南京农业大学精品课程--土壤肥料学 9 土壤与植物中的中、微量元素营养及中、微量元素肥料.

1、9 土壤与植物中的中、微量元素营养及中、微量元素肥料本章摘要：本章主要介绍了土壤中硫、钙、镁、硼、锰、铜、锌、钼的形态及其转化特征，以及上述元素和铁在植物生长发育中的功能及其它们的缺素症状，还阐述了各中、微量元素肥料中的代表型肥料的性质及其在土壤中的转化规律，最后也讨论了施用中、微量元素的注意事项。9.1 土壤与植物中的中量元素营养及中量元素肥料9.1.1 土壤中的硫、钙、镁素营养9.1.1.1 土壤中的硫素营养土壤硫素含量 土壤全硫含量因土壤形成条件、粘土矿物和有机物含量不同而有很大变化。在温湿条件下，土壤风化及淋溶程度较强，含硫矿物分解淋失，土壤中可溶性硫酸盐很少聚集，土壤硫主要存在于有机

2、质中。而在干旱地区，土壤中的钙、镁、钾、钠的硫酸盐常常大量积累在土层中。含有1:1型粘土矿物及水化氧化铁(铝)的土壤，可以吸收一定量的代换性SO42-。世界耕地全硫含量在0600mg/kg范围内。富含有机质的土壤中可超过500mg/kg。中国土壤的硫含量在100500mg/kg之间。在南部和东部湿润地区，有机硫占全硫的比例可达到85%94%。在干旱的石灰性土壤上，则以无机硫占优势，一般约占全硫的39%62%，并以易溶性硫酸盐和与碳酸盐共沉淀的硫酸盐为主。中国南方诸省，因高温多雨，土壤硫易分解淋失，是缺硫土壤的主要分布区。北方土壤也有相当大比例的土壤存在缺硫或潜在缺硫现象。土壤中的硫素形态 土壤

3、中含硫化合物可分为无机态和有机态两种。无机硫是指未与碳结合的含硫物质，主要来自岩石的风化过程。根据其物理和化学性质可将之划分为四种形态：(1)水溶性硫，即溶解于土壤溶液中的硫酸盐；(2)吸附态硫，即吸附于土壤胶体上的硫酸根；(3)与碳酸钙共沉淀的硫酸盐，是指在碳酸钙结晶时混入其中的硫酸盐与之共沉淀而形成的，是石灰性土壤中硫的主要存在形式；(4)硫化物，在淹水情况下，由硫酸根还原而来。有机硫是指土壤中与碳结合的含硫物质。其主要来源是：(1)新鲜的动植物残体；(2)微生物细胞及微生物合成过程中的副产品；(3)土壤腐殖质。土壤有机硫可分为氢碘酸还原硫、碳链硫和惰性硫三类。土壤中硫素的转化 土壤中的含

4、硫物质在生物和化学作用下发生着一系列的转化作用。无机硫的转化包括无机硫的氧化与还原作用。硫酸盐的还原作用主要通过两种途径进行：一种是生物将SO42-吸收到体内，在体内将之还原并合成细胞物质，如含硫氨基酸；另一种则是硫酸根在硫还原细菌作用下被还原为还原态硫，如硫化物、硫代硫酸盐和元素硫等。无机硫的氧化作用，即还原态硫在硫氧化细菌参与下氧化为硫酸盐的过程。有机硫的转化也是在微生物作用下进行的生物化学过程，在好气条件下，其最终产物是硫酸盐；在嫌气条件下，则生成硫化物。9.1.1.2 土壤中的钙素营养土壤钙素含量 地壳中平均含钙如36.4g/kg。土壤全钙含量变化很大，主要受成土母质、风化条件、淋溶强

5、度和耕作利用方式的影响。例如由石灰岩发育的土壤，一般因母质中含有大量的CaCO3而使土壤含钙丰富；而在温湿条件下，高度风化和淋溶的土壤含钙量通常很低。土壤钙素形态 土壤中含钙物质的化学形态和存在状态可分为矿物态钙、交换态钙和溶液钙三种。矿物态钙存在于土壤矿物晶格中，不溶于水，也不易为溶液中其它阳离子所代换。矿物态钙在全钙中的比例为40%90%。土壤中的含钙矿物主要是斜长石和方解石等几种，含钙矿物较易风化。交换态钙为吸附于土壤胶体表面的钙离子，是土壤中主要的代换性盐基离子之一，是作物可利用的钙。溶液钙(或水溶态钙)是指存在于土壤溶液中的钙离子。溶液钙与交换态钙之和称为有效态钙。土壤钙素转化 土壤

6、中含钙硅酸盐矿物较易风化，风化后以钙离子形式进入溶液。其中一部分为胶体所吸附成为交换态钙。含钙碳酸盐矿物如方解石、白云石、石膏等溶解性很大。含钙矿物风化以后，进入溶液中的钙离子可能随排水而损失，或为生物所吸收，或吸附在土壤固相周围，或再沉淀为次生钙化合物。华北及西北地区土壤中含钙的碳酸盐和硫酸盐向土壤溶液提供的钙离子浓度已足够植物生长的需要。而华南的酸性土壤则既不含碳酸钙，又不含硫酸钙，含钙硅酸盐矿物通过风化溶解出来的少量钙离子又被强烈淋溶，造成土壤缺钙。交换态钙与溶液钙处于平衡之中。土壤中交换态钙的绝对数量并不十分重要，而交换态钙对土壤阳离子交换量的比例却很重要，因为该比例对溶液中钙浓度有直

