第2讲 土壤养分的植物吸收和迁移

1、l Chapter 2Chapter 2土壤养分的植物吸收和迁移土壤养分的植物吸收和迁移2本章的重要知识点：本章的重要知识点：p 植物的养分需要及土壤中植物有效养分概念植物的养分需要及土壤中植物有效养分概念p 土壤养分的供应方式及其影响因素土壤养分的供应方式及其影响因素p 土壤养分的迁移及其影响因素土壤养分的迁移及其影响因素植物吸收养分的数量植物吸收养分的数量 取决于植物的养分需要和取决于植物的养分需要和土壤养分的供应能力，也受到土壤养分的供应能力，也受到与植物生长和土壤养分元素转与植物生长和土壤养分元素转化过程的有关因素的影响。化过程的有关因素的影响。 本章从植物营养的角度，本章从植物营养的

2、角度，探讨与土壤养分元素植物有效探讨与土壤养分元素植物有效性有关的一些基本概念及土壤性有关的一些基本概念及土壤养分的迁移过程。养分的迁移过程。 1 植物的内部养分需要植物的内部养分需要 2 植物的外部养分需要植物的外部养分需要 养分营养利用转移运输吸收1.1 植物的内部养分需要植物的内部养分需要 植物达到某一特定产量所需要营养植物达到某一特定产量所需要营养元素的最低量，它是一个容量因素。元素的最低量，它是一个容量因素。也有人把它定义为：植物达到最高也有人把它定义为：植物达到最高产量时体内养分的浓度，而这就成为了产量时体内养分的浓度，而这就成为了一个强度因素。（主要考虑体内的养分一个强度因素。（

3、主要考虑体内的养分浓度）浓度）Genetics and Developmental Biology of Plant NutritionNNNPPPN9钾高效基因型钾高效基因型钾低效基因型钾低效基因型高效基因型缺钾处理，提前高效基因型缺钾处理，提前1 1周垮秆，迅速完成其生命周垮秆，迅速完成其生命周期，但却能达到较高的产量，把有限的土壤钾发挥周期，但却能达到较高的产量，把有限的土壤钾发挥了最大的效益。了最大的效益。1.2 植物的外部养分需要植物的外部养分需要 与植物的内部养分需要相对应；植物对介质与植物的内部养分需要相对应；植物对介质中养分也有一定的数量要求，这种数量要求称中养分也有一定的数量

4、要求，这种数量要求称为植物的外部养分需要。为植物的外部养分需要。 定义：满足植物内部养分需要时其介质中养定义：满足植物内部养分需要时其介质中养分的最低数值，或者是与该数值成比例的值。分的最低数值，或者是与该数值成比例的值。 也可用强度指标来定义，即用满足植物的营也可用强度指标来定义，即用满足植物的营养需要相对应的生长介质中的养分浓度来表示。养需要相对应的生长介质中的养分浓度来表示。（主要考虑植物对外部介质养分浓度的要求）（主要考虑植物对外部介质养分浓度的要求） Adaptive significance of roots in native plant species living in so

5、il where no crop survives121314151 土壤中的植物有效养分土壤中的植物有效养分2 植物根系对难溶性养分的利用植物根系对难溶性养分的利用光合作用光合作用养分和水分的储藏与供应土壤学土壤学植物生理学植物生理学生态学生态学2.1 土壤中的植物有效养分土壤中的植物有效养分2.1.1 定义定义 植物根系能够接触到且以能够被植物所吸植物根系能够接触到且以能够被植物所吸收的形态存在的养分。收的形态存在的养分。Barber,1984Purdue University ，Distinguished professor土壤中的养分被植物实际吸收必须具备的土壤中的养分被植物实际吸收必

