《土壤肥料学新》PPT课件

第四节施肥的基本原理,养分归还学说最小养分律报酬递减律因子综合作用律,植物矿物质营养学说,土壤中矿物质是一切绿色植物唯一的养料,意义：理论上，A.否定了当时流行的“腐殖质学说”，说明了植物营养的本质；B.是植物营养学新旧时代的分界线和转折点；C.使维持土壤肥力的手段从施用有机肥料向施用无机肥料转变有了坚实的基础实践上，促进了化肥工业的创立和发展；推动了农业生产的发展。,施肥原理,养分归还学说,为恢复地力和提高作物单产，通过施肥把作物从土壤中摄取并随收获物而移走的那些养分归还给土壤的学说。JustusLiebig,不同植物的营养元素归还比例,意义：对恢复和维持土壤肥力有积极作用,养分归还方式：有机肥料；无机肥料。配合施用则可取长补短，增进肥效，是农业可持续发展的正确之路。,最小养分律（木桶理论）,植物产量受土壤中某一相对含量最小的有效性因子制约的规律。,最小养分会随条件变化而变化,最小养分随条件而变化的示意图,意义：指出作物产量与养分供应上的矛盾，表明施肥要有针对性，应合理施肥。,报酬递减律,在其它生产条件相对稳定的前提下，随施肥量的增加而单位肥料的作物增产量却呈递减的趋势。,施肥量与边际产量的关系,Y=b0+b1x+b2x2,综合因子作用律,1.作物丰产是光照、温、水、养分、空气等综合作用的结果；2.利用因子间的交互效应提高肥效是因子综合作用律的特点；意义：施肥只是综合因子中起重要作用的一项技术措施；把任一因子孤立起来是不对的；施肥与灌溉结合、施肥与良种结合以及营养元素的配合等已成为不增加施肥量也能增产的有效途径,施肥,土壤施肥根外施肥,肥料种类的确定施肥量确定施肥时间施肥方法,肥料分类和种类,按组分分：有机肥和无机肥（矿质肥）按来源分：农家肥和商品肥按主要作用分：直接肥和间接肥按肥效快慢分：速效肥和迟效肥有机肥料：养分释放速度慢，肥效长，提高土壤肥力“中药”；化学肥料：无机肥料；养分释放速度快，肥效短，直接吸收“西药”；,施肥技术（一）确定施肥量的方法影响施肥量的因素：作物种类及品种、产量水平、土壤肥力状况、肥料种类、施肥时期以及气候条件等1.定性的丰产指标法简单易行，但比较粗糙2.肥料效应函数法：通过试验拟合肥料效应方程，计算施肥量方法较复杂，不易掌握,3.目标产量法：以实现作物目标产量所需养分量与土壤供应养分量的差额作为确定施肥量的依据，以达到养分收支平衡，所以，又称为养分平衡法。计算公式：式中：F：施肥量(千克/公顷)；Y：目标产量(千克/公顷)；C：单位产量的养分吸收量(千克)；S：土壤供应养分量(千克/公顷)；N：所施肥料中的养分含量()；E：肥料当季利用率()。,F=,(YC)-SNE,施肥方法1.传统施肥方法特点：把肥料施入土壤，补给作物最缺的养分，通常是土壤缺什么养分就施什么肥料。一般根据施用时期的不同分为基肥、种肥和追肥三种施肥方式及其相应的施肥方法。,表施肥方法及其相应的施肥方式,施肥方法,施肥时间,目的作用,肥料情况,有效施法,基肥,播种或定植前,结合深耕施用,供给作物养分,有机肥为主,条施或穴施,多种肥料混合,种肥,播种或定植时,供给幼苗养分,少量,拌种、蘸秧根,浸种、盖种、,条施或穴施,改善苗床性状,腐熟有机肥,速效性化肥,菌肥,追肥,生长发育期间,及时补充养分,适量,速效性化肥,腐熟有机肥,深施覆土,撒施结合灌水,随水浇施法,根外追肥,培肥改良土壤,占全量的,2/3,现代施肥方法1.