7、接的控制及缓冲作用。溶液钙还与土壤固相钙(尤其是CaSO3和CaSO4等)形成平衡。9.1.1.3 土壤中镁素营养土壤镁素含量 地壳平均含镁量为19.3g/kg，而土壤全镁含量平均为5g/kg。土壤镁含量高低主要受成土母质及风化条件等的影响，我国土壤全镁含量地区性差别很大。由于镁大多存在于较细的土粒中，粘粒和粉砂所含的镁占全镁量的95%以上，砂质土全镁含量一般很低。水成土因水的灌、排及溶漏的影响而导致镁的损失，以及强烈的还原条件使矿物表面的氧化铁胶膜减少促进了镁的释放和淋洗，而使其全镁含量明显降低。土壤镁素形态 土壤中的镁包括矿物态、非交换态、交换态及溶液态镁几种形态。矿物态镁指存在于原生矿物

8、和次生粘土矿物中的镁，是土壤中镁的主要来源，约占全镁含量的70%90%。土壤中含镁的原生矿物主要有：橄榄石、辉石、角闪石、黑云母等。含镁矿物都是较易风化的，因而在风化程度较高的土壤中，很难找到含镁的原生矿物。土壤矿物态镁主要存在于粘土矿物中，如蛇纹石、滑石、绿泥石、蛭石、蒙脱石、伊利石等。此外，土壤中还含有许多非硅酸盐含镁矿物，如菱镁石、白云石、硫酸镁等，它们在土壤中部分溶于水，能为植物提供相当数量的镁。中国南方大多数土壤的含镁矿物已遭受强烈的风化，而含量颇丰的高岭石和三水铝石等粘土矿物又不含镁，故土壤全镁含量低。非交换态镁(又称酸溶态镁、缓效态镁)是指能被0.05mol/L HCl、1mol

9、/L HNO3或0.1mol/L HCl等浸提的部分矿物态镁，其数量与浸提所用酸的强弱及浓度有关。这部分镁的含量可作为植物能利用的潜在有效镁 。土壤交换态镁是指被土壤胶体吸附，并能为一般交换剂所交换下来的镁。交换性镁含量与土壤的阳离子交换量、盐基饱和度以及矿物性质等有关。溶液态镁是指存在于土壤溶液中的镁离子，其含量一般为每升几毫克到几十毫克，也有高达几百毫克者，是土壤溶液中含量仅次于钙的一种元素。溶液态镁与交换态镁之和称为有效性镁。此外，土壤中还存在少量有机态镁，并以非交换态存在。土壤镁素的转化 土壤中各种形态镁之间的关系可用下式示意：风化缓慢迅速矿物态 非交换态 交换态 液态 矿物态镁在生物

10、、化学和物理风化作用下破碎分解，参与土壤中各种形态镁之间的转化与平衡。交换态和非交换态之间存在着平衡关系，非交换态可以释放为交换态，反之也可以产生固定。溶液镁与交换态镁之间也可以发生吸附与解吸的平衡过程，且速度较快。9.1.2 植物体内硫、钙、镁元素的主要营养功能9.1.2.1 硫素的主要营养功能硫被植物吸收利用的主要形态为SO42-，空气中的SO2也可以被植物吸收。进入体内的硫被同化后以硫氢基、双硫基存在于胱氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸和蛋氨酸等化合物中。硫参与多种重要物质的组成，几乎所有的蛋白质都含有硫氨基酸。因此，硫在植物细胞的结构和功能中都有重要作用。如硫辛酸、硫胺素、乙酰辅酶A、铁氧还素

11、等生物活性物质中都含有硫。辅酶A中的硫氢基在植物能量转化中具有突出效应。硫能促进豆科作物形成根瘤，参与固氮酶的形成，增强固氮活力。此外，氨基酸转换酶、羧化酶、脂肪酶、苹果酸脱氢酶都是含硫氢基的酶，这些酶对植物的多种代谢有重要影响。缺硫时可引起作物体内蛋白质合成受阻，出现硝酸盐、可溶性有机氮和胺的积累现象。加强作物硫营养在许多植物上均可改善农产品品质，如提高氨基酸、蛋白质含量，及油料作物产品的油分含量。油菜是需硫较多的作物之一，正常情况下相当于大麦等禾谷类作物需硫量的310倍，在供氮充足的条件下，作物需要更多的硫以进行正常的代谢和生长发育。充足的硫素营养有利于改善小麦面粉的烘烤品质，尤其是在高氮

12、水平下，若硫素供应不足，烤出的面包体积小、口味差。充足的硫营养有利于作物对水分的高效利用。一般来说，每生产1吨谷类籽粒需吸收硫16kg，豆科作物种子需513kg，油料作物种籽需520kg。籽粒作物总吸硫量中约有一半左右存在于基叶中，其带走的比例介于氮、钾之间。缺硫时，作物生长受阻，尤其是营养生长，其症状为株型矮小，分蘖分枝小，叶片失绿黄化，并向上卷曲，变硬、易碎，过早脱落。缺硫症状常出现在植物顶部较幼嫩的部位，这是因为硫在植物体内的移动性较小，这一点与氮素明显不同。9.1.2.2 钙素的主要营养功能植物吸收的钙主要是呈二价阳离子形态。进入植物体内的钙对胞间层的形成和稳定性具有重要意义，它以果胶

13、酸钙的形态粘结两相邻细胞，使细胞与细胞能够联结起来形成组织，并使植物的器官或个体具有一定的机械强度。缺钙影响细胞壁和纺缍丝形成，并使细胞分裂不能正常进行。钙还能参与维持生物膜的稳定性，对膜电位、膜透性、离子运转及原生质粘滞性、胶体分散度都有一定效应。钙能中和作物体内代谢过程产生过多且有毒的有机酸，调节细胞pH。钙是一些重要酶类的激活剂。钙能加强有机物的运输，如加速糖分运输，增强光合效率。Ca2+与作物钙调素结合具有多种调节细胞功能的作用。缺钙时，会引起许多营养失调症。如缺钙导致番茄、辣椒的脐腐病，大白菜、生菜的干烧心，马铃薯的褐斑病，苹果的苦陷病和鸭梨的黑心病等。适当增加采收后果实中的钙水平，