6、须具备的两个两个条件：条件： 养分必须处于能被植物吸收的化学形态；养分必须处于能被植物吸收的化学形态； 养分与植物根系接触。养分与植物根系接触。 是植物有效性的基础，是植物有效性的基础， 是植物有效性的条件。是植物有效性的条件。 土壤中矿质态养分的强度、容土壤中矿质态养分的强度、容量及动态变化；量及动态变化； 根系对土壤养分的获取与养分根系对土壤养分的获取与养分向根系迁移的方式和速率；向根系迁移的方式和速率； 在植物根系生长和吸收的作用在植物根系生长和吸收的作用下，土壤养分的有效化过程以及环境下，土壤养分的有效化过程以及环境因素对养分有效性的影响。因素对养分有效性的影响。 在土壤养分植物有效性

7、的动态研在土壤养分植物有效性的动态研究中，以植物根际养分的有效性最受究中，以植物根际养分的有效性最受关注。关注。 土壤养分有效性方面的研究土壤养分有效性方面的研究（三个方面）（三个方面）212.1.2 土壤养分的化学有效性和空间有效性土壤养分的化学有效性和空间有效性化学有效性化学有效性 是指土壤中植物能够吸收利用的矿质态养是指土壤中植物能够吸收利用的矿质态养分和简单有机态养分。分和简单有机态养分。 在实际应用时，往往是指用某种化学浸提剂提取的养在实际应用时，往往是指用某种化学浸提剂提取的养分，它包括可溶性的离子态与简单的分子态养分，易释分，它包括可溶性的离子态与简单的分子态养分，易释放的土壤固

8、相表面吸附态养分以及植物易吸收分解的有放的土壤固相表面吸附态养分以及植物易吸收分解的有机态养分。机态养分。 土壤溶液中的养分是化学形态上对植物有效的养分，土壤溶液中的养分是化学形态上对植物有效的养分，但并不一定是对植物实际有效的养分。由于空间分布的但并不一定是对植物实际有效的养分。由于空间分布的原因，化学有效养分并不等于实际有效养分。原因，化学有效养分并不等于实际有效养分。 与化学有效养分相对应的是缓效养分，即释放速率与化学有效养分相对应的是缓效养分，即释放速率较慢的那部分养分。较慢的那部分养分。22空间有效性空间有效性 是指植物根系能够接触到的化学有效养分。是指植物根系能够接触到的化学有效养

9、分。 土壤养分要与根系接触主要通过：土壤养分要与根系接触主要通过： (1) 养分离子运动到达根表；养分离子运动到达根表； (2) 根系自身伸展到达养分所在部位。根系自身伸展到达养分所在部位。 前者包括质流和扩散两个过程，后者为根系截获过程。前者包括质流和扩散两个过程，后者为根系截获过程。因此，空间有效养分除了近根溶液中的养分外还包括迁移因此，空间有效养分除了近根溶液中的养分外还包括迁移到根土界面的养分以及根际土壤固相释放的可溶性养分。到根土界面的养分以及根际土壤固相释放的可溶性养分。 由此可见，养分空间有效性除了与土壤性质有关，还取由此可见，养分空间有效性除了与土壤性质有关，还取决于植物根系的

10、形态和分布特征，根系吸收水分和养分的决于植物根系的形态和分布特征，根系吸收水分和养分的能力以及根系活化和利用土壤固相难溶性养分的能力。能力以及根系活化和利用土壤固相难溶性养分的能力。2.2 植物根系对难溶性养分的利用植物根系对难溶性养分的利用 植物根系能够直接活化和利用根系附近的难植物根系能够直接活化和利用根系附近的难溶性无机和有机固相养分。溶性无机和有机固相养分。 活化和利用方式活化和利用方式 根际酸化作用、有机配位体根际酸化作用、有机配位体的螯溶作用、根际氧化还原电位改变和还原性物的螯溶作用、根际氧化还原电位改变和还原性物质的还原溶解作用等促进根际无机固相养分物质质的还原溶解作用等促进根际

