷酸 2 稍有酸味 腐蚀性很强 3 易吸湿结块 4 过磷酸钙 磷酸 的退化 过磷酸钙由于含游离酸 在潮湿条件下吸水 使磷酸一钙与肥料中的硫酸铁 硫酸铝起反应 生成难溶性的磷酸铁铝 降低了磷肥的有效性 3 施用 施用原则 因易固定 移动性小 尽量减少与土壤的接触面 又要扩大与根系的接触面 施用要点 1 可以作基肥 追肥 种肥 2 基肥要深施 分层施用 集中施 3 与有机肥混合施用 减少与土壤的接触面 使分解的有机酸络合铁 铝 钙 4 根外追肥效果好 酸性有利于阴离子吸收 5 含游离酸多的磷肥不作种肥 拌种 用 6 制造颗粒磷肥施用 七 重过磷酸钙 三料过磷酸钙 先用硫酸处理磷矿粉 萃取磷酸后用磷酸处理磷矿粉制取 Ca10 PO4 6 F2 10H2SO4 20H2O 6H3PO4 10CaSO4 2H2O 2HF Ca10 PO4 6 F2 14H3PO4 10H2O 6Ca H2PO4 2 H2O 2HF 主要成分为磷酸一钙Ca H2PO4 2 含五氧化二磷40 50 游离酸4 8 易吸湿结块 不易退化 无硫酸钙 杂质少 对喜硫作物 马铃薯 十字花科 油菜 萝卜等 豆科 肥效差 用法与普钙相似 四 磷肥的合理施用 磷肥当季利用率低 仅10 25 水溶性磷肥施入土壤后容易发生固定 施入后立即测定 有30 的磷不溶 1小时后 40 不溶于水 1天后 60 不溶于水 1月后 80 不溶于水 要根据作物营养特性 土壤条件 肥料种类等合理施用 合理施用的基本原则为 充分发挥磷肥的增产增收作用 最大限度的减轻施用磷肥对环境的污染 如何充分发挥磷肥的增产增收作用 施用磷肥对当季作物的增产作用虽然不大 但为了维持较高的土壤肥力水平 仍需向土壤中补充被作物吸收带走的磷 1 考虑土壤条件和磷肥施用的必要性 1 磷肥施用的效果和施用磷肥的多少要根据土壤磷素的丰缺状况而定 2 土壤有机质含量有机质含量与土壤有效磷含量正相关 有机质含量与磷肥肥效反相关 磷肥优先分配在有机质含量低 土壤肥力差的土壤上 2 考虑作物的吸磷特点 1 不同作物对磷反应和利用能力不同 对磷肥有良好反应的作物 豆科作物 包括绿肥作物 糖用作物 纤维作物 油料作物 吸磷能力强 对磷肥反应较敏感的作物 玉米 小麦 大麦 对磷肥反应不敏感的作物 谷子 水稻 2 生育期不同 对磷要求不同生长初期吸收快 对土壤磷素状况敏感 临界期 生产上强调及早施用 后期吸磷弱 施磷效果差 可根外追肥 3 应注意磷肥品种的选择 原则 1 在同等或相似肥效下 磷肥品种优先选择的次序为难溶性 弱酸溶性 水溶性 2 根据作物营养特性 确定合理的氮磷比例 3 在土壤同时缺乏S Mg Ca Si等元素的情况下 尽可能选择含有相应元素的肥料品种 4 水田 雨季旱田上应避免施用含硝态氮的磷肥肥料适宜性 1 水溶性磷肥 普钙 重钙 适合各