14、能明显抑制采后果实的呼吸、乙烯的释放、软化以及其它生物病害，并提高果实品质。采前钙处理和采后喷钙均对果实保鲜和贮运有良好效果。双子叶植物体内含钙量通常高于单子叶植物，尤其是豆科植物含钙量更高。由于钙在植物体内极难移动与再利用，因此植物缺钙时，首先在新根、顶芽、果实等生长旺盛而幼嫩的部位表现出症状，轻则凋萎，重则坏死。9.1.2.3 镁素的主要营养功能二价镁离子是植物吸收镁的主要形态。因为镁是植物体内多种重要成分的组成元素。叶绿素的形成需要镁，镁是叶绿体的中心金属离子，在叶绿体中10%左右的镁包含在叶绿素里。缺镁时，叶绿素及B类胡萝卜素含量下降，叶片褪绿，对CO2的同化能力下降，光合能力降低。大

15、麦叶片内镁浓度低于0.12mg/g时，叶片净同化力等于零。镁离子和钾离子在光合电子传递过程中共同作为H+的对应传递离子，以维持类囊体的跨膜质子梯度。镁离子转移至叶绿体间质，则可以活化二磷酸核酮糖羧化酶和5-磷酸核酮糖激酶等。镁参加活化糖酵解和三羧酸循环过程中的磷酸已糖激酶等许多酶。镁是丙酮酸激酶、腺苷激酶等的组成分，在氮素同化中，谷氨酰胺合成酶的激活也需要镁，在蛋白质生物合成中，镁的作用是促进核糖体亚单位的结合，镁不足将影响核糖体的正常结构而使蛋白质合成能力降低。镁的缺乏症状首先是出现在中下部叶片，因为镁在植物体内有较高的再利用性。缺镁植物叶片脉间失绿，严重时叶缘死亡，叶片出现褐斑。缺镁的叶子

16、往往僵硬且脆，叶脉扭曲，常过早脱落。不同作物表现的症状也有所不同。如玉米缺镁时，下部叶片则出现典型的叶脉间条状失绿症。水稻缺镁首先在叶尖、叶缘出现色泽退淡变黄、叶片下垂、脉间出现黄褐色斑点，随后向叶片中间和茎部扩展。小麦缺镁叶片脉间出现黄色条纹，心叶挺直，下部叶片下垂，叶缘出现不规则的褐色焦枯，仍能分蘖抽穗但穗小。柑桔缺镁常使老叶叶脉间失绿，沿中脉两侧产生不规则黄化斑，逐渐向叶缘扩展。番茄缺镁新叶发脆并向上卷曲，老叶脉间变黄而后变褐、枯萎，进而向幼叶发展，结实期叶片缺镁失绿症加重，果实由红色褪变为淡橙色。作物缺素的形态症状总是滞后于生长所受影响，况且作物遭受一定程度的缺镁往往在形态上并不表现出

17、症状，而产量已受到严重影响。所以，配合植株、土壤的化学诊断，以弥补形态诊断之不足是必要的。关于镁素营养临界指标的研究已积累不少资料，但须注意应用条件，因为镁素营养临界指标随作物种类及品种、取样时期与部位、整体营养水平或产量水平等而异。9.1.3 硫、钙、镁肥的性质及其施用9.1.3.1 硫肥的肥效及其施用硫肥（sulfur fertilizer）的肥效 自然界中具有多种含硫矿物，如硫黄矿、硫铁矿、石膏矿等都是高含硫的矿物。经开采、加工，或直接用于肥料，或用于生产其它化学硫肥。常用的化学硫肥包括普通过磷酸钙、硫酸铵、含硫微肥等。此外，还有一些其它含硫的农家肥，以及自然沉降、灌溉水等也能向土壤补充

18、一定量的硫。在上世纪60年代，报道缺硫的国家共有36个，到80年代增至70多个，而且这种趋势还在继续发展。缺硫面积不断增大的主要原因包括：(1)复种指数的增加及作物产量的提高，从土壤中移走硫的强度明显增加，而得不到相应的补充；(2)副成分含硫的肥料用量大幅度减少，如过磷酸钙被其它磷肥所替代，硫酸铵被尿素替代，导致土壤中硫的补给量逐年减少；(3)大气污染治理；(4)高含硫农药被替代；(5)秸秆作为燃料，硫不能归还土壤等。在中国，已有三分之二的省份报道缺硫，硫肥的研究已受到重视。施用硫肥增产的作物已有20多种，包括谷物、油料作物、绿肥、牧草、经济作物等。硫肥的施用 硫肥的施用包括硫肥施用量的估算、

19、硫肥品种的选择及施肥时间的确定。关于硫肥施用量各地报道差距很大，主要应依据土壤、作物间供需矛盾大小确定。在水稻上，一般每公顷施用80190kg石膏或30kg硫黄；如果沾秧根，则用410kg石膏。具体用量视土壤有效硫水平高低而定。就一般作物而言，土壤有效硫低于16mg/kg时，施硫才会有增产效果，若有效硫大于20mg/kg，除喜硫作物外，施硫一般无增产效果。在不缺硫的土壤上施用硫肥不仅不会增产，甚至会导致土壤酸化和减产。十字花科、豆科作物以及葱蒜、韭菜等都是需硫较多的作物，对施肥的反应敏感。而谷类作物则比较耐缺硫胁迫。硫肥用量的确定除了应考虑土壤、作物硫供需状况外，还要考虑到各元素间营养平衡问题