11、无机固相养分物质的活化，以及释放酶类对有机态养分物质转化的的活化，以及释放酶类对有机态养分物质转化的影响等。影响等。Rhizosphere根际根际根际过程根际过程pH Eh根分泌物根分泌物微生物种群、数量、活性微生物种群、数量、活性受植物根系活受植物根系活动的影响，在动的影响，在物理、化学和物理、化学和生物学性质上生物学性质上不同于土体的不同于土体的那部分微域土那部分微域土区。根际的范区。根际的范围很小，一般围很小，一般指离跟轴表面指离跟轴表面数毫米之内。数毫米之内。 难溶性含磷和微量元素化合物的溶解；非交换性钾和矿物钾的释放。促进难溶性磷的释放和微量元素的植物有效性提高；矿物的分解和钾的有效

12、性增加。铁、锰氧化物和氢氧化物的还原溶解和铁锰的释放；以及与铁锰结合的磷、铜、锌等元素的释放；有机氮、磷和硫的矿化和释放。有机氮、磷和硫的矿化和释放。 土壤对植物养分吸收量的影响主要表现在土壤土壤对植物养分吸收量的影响主要表现在土壤养分的供应能力上，它包括土壤液相中养分的浓度、养分的供应能力上，它包括土壤液相中养分的浓度、土壤固相对液相养分补充能力以及养分向根表迁移土壤固相对液相养分补充能力以及养分向根表迁移的方式和速率等。的方式和速率等。 根系的上述作用往往难以与根际生物作用区根系的上述作用往往难以与根际生物作用区分开来。但是，在根际养分的活化过程中，植分开来。但是，在根际养分的活化过程中，

13、植物根系一般起主导作用，因为土壤生物需要的物根系一般起主导作用，因为土壤生物需要的碳源和能源主要来自根系淀积物。碳源和能源主要来自根系淀积物。 根系对难溶性养分的活化和利用能力具有明根系对难溶性养分的活化和利用能力具有明显的植物种类和基因型差异。不同植物种类以显的植物种类和基因型差异。不同植物种类以及同一植物的不同基因型释放有机物质的种类及同一植物的不同基因型释放有机物质的种类和数量差异很大，活化和利用难溶性养分的能和数量差异很大，活化和利用难溶性养分的能力显著不同。而且，许多植物只有在营养胁迫力显著不同。而且，许多植物只有在营养胁迫下才表现出对难溶性养分的活化能力。下才表现出对难溶性养分的活

14、化能力。注意注意 Attention please！植物体内植物体内养分养分根表面溶液根表面溶液养分养分固相周围固相周围溶液中养分溶液中养分土壤固相土壤固相中养分中养分释放释放固定固定释放释放固定固定交换交换质流和扩散质流和扩散分分泌泌吸吸收收 植物吸收和利用土壤养分的过程植物吸收和利用土壤养分的过程 土壤养分的供应过程土壤养分的供应过程: 是植物对养分的吸收是植物对养分的吸收和利用过程。和利用过程。30K2O直播油菜移栽及直播油菜钾素吸收规律移栽及直播油菜钾素吸收规律移栽油菜 土壤溶液中养分的浓度称为养分供应能力的强土壤溶液中养分的浓度称为养分供应能力的强度因素（度因素（Cl）。）。 决定土

15、壤固相对液相养分补充能力的主要因素，决定土壤固相对液相养分补充能力的主要因素，是土壤易转化形态养分的形态和含量。是土壤易转化形态养分的形态和含量。 易转化态养分是指土壤固相中易于通过土壤化易转化态养分是指土壤固相中易于通过土壤化学和生物化学作用释放的各种形态养分。它包括学和生物化学作用释放的各种形态养分。它包括吸附和易溶解的无机形态的养分以及易分解的有吸附和易溶解的无机形态的养分以及易分解的有机形态养分等。机形态养分等。IntensityIntensity易转化态养分易转化态养分 指用化学浸提和生物学方法测定的指用化学浸提和生物学方法测定的土壤有效养分部分，其含量称为土壤供应的容量因土壤有效养