喷施多元微肥2.喷施多功能叶面肥3.灌溉施肥：喷灌、滴灌4.二氧化碳施肥,现代施肥技术喷灌,大棚蔬菜二氧化碳施肥,合理施肥的指标和要诀高产指标优质指标5项指标高效指标环保指标培肥指标,当前国家提出的发展高产、优质、高效农业的基本要求,发展可持续农业和提高环境质量要求,第一章小结主要内容：植物的营养成分（植物必需营养元素）植物对养分的吸收（吸收的机理）养分在植物体内的运输影响植物吸收养分的环境条件(元素间的相互关系)植物的营养特性（施肥的关键时期）合理施肥的基本原理(李比希的三大学说和施肥方法),第二章植物的氮素营养与氮肥PlantNitrogenNutritionandNitrogenFertilizer,主要内容,第一节植物的氮素营养第二节土壤中的氮素及其转化第三节化学氮肥的种类、性质及其施用方法第四节氮肥的合理施用,第一节植物氮素营养,1、作物体内氮素含量与分布植物体含氮量一般为0.35%。含量的多少与植物种类、器官、发育阶段有关。品种：豆科作物高于禾本科作物器官：籽粒、叶片茎杆、根系生育期：生育前期叶片生育后期的叶片；环境：含氮量还受土壤供氮水平和施肥的影响；氮在植物体中的运动性较强，再利用率在7080%,分布,1）不同作物种类含量不同豆科植物含有丰富的蛋白质，含氮量也高。按干重计，大豆含氮2.25%，紫云英含氮2.25%；而禾本科作物一般含氮量较低，大多在1%左右。同为禾本科作物，小麦小麦水稻2）作物不同器官含量不同一般，幼嫩器官和种子中含氮量较高，而茎杆含量较低，尤其是老熟的茎杆含量更低。如小麦子粒含氮量为2.0%-2.5%，而茎杆仅为0.5%左右；豆科作物子粒含氮量为4.5%-5%，而茎杆仅为1.4%。,3）、作物不同生育时期含量不同在各生育期中，作物体内氮素的分布在不断变化。在营养生长阶段，氮素大多集中在茎叶等幼嫩器官，当转入生殖生长时，茎叶中的氮素就基本向籽粒、果实、块根或块茎等储藏器官转移；成熟时，大约有70%的氮素已转入种子、果实、块根或块茎等储藏器官。如水稻，分蘖期含量高于苗期，通常在分蘖盛期含量达到最高峰。其后，随生育期推移而逐渐下降。,作物体内氮素的含量和分布，明显受施氮水平和施氮时期的影响随施氮量增加，作物各器官中氮的含量均有明显提高。通常是营养器官的含量变化大，生殖器官则变动小，但生长后期施用氮肥，则表现为生殖器官中的含氮量明显上升。,2、作物体内氮的种类及其作用,氮对作物的重要作用不在于它在作物体内含量多少，重要的是氮是植物体内许多重要有机化合物的组分，也是遗传物质的基础。,1、蛋白质的重要组分（蛋白质中平均含氮16%-18%）2、核酸和核蛋白质的成分3、叶绿素的组分元素4、许多酶的组分（酶本身就是蛋白质）氮还是一些维生素的组分，而生物碱和植物激素也都含有氮。总之，氮对植物生命活动以及作物产量和品质均有极其重要的作用。合理施用氮肥是获得作物高产的有效措施。,供氮状况对马铃薯伤流液中细胞分裂素的影响（Sattelmacher等，1978）,3植物对氮的吸收与同化,吸收的形态,无机态：NH4+N、NO3-N（主要）有机态：NH2N、氨基酸、（少量）核酸等,植物吸收的氮素主要是铵态氮和硝态氮。在旱地农田中，硝态氮是作物的主要氮源。由于土壤中的铵态氮通过硝化作用可转变为硝态氮。所以，作物吸收的硝态氮多于铵态氮。,（一）NO3-N吸收与利用NO3-N被主动吸收后，一般有下面几条去向：a.