20、，尤其是氮、硫的平衡。一些试验表明，只有在氮、硫比接近7时，氮、硫才能都得到有效的利用。当然，这一比值应随不同土壤氮、硫基础含量不同而作相应调整。关于硫肥品种的选择，同样也是重要的。硫酸铵、硫酸钾及金属微量元素的硫酸盐中的硫酸根都是易于被作物吸收利用的硫形态。普钙中的石膏肥效要慢些。施用硫酸盐肥料的同时不应忽视由此带入的其它元素的平衡问题。施用硫黄虽然元素单纯，但须经微生物转化后才能有效，其肥效与土壤环境条件及肥料本身的细度有密切关系，而且其后效也比硫酸盐肥料大得多，甚至可以隔年施用。硫肥施用的时间也直接影响着硫肥效果的好坏。在温带地区，硫酸盐类等可溶性硫肥春季使用效果比秋季好。在热带、亚热带

21、地区则宜夏季施用。硫肥一般可以作基肥，于播种或移栽前耕地时施入，通过耕耙使之与土壤混合。根外喷施硫肥仅可作为补硫的辅助性措施。使用微溶或不溶于水的石膏或硫黄的悬液进行沾根处理是经济用硫的有效方法。9.1.3.2 钙肥的肥效及其施用钙（lime fertilizer）肥的肥效 酸性土壤施用石灰在我国已有悠久的历史，施用石灰一方面矫正了过低的土壤pH，另一方面向作物提供了丰富的钙素营养。在我国南方酸性土壤上施用石灰也成为农业生产中一项基本的施肥措施。除少数盐渍土外，施用石灰普遍表现出改土培肥、增产增收的良好效果。其中大豆、大麦、棉花、紫云英等作物对施用石灰较敏感，且表现出对钙的需要量多、肥效好；小

22、麦、水稻、花生、芝麻等作物次之；油菜反应不敏感，甘薯产生负效应。有人建议采用pH5.5作为是否需要施用石灰的土壤临界值，低于该值则应施用石灰。近年来，部分蔬菜作物因缺钙引起的生理病害在不断增加，甚至在华北的石灰性土壤上，施用钙肥对蔬菜作物都表现出增产、改善品质、减轻病害的作用。钙肥的施用 土壤酸性加剧了土壤钙的贫瘠，调节土壤酸度和提供钙水平最理想的物料莫过于石灰物质。因为石灰物质不仅资源丰富，而且能起到治酸增钙双重效果。在酸性土壤上确定出一个适宜的石灰用量并非易事。首先要考虑到土壤总酸度，因为活性酸量与之比较简直是微不足道。施用石灰既中和了土壤的活性酸，也中和了土壤的潜在酸，并给土壤溶液与胶体

23、增加了Ca2+，且通过反应将代换出来的Al3+形成Al(OH)3沉淀而消除活性铝的危害。要确定石灰的需要量就必须了解土壤中代换性H+和Al3+的量，这就需要测定土壤阳离子交换量及盐基饱和度，计算出代换性酸饱和度，根据阳离子交换量、代换性酸饱和度及单位面积土壤耕层总质量计算出总的潜在酸量，以此作为施用石灰物质的直接依据。考虑到不同石灰物质的溶解性能、目标土壤酸性以及施用均匀性问题，田间应用时还须进行校正。生石灰取校正系数0.5，石灰石粉取1.3。在这一经典方法之后，中国科学院南京土壤研究所根据我国土壤酸碱度划分等级，对不同质地的酸性土壤第一年的石灰需要量提出了一个经验标准，简化了石灰施用量的确定

24、方法（见表9-1）。 表9-1不同质地的酸性土壤第一年石灰施用量(kg/ha) 土壤酸度类型粘土壤土砂土强酸性（pH4.55.0）酸性(pH5.06.0)微酸性(pH6.07.0)225011251875750150075011253757507501125375750375盲目过量地施用石灰可能导致石灰板结田或次生碳酸盐土壤，土壤理化性状变劣，并造成多种营养元素失调。因此，一定要合理施用石灰，最好是配合有机肥及其它营养元素肥料的施用。由于各种石灰物料的性质不同，中和酸的能力也不同，这就需要对各种石灰物质提出一个可供相互比较的统一标准，于是就提出了一个中和值的概念，它是以CaCO3的摩尔质量为

25、100，其余物料与之相比的摩尔质量百分率，如CaO的摩尔质量为56，则CaO的中和值为100/56100=179，也就是说100克CaO中和酸的能力相当于179克CaCO3。以此类推，则菱镁矿(MgCO3)为119，白云石(CaCO3MgCO3)为109，熟石灰(Ca(OH)2)为136，硅酸钙(CaSiO3)为86。在改善土壤作物钙营养方面，石膏是另一种重要的肥料。石膏不仅供应钙，而且还含有18%的硫。在我国西北、华北、东北地区，干旱、半干旱地区还分布许多碱化土壤，土壤溶液含浓度较高的碳酸钠、重碳酸钠等盐类，土壤胶体被代换性Na+所饱和，钙离子很少，土壤胶体分散。这类土壤需要施用石膏来中和碱

26、性、改良土壤理化性状、降低Na+毒害。一般来说，当土壤代换性Na+的比例达到10%20%时，就需增施石膏来调节作物钙素营养，代换性Na+达到20%以上时，就需施用石膏来改良土壤。改良土壤时石膏施用量大约在375450kg/ha。9.1.3.3 镁肥的肥效及其施用镁肥（magnesium fertilizer）的肥效 镁肥肥效的高低主要取决于土壤有效镁供应水平及作物对镁肥的反应程度，同时也受到施肥技术、环境条件等因素的影响。上世纪60年代初，在我国南方酸性红壤上施用镁肥使水稻、大豆明显增产。70年代，海南岛的大面积橡胶出现缺镁黄叶症状，花生、油菜、马铃薯、甜菜、玉米等作物也相继出现对镁肥的良好反