16、分部分，其含量称为土壤供应的容量因素，常用素，常用Cs表示。表示。 容量因素在概念上为土壤中有效养分的总量，容量因素在概念上为土壤中有效养分的总量，即固相补充给土壤溶液养分的总贮量。即固相补充给土壤溶液养分的总贮量。 强度和容量概念既有区别，又有联系，相互补强度和容量概念既有区别，又有联系，相互补充。因为影响土壤养分有效度的因素十分复杂，简充。因为影响土壤养分有效度的因素十分复杂，简单地应用强度因素或容量因素都难以完全反映土壤单地应用强度因素或容量因素都难以完全反映土壤养分有效性的真实情况。因此，为了定量描述土壤养分有效性的真实情况。因此，为了定量描述土壤固相养分的补充能力，人们引入了土壤养分

17、缓冲因固相养分的补充能力，人们引入了土壤养分缓冲因素的概念。素的概念。土壤养分的缓冲因素土壤养分的缓冲因素 指植物根系吸收养分时，土指植物根系吸收养分时，土壤液相保持一定浓度养分的能力。壤液相保持一定浓度养分的能力。 土壤养分的缓冲因素与养分的强度因素和容量因素之间土壤养分的缓冲因素与养分的强度因素和容量因素之间的关系可以用下式描述：的关系可以用下式描述：b=dCs/dClb养分的缓冲因素（缓冲容量，缓冲能力养分的缓冲因素（缓冲容量，缓冲能力 buffer power， buffer capacity)。Cs 固相易转化态养分的含量。固相易转化态养分的含量。Cl 液相的养分含量。液相的养分含量

18、。 一般说来，易转化态养分都存在于土壤固相表面，其一般说来，易转化态养分都存在于土壤固相表面，其含量取决于土壤养分的存在形态，又与土壤性质和养分的含量取决于土壤养分的存在形态，又与土壤性质和养分的转化过程有关。转化过程有关。1 质流质流2 扩散扩散3 土壤性质对养分迁移的影响土壤性质对养分迁移的影响 Nutrient Movement to RootsRoot Volume in 0-15 cm surface horizon of a soil: 0.5 to 1%Therefore, movement of available nutrients to the plant roots is

19、 critical.Mechanisms of nutrient movement to roots:lMass flowlDiffusionlRoot Interception质流质流 指植物吸收水分引起水流中所携带的溶质由土指植物吸收水分引起水流中所携带的溶质由土体向根表的运动。体向根表的运动。 质流供应的养分数量与植物利用水分的流量与溶液质流供应的养分数量与植物利用水分的流量与溶液中养分的浓度有关。可用下式描述：中养分的浓度有关。可用下式描述：Fm=V0Cl Fm质流方式迁移的养分数量质流方式迁移的养分数量 V0=向根的水分流量向根的水分流量 Cl=溶液中养分的浓度溶液中养分的浓度通过上

20、式能够计算以质流方式向根系迁移的养分量。通过上式能够计算以质流方式向根系迁移的养分量。Estimating Nutrient Movement by Mass FlowAve. amount of nutrient carried by mass flowlCa = 60 - 120 kg/halMg = 50 100 kg/halK = 8 16 kg/halP = 0.08 - 0.16 kg/haTypical crop nutrient removal (kg/ha)lCropCaMg K PlCorn5104025lSoybeans 10105015lAlfalfa112202002

21、5质流提供的养分量植物对养分的吸收量质流提供的养分量植物对养分的吸收量 根际土壤养分积累根际土壤养分积累 近根近根Ca、S、Mg积累积累 干旱地区灌溉土壤上植物盐害干旱地区灌溉土壤上植物盐害质流提供的养分量植物对养分的吸收量质流提供的养分量植物对养分的吸收量 根际土壤养分亏缺根际土壤养分亏缺 N、P、KDiffusion-The spontaneous movement of particles (or solutes) from an area of higher concentration to an area of lower concentration. 当植物根系对某种有效养分的吸收