穿过液泡膜储存在液泡中。b.从根系中运输到木质部，然后被运输到地上部。c.在根系中或地上部被硝酸还原酶（nitratereductase(N.R.)）还原成亚硝酸。,NO3-N的同化,NO3_,NO2_,硝酸还原成氨是由两种独立的酶分别进行催化的。硝酸还原酶可使硝酸盐还原成亚硝酸盐，而亚硝酸还原酶可使亚硝酸盐还原成氨。,NH3,叶细胞中硝酸盐同化步骤的示意图,大多数植物的根和地上部都能进行NO3-N的还原作用，但各部分还原的比例取决于不同的因素：,1、硝酸盐供应水平当硝酸盐数量少时，主要在根中还原;2、植物种类木本植物还原能力一年生草本一年生草本植物因种类不同其还原强度顺序为：油菜大麦向日葵玉米苍耳3、温度温度升高，酶的活性也高，所以也可提高根中还原NO3-N的比例。,4、植物的苗龄在根中还原的比例随苗龄的增加而提高;5、陪伴离子K+能促进NO3-向地上部转移，所以钾充足时，在根中还原的比例下降；而Ca2+和Na+为陪伴离子时则相反;6、光照在绿色叶片中，光合强度与NO3-还原之间存在着密切的相关性。考虑以上因素可采取相应措施降低温室或塑料大棚中的蔬菜体内的硝酸盐含量。,我国蔬菜硝酸盐污染程度的卫生评价标准（沈明珠，1982）级别硝酸盐含量污染程度参考卫生性(mg/kg鲜重)1432轻度允许生食2785中度允许盐渍,熟食31440高度允许熟食43100严重不允许食用,因此，降低植物体内硝酸盐含量的有效措施：选用优良品种、控施氮肥、增施钾肥、增加采前光照、改善微量元素供应等。,（二）植物对铵态氮的吸收与同化1.吸收机理：被动渗透(Epstein,1972)接触脱质子(Mengel,1982),NH4+,H+,NH3,质膜上NH4+脱质子作用的示意图,氨(NH3)的同化,氨的同化有两条途径：1）谷氨酸脱氢酶（GDH）途径2）谷酰胺合成酶（GS）和谷氨酸合成酶与氨基转移酶（GOGAT）,氨基转移作用,植物体内，主要是通过谷氨酸的氨基转移作用形成其它各种氨基酸，这个过程需要氨基转移酶。该酶的辅酶是磷酸吡哆醛（Vb6）。已经知道，植物体内有17种或18种酮酸可与谷氨酸进行转氨基作用。,氨,酮戊二酸,还原性胺化作用,谷氨酸,酮酸,转氨基作用,各种新的氨基酸,氨,酰胺,储藏氮素当氨过剩时，形成谷酰胺和天门冬酰胺；消除氨毒在亚麻、高粱、三叶草和香豌豆等植物中，将HCN掺入半胱氨酸而再转化为天门冬酰胺，消除毒害；运输氮素,酰胺在植物体内的作用,（三）植物对有机氮的吸收与同化1.尿素（酰胺态氮）吸收：根、叶均能直接吸收同化：脲酶途径：尿素NH3氨基酸非脲酶途径：直接同化尿素氨甲酰磷酸瓜氨酸精氨酸尿素的毒害：当介质中尿素浓度过高时，植物会出现受害症状2.氨基态氮：可直接吸收，效果因种类而异,脲酶,NO3-N和NH4+-N营养作用的比较,NO3-N是阴离子，为氧化态的氮源，NH4+-N是阳离子，为还原态的氮源。,不能简单的评判哪种形态好或是不好，因为肥效高低与各种影响吸收和利用的因素有关。,NH4-N和NO3-N的营养特点,1、NO3-N的吸收是一个主动过程；吸收NO3-N可是根际pH升高；NH4-N吸收机制不清楚，吸收后，可使根际pH下降。2、水稻、茶树、甘薯和马铃薯等比较喜欢氨态氮肥外，大多数植物喜欢硝态氮。烟草喜欢铵态氮与硝态氮配合施用。3、在低温条件下（8），植物吸收铵态氮多于硝态氮；随温度升高，硝态氮的吸收逐渐增加；在高温条件下（2635），植物吸收的硝态氮多于铵态氮。