27、应。80年代之后，随着复种指数提高、作物产量增加，以及含镁化肥和农家肥使用量比例的降低，镁肥显效的作物种类和土壤普遍性扩大，缺镁现象日益加重，施用镁肥的增产效果越来越明显。镁肥肥效与土壤有效镁含量之间密切相关，见表9-2。表9-2代换性镁含量与镁肥肥效 土壤 pH 代换性镁 (Mg,mg/kg) 稻谷产量(kg/ha) CK +Mg增产率(%) 黄泥田 5.5 16 5899.0 6913.5 17.4 灰砂田 6.0 23 4957.5 5775.0 16.5 灰砂田 5.3 29 5833.5 6211.5 6.5 灰黄泥田 5.4 44 5579.5 6060.0 4.8 灰泥田 5.4

28、 49 6507.0 6617.0 1.7 灰黄泥田 5.6 51 5628.0 5565.0 -1.1镁肥的施用 土壤、作物之间镁素供需矛盾的大小是决定镁肥用量的重要依据。一般认为，土壤有效镁含量小于40mg/kg即需要施用镁肥。土壤缺镁条件下，对于需镁较多的作物，施用硫酸镁(MgSO47H2O)的量一般在150225kg/ha为宜。盛果期的柑桔每穴施用0.20.3kg。根外喷施硫酸镁的浓度为1%2%，每公顷喷375750kg溶液。镁肥施用不宜过多，以免引起多种营养元素失衡而影响作物正常生长发育，导致作物产量与品质的降低。在选择镁肥品种时，应注意到不同镁素化肥对土壤酸碱性的不同影响。接近中性

29、或微碱性土壤宜选择硫酸镁或氯化镁肥料，而在酸性土壤上则宜选用碳酸镁为好。试验证明，在酸性土壤上，等量施用四种镁肥，肥效高低顺序为MgCO3Mg(NO3)2MgCl2MgSO4。在缺镁的酸性土壤上，由白云岩烧制的生石灰是理想的镁肥，既供应镁，又兼有供应钙和改良土壤酸性的作用。如果施用白云石粉，则可平稳地供给作物镁、钙营养。此外，草木灰、钙镁磷肥、硫酸钾镁肥等也都是理想的含镁肥料。对于那些酸性强、质地粗、淋溶强的缺镁土壤，以及大量施用钙、钾肥的土壤，镁肥的施用往往是十分必要的。近年来，有人发现在某些轻质脱盐土上作物对镁肥也有良好的反应。镁肥的施用方式灵活，可以作基肥或追肥，也可以根区土施或根外追肥

30、。镁肥与有机肥或其它化肥配施，其增产效果更大。9.2 微量元素营养与微肥微量元素(microelements) 这是针对大量元素和中量元素而言的一个相对概念。它是指在土壤中的含量及其可给性较低，植物对它们的需要量很少的一类植物必需元素。植物体内微量元素的含量通常在n10-1 n10 mg/kg之间，最高不超过n103 mg/kg。作物对微量元素的需要量虽然很少，但是，它们同大量元素一样，也直接参与植物体内的代谢过程。以微量元素为主要成分的肥料称为微量元素肥料，简称微肥。如锌肥、铁肥、硼肥、钼肥、铜肥、锰肥等。只有在施用大量元素肥料的基础上施用微肥，才能较好地发挥微肥的肥效。同时，作物对微量元素

31、的反应也因大量元素的供应水平不同而异。通常随着大量元素肥料施用量的增加，作物对微量元素的吸收数量也会相应增多，若此时施用微量元素肥料则可以促进作物对大量元素的吸收利用，充分地发挥其增产作用；如果没有补充微量元素肥料，就可能会影响作物对大量元素肥料的吸收利用。此外，大量元素肥料施用不合理也会诱发微量元素的缺乏，例如过量施用磷肥会诱发作物缺锌，这需要通过施用相应的微肥去解决。因此，在农业生产中必须协调好微量元素肥料与大量元素肥料之间的关系，只有将二者合理配合施用才能更好地发挥它们的增产效益。9.2.1 土壤中的微量元素9.2.1.1 土壤中微量元素的含量与形态1.土壤中微量元素的含量 微量元素在土

32、壤中的含量一般为百万分之几到十万分之几，最高不超过千分之几，只有铁例外，土壤中铁的含量可高达4%。土壤中的微量元素主要来自于成土母质，其含量受成土母质种类与成土过程影响。成土母质种类决定了土壤中微量元素最初的含量水平，而成土过程则促使最初含量发生变化，并影响着微量元素在土壤剖面中的分布。因此，不仅在不同土类中，微量元素含量存在差异，而且即使在同一土类中，因成土母质不同，微量元素含量也往往有较大差异。例如在赤红壤和红壤中，由花岗岩、片麻岩和砂岩发育的，硼含量都很低，而由石灰岩、页岩发育的，硼含量可高出10倍以上。我国一些土壤的微量元素含量范围和平均含量列于表9-3。 表9-3 中国土壤中微量元素

33、含量 （单位： mg/kg）硼钼锌铜锰土壤0500(64) 0.16.00(1.7)0790(100)3300(22)109478(710)砖红壤赤红壤红 壤黄 壤紫色土红色石灰土棕 壤黄棕壤草甸土黑 土958 (20)0.572(24)1125(40)5453(52)2043(31)20351(113)3192(61)56100 (85)3272(54)3669(54)0.503.10(1.94)0.143.03(1.83) 0.3011.9 (2.43)0.104.49 (1.53)0.321.10 (0.55)0.502.83 (1.83)04.0(2.3)0.31.4(0.8)0.25