22、量大于土壤当植物根系对某种有效养分的吸收量大于土壤供应量时，将出现垂直于根表面的该养分的浓度的供应量时，将出现垂直于根表面的该养分的浓度的亏缺梯度，从而引起养分沿浓度差向根表的迁移作亏缺梯度，从而引起养分沿浓度差向根表的迁移作用，叫扩散。用，叫扩散。 对有些养分来说，当根系截获和质流不能满足对有些养分来说，当根系截获和质流不能满足植物对养分的需要时，扩散成为养分迁移的主要途植物对养分的需要时，扩散成为养分迁移的主要途径。例如：磷、钾等。径。例如：磷、钾等。 养分由土壤到根表的扩散距离一般为养分由土壤到根表的扩散距离一般为0.1-0.5 mm，只有在此范围内，土壤养分才能以扩散方式供给根只有在此

23、范围内，土壤养分才能以扩散方式供给根系。系。在恒稳态下，溶质在水溶液中的扩散速率可用在恒稳态下，溶质在水溶液中的扩散速率可用Fick第一定律描述：第一定律描述：F= D A dc/dx F为扩散速率（即单位时间内通过单位截面积的扩散量，单位为为扩散速率（即单位时间内通过单位截面积的扩散量，单位为 mol/cm2s)。 D 扩散系数（单位浓度梯度下单位时间内通过截面积的扩散量，扩散系数（单位浓度梯度下单位时间内通过截面积的扩散量，cm2/s)。 Distance from RootSoil Solution ConcentrationBulk Soil Solution A 扩散表面积。扩散表面

24、积。 dc/dx 浓度梯度（浓度梯度（c为浓度，为浓度，x为为距离，浓度梯度为单位距离的浓度差，距离，浓度梯度为单位距离的浓度差， mol/cm2.cm)。 负号表示扩散是由高浓度向负号表示扩散是由高浓度向低浓度进行的。低浓度进行的。 Fick的第二扩散定律用于描述瞬态扩散过程，比较的第二扩散定律用于描述瞬态扩散过程，比较适合根土界面养分扩散过程：适合根土界面养分扩散过程：dCl / dt=D d2cl/dx2 养分离子在根外某处的浓度变化可改成：养分离子在根外某处的浓度变化可改成：)(1drdCrDedrdrdtdCl dCl/dt为溶液中离子浓度随时间的变化 r为距根轴的径向距离 De 为

25、均质土壤中的有效扩散系数 限制土壤中养分离子扩散的主要因素是限制土壤中养分离子扩散的主要因素是浓度梯度和扩散系数。浓度梯度和扩散系数。 然而，由于土壤是复杂和可变的介质，然而，由于土壤是复杂和可变的介质，离子在土壤中的扩散还受到水分所占容积的离子在土壤中的扩散还受到水分所占容积的比率、扩散途径的曲折性以及土壤固相化学比率、扩散途径的曲折性以及土壤固相化学和物理性质的影响。和物理性质的影响。Nye Nye 和和 TinkerTinker（19771977）应用下式公式来计算土壤中离子的有）应用下式公式来计算土壤中离子的有效扩散系数（效扩散系数（DeDe）：）：De=D f dcl/dcs 式中：

26、式中：De土壤中有效扩散系数土壤中有效扩散系数(cm2/s) D为水溶液中的扩散系数为水溶液中的扩散系数 是土壤的容积含水量是土壤的容积含水量 f 为曲折性或阻抗因素为曲折性或阻抗因素 dcl/dcs 为养分离子缓冲因素的倒数（为养分离子缓冲因素的倒数（1/b) cl土壤溶液中养分离子的浓度土壤溶液中养分离子的浓度 cs 为土壤固相养分浓度为土壤固相养分浓度这几个因子在土壤中的大致范围是这几个因子在土壤中的大致范围是: =0.05-0.4； f=0.05-0.3； Dcl/dcs=1-10000;主要养分离子的有效扩散系数为主要养分离子的有效扩散系数为: De(H2PO 4 -)=10-8-1