4、与硝态氮相比，以铵态氮为营养时，消耗的能量少（667160焦耳/摩尔）。,Observation1:PlantGrowthunderNitrate-andAmmonium-Nutrition,NO3-NNH4+-N,ShootDM(g/plant)4.73a4.00bRootDM(g/plant)1.40a0.89bLA(cm2/plant)573a380bSLW(g/m2)41.3b51.5a,NH4+-N(5mM),NO3-N(5mM),植物在不同氮源下生长量的比较,NH4-N和NO3-N营养差异的原因1.植物的遗传特性2.环境因素介质反应：酸性：有利于硝的吸收中性至微碱性：有利于铵的吸收陪伴离子、介质通气状况、土壤水分状况只要在环境中为铵态氮和硝态氮创造出各自所需要的最适条件，它们在生理上是具有同等价值。,4植物氮素营养失调症状及其丰缺指标1.氮缺乏：首先在下部老叶出现症状植株矮小，瘦弱，分蘖或分枝少叶片转为淡绿色、浅黄色、乃至黄色；茎叶基部或呈紫红色早衰，产品品质差,氮素过多的危害,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（倒伏）和病害侵袭（大麦褐锈病、小麦赤霉病、水稻褐斑病）。,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。蔬菜硝酸盐超标,左为正常的秋季苹果叶；右为缺氮的苹果叶,TechnologicalstripediseaseCausedbyincorrectNfertilizerapplication,禾本科作物缺氮的症状,不同时期和部位的缺氮症状,CeleryleaveswithNdeficiency,缺氮,供氮,SeveresymptomsofNtoxicity,氮素过多对苹果的影响,Nover-fertilizationcauses“Blotchyripening”,作物的形态诊断：作物营养的失调症状,作物的化学诊断,养分潜在缺乏的诊断植物组织的化学测定（诊断）氮磷钾三要素的定量分析微量元素的定量分析,土壤养分诊断,土壤有效养分的提取和指标土壤养分状况诊断,第二节土壤中的氮素及其转化,土壤N素的来源土壤N素形态及有效性N素在土壤中转化土壤N素损失的途径,一、土壤中氮素的来源及其质量分数（一）来源1.施入土壤中的化学氮肥和有机肥料2、生物固氮非共生固氮（4.68.4公斤/公顷）和共生固氮（57600公斤/公顷）3、降水英国洛桑为4公斤/公顷年；美国为232公斤/公顷年）；浙江金华为23.1公斤/公顷年4、尘埃为0.10.2公斤/公顷年5、土壤吸附0.0250.1克/公顷年6、灌水：泰国为0.1公斤/公顷年7、成土母质中也有少量的氮素,（二）含量我国耕地土壤全氮含量为0.040.35之间，与土壤有机质含量呈正相关我国土壤含氮量的地域性规律：北增加西长江东增加南增加,二、土壤中氮的形态水溶性速效氮源95%)难利用占3050%离子态土壤溶液中2.无机氮吸附态土壤胶体吸附(12)固定态2：1型粘土矿物固定,有机氮无机氮,矿化作用固定作用,土壤N素形态及有效性,土壤中N素含量高低与土壤有机质之间呈显著的正相关。受植被、气候、地形、母质等多种自然因素的影响,也受到土壤的利用方式,如耕作、施肥、种植、灌溉等农业措施的影响。我国土壤含氮量在0.2-2gkg-1之间,多数含氮量在1gkg-1以下。