34、.0(2.4)0.52.1 (1.4)0323(103)0750(84)11492(177)14182 (81)48131(109)93374(213)44770(98)55122 (94)51130 (87)5866 (61)2118(44)044(17)0.191 (22)1122 (25)754 (23)22283(57)1833 (23)1465 (22)1835 (26)1978 (26)105000(636)114232(565)105532(373)425920(548)2823627(1520)3401000 (270)2001500 (741)4801300 (940)590

35、1100 (990)注：括号中数字为平均含量。土壤微量元素含量也受土壤质地影响。质地很细的土壤或土壤的细粒部分，多来自易风化的矿物，是微量元素的主要来源。砂质土壤和土壤的砂粒部分，则来自抗风化能力强的矿物（例如石英等），它们的微量元素含量较低。因此，微量元素含量低或者缺乏微量元素的土壤，往往是质地粗松的土壤。土壤微量元素含量还与土壤有机质含量有关。有机质含量高时，微量元素的含量相应较多，当土壤有机质含量为5%15%时，微量元素含量将达到最高值；有机质含量继续增加，微量元素含量反而减少。纯泥炭土中微量元素含量最低，这种情况主要出现在高位泥炭中；而中位和低位泥炭中则有微量元素积聚；只有锌例外，它在

36、高位泥炭中最高（表9-4）。表9-4 泥炭中微量元素的含量 （单位：mg/kg）元 素高 位 泥 炭中 位 泥 炭低 位 泥 炭锰锌铜钼硼25.419.22.30.50.461.016.45.41.10.620810.38.42.23.3对于有生物学意义的微量元素来说，土壤微量元素总含量只能看作潜在供给能力和储备水平的指标。而其可溶部分，即对植物有效部分，对于供给能力的评价则有更重要的意义。土壤微量元素的可溶部分，约占全量的百分之几或者更低（表9-5）。实际上因土壤类型和所用的提取剂的不同，这些指标有很大差异。我国土壤中微量元素的可溶部分的含量见表9-5。表9-5 土壤微量元素全量与可溶部分的

37、比率元素全量（g/g）可溶部分（%）硼锰铜锌钼64710221001.7约10或10约110约1约0.1约12.土壤中微量元素的形态与转化（1）土壤中微量元素的形态 各种微量元素在土壤中的存在形态可分为：水溶态、交换态、氧化物结合态（包含氧化锰、无定型氧化铁和晶型氧化铁结合态）、有机结合态（包含松结有机态与紧结有机态）和矿物态（包含原生与次生矿物结合态）等，在石灰性土壤中还可分出碳酸盐结合态。在上述各形态中，水溶态和交换态的活性最强，其占总含量比例不到5%10%。不同的元素种类、不同的土壤类型与土壤环境条件都会影响微量元素在各形态中的分配比例（表9-6，表9-7）。表9-6土壤中锌、铜在各形态

38、中的分配比例（%）元素交换态（含水溶态）碳酸盐结合态氧化锰结合态有机结合态无定型氧化铁结合态晶型氧化铁结合态矿物结合态Zn0.30.21.35.82.328.561.2Cu0.23.21.510.913.331.041.1表9-7不同pH土壤中铜、锌在各形态中的分配比例（%）土壤元素交换态碳酸盐结合态氧化锰结合态有机结合态无定型氧化铁结合态晶型氧化铁结合态矿物结合态黄红壤Cu0.01-31141962pH5.04Zn2-3611673黄棕壤Cu0.2-317133136pH6.55Zn0.5-191.53057黄潮土Cu0.330.012143843pH8.25Zn0.0111133064可见

39、，有机质对铜的结合力远大于锌，而锌则主要存在于矿物结合态中。提高土壤pH对降低交换态锌的作用明显高于铜。（2）土壤中微量元素的形态转化 上述各种结合态的微量元素，在土壤中保持动态平衡。当植物由土壤溶液中吸收某一微量元素时，土壤溶液中这一元素存在于交换性复合体中，于是有部分离子释放出来，使土壤溶液中这一元素保持原有水平；同时也会有矿物和沉淀溶解，来补充土壤溶液和重新占有交换位置。微生物的代谢活动中从土壤溶液吸收微量元素，而当有机物分解时，又会释放出微量元素到土壤溶液中。在上述的平衡体系中，有许多化学反应同时进行着，而土壤溶液则是所有的重要土壤化学反应过程的中心，同时又是植物吸收养分的介质。9.2

40、.1.2 影响土壤微量元素有效性的因素土壤中微量元素供应不足的原因有二，其一是含量过低；其二是有效性过低，微量元素大多以植物不能吸收利用的形态存在。前者是土类类型和成土母质决定的，后者则是受土壤中许多因子如pH值、氧化还原电位、质地、通透性、水分状况以及有机质和微生物活动等的影响所致。1. 土壤pH 土壤微量元素的有效性与酸碱度的关系因元素种类而异。以阳离子形态存在的元素和硼的有效性随着土壤pH值的降低而加大，以阴离子存在的微量元素如钼等则随着土壤pH值的提高，有效性增大。土壤pH值从5上升到8时，植物吸收的硼、锰、锌、铁、铜减少。因此，在我国北方的石灰性土壤地区，农作物易发生缺锌、缺铁症状。

41、2. 土壤Eh 土壤的氧化还原电位对一些变价微量元素的有效性有明显的影响，尤其是在水稻土中更为突出。氧化还原电位改变时，具有多种原子价的元素如铁、锰的原子价和结合形态都会发生改变。在还原条件下，锰还原为Mn2+而进入土壤溶液，或者在酸性反应下被交换性复合体吸附，而在中性条件下Mn2+开始沉淀成氢氧化物、氧化物或形成碳酸盐。pH值与电位间常有交互作用，例如在碱性条件下，氧化过程进行迅速。土壤中的Mn2+受pH和电位的双重控制；在pH 5以下的通气良好的土壤中，pH可单独控制它的溶解度。 3. 土壤水分状况 土壤含水量高或渍水时，由于氧化还原电位降低，对微量元素的有效性有较大的影响，尤其是在水稻土