27、0-11 cm2/s De(K+)=10-7-10-8 cm2/s De(NO3-)=10-6-10-7 cm2/s Source: Waise et al., 1991: Plant Roots, The Hidden Half. Marcel Dekker, Inc. 由于离子通过土壤的充由于离子通过土壤的充水孔隙路径曲折，因此扩水孔隙路径曲折，因此扩散距离会增加，而当缓冲散距离会增加，而当缓冲能力较高时，溶液中养分能力较高时，溶液中养分易被吸附，影响其在土壤易被吸附，影响其在土壤中的扩散，故土壤缓冲能中的扩散，故土壤缓冲能力越大，扩散系数越小。力越大，扩散系数越小。所以土壤中养分比溶液中

28、所以土壤中养分比溶液中养分的移动性一般要低几养分的移动性一般要低几个数量级。个数量级。Source: Fageria N K, Baligar V C and Jones C A, 1991:Growth and mineral nutrition of field crops. 根据扩散系数，还可以求出养分在一定时间内根据扩散系数，还可以求出养分在一定时间内的扩散距离：的扩散距离：X= 2 De t X为在时间为在时间t内的扩散距离（内的扩散距离（Cm) t时间（秒）时间（秒） De扩散系数扩散系数(cm2/s) 在一天时间内离子扩散距离：在一天时间内离子扩散距离： NO3可扩散可扩散0.1

29、3-0.42cm， K+为为0.04-0.13cm， H2PO4-为为0.001-0.04cm。 因此扩散只在近根的距离内进行。因此扩散只在近根的距离内进行。 存在于根与土壤界面上的养分，由于根系存在于根与土壤界面上的养分，由于根系伸展和穿透土层时产生挤压作用，使根周围伸展和穿透土层时产生挤压作用，使根周围的土壤养分相对浓集，而根与土壤接触紧密，的土壤养分相对浓集，而根与土壤接触紧密，从而产生养分的直接交换吸收过程。从而产生养分的直接交换吸收过程。 根系截获所供应的养分量与根容积相当的周围根系截获所供应的养分量与根容积相当的周围土壤中含有的养分量有关。因此，可以测量根的体土壤中含有的养分量有关

30、。因此，可以测量根的体积和相应土壤中交换性离子量的乘积求得。积和相应土壤中交换性离子量的乘积求得。养分的迁移 通常土壤养分向根表迁移，是质流、扩散和截获三种途径共通常土壤养分向根表迁移，是质流、扩散和截获三种途径共同起作用。由于植物吸收水分和溶质的能力、土壤供应某种养分同起作用。由于植物吸收水分和溶质的能力、土壤供应某种养分的容量、强度和速率不同，各种迁移途径的贡献程度不同。的容量、强度和速率不同，各种迁移途径的贡献程度不同。养分养分总供总供应量应量(kg/hm2)截获截获质流质流扩散扩散供应量供应量(kg/hm2)%供应量供应量(kg/hm2)%供应量供应量(kg/hm2)%N(NO3-)1

31、9021150793820P4013253792K19542351815680Ca406015015037500MgS451533100220002214.56529500 一般说来，土壤中养分浓度和溶解度较高的元素一般说来，土壤中养分浓度和溶解度较高的元素如如NO3-、Mg2+ 、Ca2+、SO42-、Na+、Cl-以质流为主，以质流为主，而而H2PO4-、K+则以扩散为主。则以扩散为主。 砂土上的研究表明砂土上的研究表明（上表）（上表），N的的80%依靠质流，依靠质流，磷的磷的92%、钾的、钾的80%依靠扩散，钙、铁、硫的全部依依靠扩散，钙、铁、硫的全部依靠截获、质流。靠截获、质流。 土壤

32、养分向根迁移的机理是了解养分生物有效性土壤养分向根迁移的机理是了解养分生物有效性的重要内容之一。在作物生长期内，那些存在于土壤的重要内容之一。在作物生长期内，那些存在于土壤离子库中的养分，首先要向根迁移，然后才能被植物离子库中的养分，首先要向根迁移，然后才能被植物根系所吸收。因此，植物有效养分是指土壤养分供应根系所吸收。因此，植物有效养分是指土壤养分供应的全过程。其中，控制和调节土壤养分向根迁移诸因的全过程。其中，控制和调节土壤养分向根迁移诸因素的研究，在理论和实际生产上均有重要意义。素的研究，在理论和实际生产上均有重要意义。l 影响养分的迁移方式。影响养分的迁移方式。l 土壤溶液中养分的浓度