从北到南,从东到西,土壤含氮量有下降趋势,1.无机态,土壤中的无机N较少,一般只占土壤全N量的1%-2%,最多不超过5%-8%,无机N中有NH4+-N、NO3-N和固定态铵。前两者属于速效养分,后者属于缓效养分。,2.有机N,土壤N素以有机N为主,约占95%以上。按其稳定性大小可分为水溶性、水解性和非水解性三部分。(1)水溶性有机N。主要是简单的游离氨基酸,胺基盐、尿素、酰胺类,占全N含量的5%左右。有少数可以直接被作物利用,如氨基酸。多数要经过转化,释放出NH3,然后再被作物利用。故少数属于速效养分,多数属于缓效养分。(2)水解性有机N。用酸、碱或酶处理时,能够水解成简单易溶性化合物,如蛋白质、多肽核蛋白类、氨基糖类,占全N含量的50%-70%,为缓效或迟效养分。(3)非水解态N。占有机N的30%左右,高者可达50%,矿化速率很低,有效性小,至今仍不十分清楚。,三、土壤中氮的转化,氨化作用硝化作用生物固定硝酸还原作用,有机质,铵态氮硝态氮,挥发损失反硝化作用,NH3N2、NO、N2O,吸附固定淋洗损失,吸附态铵或固定态铵,生物固定,水体中的硝态氮,有机氮,地壳中的氮素平衡（Werner，1980）,（一）有机态氮的矿化作用（氨化作用）,1.定义：在微生物作用下，土壤中的含氮有机质分解形成氨的过程。2.过程：有机氮氨基酸NH4N有机酸,异养微生物水解酶,氨化微生物水解、氧化、还原、转位,3.发生条件：各种条件下均可发生最适条件：温度为2030oC，土壤湿度为田间持水量的60，土壤pH7，C/N25:14.结果：生成NH4N（有效化）,土壤CaCO3含量：呈正相关温度：呈正相关施肥深度：挥发量表施深施土壤水分含量土壤中NH4的含量4.结果：造成氮素损失（无效化）,（四）硝化作用1.定义：土壤中的NH4，在微生物的作用下氧化成硝酸盐的现象2.过程：NH4O2NO24H2NO2O22NO33.影响条件：土壤通气状况、土壤反应、土壤温度等,亚硝化细菌,硝化细菌,最适条件：铵充足、通气良好、pH6.57.5、2530oC4.结果：形成NO3N利：为喜硝植物提供氮素（有效化）弊：淋失、发生反硝化作用（无效化）,（五）无机氮的生物固定1.定义：土壤中的铵态氮和硝态氮被微生物同化为其躯体的组成成分而被暂时固定的现象。2.过程：铵态氮硝态氮生物固定生物固定有机氮,硝化作用硝酸还原作用,3.影响条件土体的C/N比、温度、湿度、pH值4.结果：减缓氮的供应（暂时无效化）；可减少氮素的损失,（六）硝酸还原作用NO3NH4,嫌气条件(硝酸还原酶),（七）反硝化作用NO3N2、NO、NO2,1.生物反硝化作用(嫌气条件）(1)过程：NO3NO2N2、N2O、NO(2)最适条件：含氮量510，新鲜有机质丰富pH58，温度3035oC,2.化学反硝化作用（可在好气条件下进行）NO2N2、N2O、NO发生条件：NO2存在3.结果：造成氮素的气态挥发损失(无效化)，并影响大气(破坏臭氧层、加剧温室效应),(八）硝酸盐的淋洗损失NO3N随水渗漏或流失，可达施入氮量的510结果：氮素损失(无效化),并污染水体(富营养化),四、土壤的供氮能力及氮的有效性有效氮：能被当季作物利用的氮素，包括无机氮(单子叶植物叶菜类作物果菜类和根菜类高产品种低产品种杂交水稻常规水稻营养最大效率期其它时期,根据作物特性施肥不同作物对铵态氮和硝态氮的反应也不