42、上。当渍水后，氧化还原电位降低，pH值上升，CO2分压升高，会导致铁锰氧化物还原而溶解，同时释放出所吸附和包蔽的微量元素；另一方面，在还原条件下，锌、铜、铁等会形成难溶的硫化物；此外，渍水后土壤有机质因分解缓慢而积累，一些微量元素如铜，被有机质紧密吸附而固定，使其有效性下降。 4. 土壤有机质 有机质具有离子交换和配合能力，可与某些微量元素如铜、锌、铁、锰、铅等形成稳定的可溶或难溶性的配合物。有时可作为微量元素的可溶络合剂的来源。另一方面，在富含有机质的土壤上，一些微量元素例如铜常被固定而导致农作物缺铜，进入此类土壤的有害重金属污染元素，则因钝化而变得难以被植物吸收，使其毒害减轻。5. 土壤质

43、地 质地对微量元素有效性的影响是多方面的。由于成土母质的种类和成土过程的缘故，质地粗的土壤微量元素含量往往很低，同时由于通透性良好，使某些微量元素如锰以高价形态存在，有效性降低。而质地粘重的土壤有较大的表面积和离子交换量，对微量金属离子有较大的吸持力和保肥力，有效性亦较高；该类土壤对于有害的重金属元素同样也有较大的容许含量。当阳离子交换量分别为15cmol（+）/kg时，对镉、铜、锌、镍、铅的容许含量约可提高1倍而不至于对植物有害。6. 吸附作用 与常量元素一样，在粘粒矿物、二、三氧化物和有机质表面上都存在着微量元素的吸附现象，对控制微量元素的有效性有重要意义。阳离子态微量元素如锌、钼、锰等在

44、负电荷的表面上发生阳离子交换反应；硼、钼、等含氧阴离子也会被交换物质所吸附。这种由于静电引力而发生的吸附反应，为交换性吸附，是一个可逆的和按当量进行交换的过程。此外，强选择性吸附即专性吸附，属于化学吸附，被吸附离子为非交换性的，不能以常用的交换剂来提取，需要使用亲和力更强的吸附剂进行提取。专性吸附的微量元素不易为植物吸收。粘粒矿物在吸附反应中起着重要作用。微量阳离子被交换的难易顺序为：Cu Ni Co Zn 。上述顺序因交换活性物质和溶液浓度和酸度不同而常改变。微量阴离子的吸附有类似的情况，钼酸根（MoO42-）在阴离子交换物质中，比磷酸根和硫酸根弱，比硼酸根和卤素强，一般是与OH基间的交换。

45、其难易程度可排成下面的顺序： P S Mo Cl土壤中的铁、锰氧化物包蔽和吸附着许多微量元素。氧化锰具有很大的吸附容量，富集了许多微量元素，尤其是钼、锌。这些元素在氧化锰中的含量有时会占其总含量的20%，远高于同层次土壤中的含量。有机质对微量元素的吸附固定比较突出，尤其在有机土中。在未垦的有机质较多的土壤上，可观察到表层有铜、钼等的富集现象（按矿物部分为基础计算）。在一定情况下，有机质对微量元素的固定较无机固定显著。7. 土壤微生物 微生物活动对土壤中微量元素有效性的影响主要表现在下列几个方面： 微生物活动对其它微量元素有效性的重要影响是促进有机质分解，使有机结合态的微量元素分解释放出来。 同

46、化吸收微量元素到微生物体内，因暂时固定而不能为高等植物利用。 在嫌气条件下使微量元素还原成易溶的低价态。 在好气条件下氧化微量元素使之成为高价状态。 在改变pH值和氧化还原电位过程中起间接作用。铁和锰的微生物氧化还原作用最为突出。土壤中的一些微生物可使铁和锰氧化成高价状态，有效性降低。当土壤不发生化学氧化时仍然有生物氧化进行着。在中性到碱性土壤中有机物分解得缓慢，而生物氧化铁锰进行得比较迅速；在酸性土壤中，有机物分解迅速，生物氧化铁锰进行得很缓慢。9.2.1.3 土壤微量元素的评价方法与指标（1）热水溶性硼（hot water-soluble boron） 用沸水浸提。（2）有效态锌、铜（av

47、ailable zinc and copper） 石灰性土壤用pH 7.3的DTPA+CaCl2+TEA（三乙醇铵）溶液提取；酸性土壤用0.1mol/L的HCl溶液提取。（3）有效态铁（available iron） 常用pH 7.3的DTPA+CaCl2+TEA溶液提取。（4）有效态锰（available manganese） 交换性锰用pH 7.0的1mol/LHOAC+NH4OAC 溶液提取，易还原态锰用pH 7.0的1mol/LHOAC+NH4OAC +0.2%C6H4(OH)2 溶液提取。 （5）有效态钼（available molybdenum） 草酸+草酸铵(pH3.3)。据上述

48、测定方法，可将土壤有效态微量元素的分级和评价指标列于表9-8。 表9-8 土壤有效态微量元素的分级和评价指标 （单位：mg/kg）元 素很低低中 等高很高临界值水溶态硼2.000.50有效态钼0.300.15交换态锰易还原态锰1.05.03003.0100有效态锌*有效态锌*1.05.05.01.50.5有效态铜*有效态铜*1.06.01.82.00.2*适用于石灰性土壤， *适用于酸性土壤 9.2.2 植物的微量元素营养9.2.2.1 植物体内微量元素的含量、形态和分布（1）硼 植物体内硼含量通常在2100mg/kg之间，各种植物间的含量差异很大，其中双子叶植物的含量比单子叶植物高。烟草含硼