33、直接影响质流或扩散方土壤溶液中养分的浓度直接影响质流或扩散方式迁移养分的数量。式迁移养分的数量。 l 养分的浓度以及缓冲能力还影响扩散的速率。养分的浓度以及缓冲能力还影响扩散的速率。 养分缓冲能力强的土壤，以扩散方式为主要迁养分缓冲能力强的土壤，以扩散方式为主要迁移途径的养分移动性降低。移途径的养分移动性降低。 由于土壤的非均质性和养分元素分布的空间变异性，在迁移过程中养分有可能与土壤固相物质发生反应，或者被土壤生物所利用，这会影响养分迁移的种类和数量，特别是对那些容易与土壤固相发生吸附作用的养分元素，由于吸附反应的速度较快，影响程度更大。(b)、表示水溶态养分在迁移、表示水溶态养分在迁移过程

34、中被土壤固相吸附或者过程中被土壤固相吸附或者土壤生物吸收等；土壤生物吸收等；(a)、表示固相物质对正在迁、表示固相物质对正在迁移水溶态养分的补充作用；移水溶态养分的补充作用；(c)、表示水溶态养分在迁移、表示水溶态养分在迁移过程中与土壤固相物质没有过程中与土壤固相物质没有反应。反应。Note: 由于土壤的非均质性，上述由于土壤的非均质性，上述3种过程均可同时发生。种过程均可同时发生。养分在迁移过程中与土壤固相物质之间的相互作用有养分在迁移过程中与土壤固相物质之间的相互作用有3 3种形式（图）：种形式（图）： 土壤水分和养分向根表迁移的质流和扩散途径会受到土壤水分含量、土壤质地和土壤紧实度等因素

35、的影响。 上述因素的综合影响可用土壤弯曲程度，即阻抗因素来描述。阻抗因素决定了迁移路径的长短，同时也影响扩散系数。 阻抗因素可以通过测定非吸附性离子（36Cl)在一定温度下土壤中的扩散系数DeCl和水溶液中的扩散系数DCl求得： =DeCl/DCl 土壤含水量为田间持水量时质流不受限制，根表与根外保持相同水势。 低于田间持水量但足以供应植物生长时，养分向根表移动便受到限制。 随着水势进一步的降低，向根的水流显著减少，如果根系吸水量超过质流供应，根际土壤会变干，特别是蒸腾高的时候。因此在田间条件下降雨（或灌溉）对以质流供应的养分有重要影响。5.4.1 对质流供应量的影响对质流供应量的影响5.4.

36、2 对离子浓度的影响对离子浓度的影响 土壤含水量与土壤溶液中离子浓度成反比，降低土壤含水量与土壤溶液中离子浓度成反比，降低土壤含水量常可使土壤含水量常可使K K、CaCa、MgMg等离子浓度增加，且钙等离子浓度增加，且钙和镁的增加较钾为快，导致和镁的增加较钾为快，导致K/(Ca+Mg)K/(Ca+Mg)之比降低，并之比降低，并影响土壤缓冲能力影响土壤缓冲能力(b)(b)值。值。5.4.3 对扩散系数和扩散速率的影响对扩散系数和扩散速率的影响 水分是土壤养分移动的基质，它对养分移动性的水分是土壤养分移动的基质，它对养分移动性的影响十分明显。影响十分明显。 土壤水分含量对扩散系数有明显的影响。通常

37、，土壤水分含量对扩散系数有明显的影响。通常，水分含量越低，扩散系数也越小。水分含量越低，扩散系数也越小。 试验表明，当土壤含水量为试验表明，当土壤含水量为23%时，时， Rb+的扩散的扩散系数为系数为110-7cm2/s，而当含水量下降到，而当含水量下降到10%时，扩时，扩散系数也下降到散系数也下降到510-8cm2/s，在干土中扩散基本停，在干土中扩散基本停止。此时，只有半径止。此时，只有半径100m极小孔隙才含有水分。极小孔隙才含有水分。Source: Waise et al., 1991: Plant Roots, The Hidden Half. Marcel Dekker, Inc.

38、 土壤含水量与钾土壤含水量与钾离子扩散系数的关离子扩散系数的关系（系（KuckeubuchKuckeubuch等，等，19861986）。）。 当容积含水量当容积含水量从从0.40.4降至降至0.10.1时，时，钾的扩散系数降低钾的扩散系数降低1010倍。在土壤水分倍。在土壤水分张力为张力为5-105-1010105 5 PaPa时只相当于近饱时只相当于近饱和水的和水的1/10-1/100 1/10-1/100 ( ( 徐 明 岗 等 ，徐 明 岗 等 ，19951995）。）。 土壤交换性钾含量（K cmol/kg)土壤含水量4%10%20% 30%0.41 2 4 8 104.10 405

39、5 78 95原因：原因： 影响土壤固体颗粒的排列而影响迁移的曲折影响土壤固体颗粒的排列而影响迁移的曲折路径；路径； 影响土壤水分的连续性。土壤水分连续性是影响土壤水分的连续性。土壤水分连续性是养分的质流或扩散形式迁移的基础，故在一定的范养分的质流或扩散形式迁移的基础，故在一定的范围内，增加土壤容重可以提高土壤水分的连续性，围内，增加土壤容重可以提高土壤水分的连续性，提高扩散和质流迁移养分的数量。提高扩散和质流迁移养分的数量。 扩散和质流的速率还受温度的影响，根据扩散和质流的速率还受温度的影响，根据Stokes-EinsteinStokes-Einstein公式，养分离子在水中的扩散系数公式，

40、养分离子在水中的扩散系数和温度的关系为：和温度的关系为：D = KD = KB BT/6rT/6ri i 式中：式中： T T绝对温度；绝对温度； K KB B BoltzmanBoltzman常数常数 水分粘滞度；水分粘滞度； r ri i 离子半径离子半径 温度除了直接影响扩散系数外，还影响水分粘温度除了直接影响扩散系数外，还影响水分粘滞度。滞度。温度升高，水分粘滞度降低。温度升高，水分粘滞度降低。如温度为如温度为1515时，时， 值为值为1.1391.139；2525时时值为值为0.890.89。 离子所带电荷的质（正或负）和量（价数）以及离子半径离子所带电荷的质（正或负）和量（价数）以

41、及离子半径大小会影响其在溶液中的扩散速率。从现有资料看，土壤中离大小会影响其在溶液中的扩散速率。从现有资料看，土壤中离子扩散速率的总趋势是：子扩散速率的总趋势是： 阴离子比阳离子扩散快。阴离子比阳离子扩散快。如如Cl-的扩散系数的扩散系数K+，而两价，而两价阴离子阴离子SO42-的扩散系数的扩散系数Ca2+或或Mg2+等二价阳离子；等二价阳离子； 价数越高的阳离子，其在土壤中扩散速度越慢。价数越高的阳离子，其在土壤中扩散速度越慢。Gast(1962)测得在膨润土中阳离子扩散系数的次序是测得在膨润土中阳离子扩散系数的次序是DK+ DNa+ DCa2+； 同价阳离子的直径越大，扩散速率愈快，而阴离子则相同价阳离子的直径越大，扩散速率愈快，而阴离子则相反。反。一价阳离子在土壤中的扩散速度是一价阳离子在土壤中的扩散速度是NH4+ Na+ Li+，而，而一价阴离子为一价阴离子为Cl- NO3-。 土壤有机质一般能提高土壤养分扩散系土壤有机质一般能提高土壤养分扩散系数，这主要是因为有机质改善了土壤的结构数，这主要是因为有机质改