49、25mg/kg，甜菜可达100mg/kg，而谷类植物只有410mg/kg。同一植株的不同组织，其含量也有较大差异，硼比较集中分布在茎尖、根尖、叶片和花器官中。据华中农业大学测定，棉花初铃期各器官含硼量平均为：叶片30.9 mg/kg，叶柄18.7 mg/kg，主茎1834 mg/kg，繁殖器官22.2 mg/kg。硼以B(OH)3形态被植物吸收，运输到植物各部位的硼几乎不再移动，难以再利用。当介质供硼少时，往往在新生部位首先产生缺硼症状。而当供硼过量时，硼首先在老组织中积累，出现中毒症状。硼不是植物体的结构成分，硼的一切生理功能是与其能和糖或糖醇络合形成硼酯化合物有关，这些硼的化合物参与各种代

50、谢活动。（2）锌 锌在植物体内的含量约为25150mg/kg，主要分布在植物的幼嫩部位。正常植物顶芽含锌量最高，叶片次之，茎最少。整个植株中锌的含量分布有由下而上递增的趋势，它的分布与生长素的分布基本是平行的。锌在植物体内以离子态及蛋白复合体两种形态存在，它可以由老叶向新叶运输。植物吸收锌的形态是Zn2+和螯合态锌。（3）锰 植物体内锰的含量一般在10300mg/kg。根据植物对锰的需要，可将其分成三组（表9-9）。锰在植物体内一般有两种形态存在：一是以Mn2+形态进行运输的；二是结合态锰，即锰与蛋白质结合，存在于酶及生物膜上。锰在植物体内再利用的程度较差，因此缺锰症状首先发生在幼叶上。锰有价

51、态变化，在植物体内积极参与代谢中的氧化还原过程。锰是许多酶的活化剂，并且通过这种作用间接参与各种代谢过程。 表9-9 植物体内含锰量分组 组 别 含锰量（mg/kg） 植 物 最敏感的 中度敏感的 不敏感的 50260 30128 3060燕麦、甜菜、烟草、马铃薯等小麦、亚麻、豌豆、蚕豆等水稻、大麦等（4）钼 钼在植物体内的含量范围为 0.1300mg/kg，一般不到1mg/kg。不同的植物种类其含量差异很大，豆科作物含钼量较多，其种子含钼量为0.520 mg/kg，根瘤中含量也较高；十字花科次之（如油菜、花椰菜等），禾本科作物含钼量较少。植物不同组织的含钼量也有很大差异，一般幼嫩器官中含量较

52、高，叶片中的含钼量大于茎和根。植物吸收钼的形态是MoO42-，在植物体内钼往往和蛋白质结合，形成金属蛋白质而存在于酶中。（5）铁 植物体内的铁一般为3000mg/kg，比较集中存在于叶绿体中，铁与叶绿体的克分子比多数植物为14110。铁在植物体内绝大部分以有机态存在，如含铁蛋白质、细胞色素、血红素、有机酸络合物等，铁在植物体内移动性很小，它不能被再利用。植物吸收铁的形态主要是Fe2+和螯合态铁。（6）铜 植物需铜的数量不多，大多数植物的含铜量范围为220 mg/kg，而且多集中于幼嫩的组织中。因此，植物种子和生长旺盛部分含铜量高。就铜的分布而言，根系含铜量大于地上部，而地上部分约70%的同分布

53、于叶片中，叶绿体中含铜量也较高。植物吸收铜的形态主要是Cu2+和螯合态铜。9.2.2.2 微量元素的营养功能（1）硼的营养功能 硼能促进碳水化合物的合成和运转，改善植物各器官有机物质的供应，提高作物的结实率和坐果率。硼促进糖运输是由于含氮碱基尿嘧啶的合成需要硼，而尿嘧啶二磷酸葡萄糖(UDPG) 是蔗糖合成的前体，硼促进蔗糖的合成，从而有利于它的外运；硼直接作用于细胞膜，影响膜的完整性和活性，从而影响蔗糖的韧皮部装载。 硼能促进生殖器官的正常发育。人们早就发现，花是含硼量最高的器官，尤其是柱头和子房。硼有促进花粉萌发和花粉管伸长的作用，硼是通过促进植物花粉对氮和葡萄糖的吸收而使花粉萌发并伸长的，

54、因此硼有利于受精作用。 硼使植物分生组织细胞分化正常。硼影响植物生长部分中核酸的含量，有利于组织内腺嘌呤转化成核酸，以及酪氨酸转化成蛋白质，这些都影响植物分生组织中细胞的正常生长和分化。另外硼影响6-磷酸葡萄糖脱氢酶的活性，当缺硼时，酶活性增加，导致含酚化合物的积累，出现褐色坏死组织，如某些植物的顶芽褐腐、根心腐等症状。 硼可以提高豆科作物根瘤的固氮活性，增加固氮量。缺硼时根瘤不发达，甚至失去固氮能力。因缺硼时影响根系维管束的形成和分化，碳水化合物运输受阻，根瘤菌得不到有机养分的充分供应，固氮作用受限制，从而影响豆科作物生长。 硼能提高植物的抗逆性，由于硼能促进碳水化合物的合成与运输，提高蛋白质的粘滞性，降低透性，增加胶体结合水的含量。因而有利于提高植物的抗寒、抗旱能力。（2）锌的营养功能 锌参与生长素的合成，因为锌能促进吲哚和丝氨酸合成色氨酸，而色氨酸则是合成生长素的前体，所以缺锌会引起植物生长矮小，导致水稻僵苗，果树小叶病等生理病害。 锌是多种酶的成分和活化剂，已经发现的酶有80多种，它们对体内物质水解、氧化还原过程和蛋白质