土壤与植物营养课件.pptx

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1、黎晓峰课件 黎晓峰课件 1 1内容第一节 根际营养第二节 土壤养分类型与转化第三节土壤养分生物有效性第四节我国土壤养分含量的基本情况黎晓峰课件 黎晓峰课件 2 2第一节、根际营养根际是指受植物根系活动的影响，在物理、化学和生物学性质上不同于土体的那部分微域土区。根际的范围很小，一般在离根轴表面数毫米之内。根际的许多的化学条件和生物化学过程不同于原土体。其中最明显的就是根际pH、氧化还原电位和微生物活性的变化。根际动态过程中的化学反应养分梯度变化根际pH变化氧化还原势水分变化根分泌物根际微生物分泌物病原微生物非病原微生物其它根际微生物 VA菌根酸碱平衡沉淀-溶解平衡吸附-解吸附平衡络合-解离平衡

2、黎晓峰课件 黎晓峰课件 4 4 1、根际有机物及微生物在植物的生长发育过程中，根系会释放出大量的光合产物。这些分泌物结构简单、易分解，成为微生物的良好的碳源和氮源，因此根际土壤中的数量往往是土体数量的几倍至几十倍。一、根际土壤的特点黎晓峰课件 黎晓峰课件 5 5根系对微生物的促进作用表现出明显的选择性：根系对微生物的促进作用表现出明显的选择性：不同种类的微生物受到的促进作用不同，细菌受到的促进作用往往较大；不同植物对微生物的促进作用不同，一般地说来，农作物林木，豆科作物非禾本科作物；植物的不同生育期的效应不同。黎晓峰课件 黎晓峰课件 6 6表2-2 不同作物根际与非根际细菌数的比较 106/g

3、风干土 作 物 根际土(R)非根际土（S）R S 红三叶草 3 255 134 24 燕 麦 1 090 184 6 亚 麻 1 015 184 6 小 麦 710 120 6 玉 米 614 184 3 大 麦 605 140 3 黎晓峰课件 黎晓峰课件 7 7根际(R)土壤(S)根际微生物分布示意图黎晓峰课件 黎晓峰课件 8 8根际与土体反消化细菌数（104个/g土）土体根际土施氮 不施氮细菌总数反硝化细菌数6.4 127 46.60.21 43.6 6.7黎晓峰课件 黎晓峰课件 9 9根际微生物与根系组成的特殊生态体系是根际微生态系统的重要组成部分，对根际土壤养分的有效性及养分循环起着重

4、要作用。黎晓峰课件 黎晓峰课件 10 102、根际养分和水分状况 根际是根系吸收养分与水分的门户，根系及微生物的活动对根际土壤中的养分含量、转化、生物有效性影响很大。根际土壤中的养分有效性往往不同于土体，其原因为：（1）根际微生物对土壤有机质的分解和吸收可促进土壤养分的释放；（2）根系及微生物分泌螯合物改变根际环境。（3）分泌质子（4）分泌氧化还原物黎晓峰课件 黎晓峰课件 11 11累积 当土壤溶液中养分浓度高，植物蒸腾量大，养分供应以质流方式为主时，根对水分的吸收速率高于养分吸收速率，根际养分浓度增加并高于土体的眼粉浓度，出现养分累积区;亏缺 当土壤溶液中养分浓度低，植物蒸腾强度小，根系吸收

5、土壤溶液中养分的速率大于吸收水分的速率时，根际即出现养分亏缺区;持平 一定条件下，当水分蒸腾速率和养分吸收速率相等时，根际没有养分浓度梯度。根际养分的分布与土体比较的可能状况：根际养分的分布与土体比较的可能状况：黎晓峰课件 黎晓峰课件 12 12根际养分分布类型根际富集：迁移 吸收量根际亏缺：迁移 吸收量不 变 化：迁移=吸收量黎晓峰课件 黎晓峰课件 13 13玉米根际主要养分的浓度分布情况0 0.1 0.2 0.31.00.60.2离 根 距 离（cm）相对浓度梯度0.80.40.0PKNO3黎晓峰课件 黎晓峰课件 14 14影响根际养分状况的因素II.元素种类：富集：Ca2、NO3-、SO

6、42+、Mg2（土壤溶液浓度高）亏缺：H2PO4-、NH4、K（土壤溶液浓度高）I.养分需要量、土壤溶液浓度，如：P、K 大 低亏缺III.植物的蒸腾作用、吸收强度、根毛特性IV.土壤特性：质地、缓冲能力、水分质地轻、缓冲能力弱的易亏缺、范围广；水分缺，养分迁移慢，易亏缺黎晓峰课件 黎晓峰课件 15 15养分亏缺和富集的意义 亏缺：增加土壤中养分的有效性 养分浓度低，有利于根际养分的解吸和土体中的养分向根际迁移富集：形成新的离子间相互作用、降低水分有效性 如：钙富集，影响钙、钾交换平衡，微量元素有效性 氯化钠富集，降低根际土壤水势黎晓峰课件 黎晓峰课件 16 16根际土壤中水分的有效性 根系对

7、水分和养分吸收的差异，可使根际土壤的水势发生变化，从而改变根际土壤水分有效性。如盐土中，氯化钠的积累，是根际土壤水分有效性降低。黎晓峰课件 黎晓峰课件 17 17玉米的水分吸收与根际钠，氯积累的关系 水分吸收（蒸腾ml/cm10）氯（Cl-）（mg/Kg）钠（Na+）（mg/kg）根表电导率（nS/cm）土体 根际 根表 土体 根际 根表0.380.460.820.95310 410 580 220 340 410 1.38360 430 650 280 330 450 2.28430 660 970 360 490 680 3.79440 640 1280 380 570 900 5.02黎

8、晓峰课件 黎晓峰课件 18 18根际微区有机物、酶和微生物增多，生物活性很强，从而使得根际氧化还原状况不同于土体。旱作土壤根际Eh值都低于土体；水稻根系具有输氧的特性，体内存在着由叶片向根部的输氧组织，并有部分氧排出根外，使根际的氧化还原电位高于土体。3.根际氧化还原电位黎晓峰课件 黎晓峰课件 19 19氧化区水稻根水稻根际氧化带示意图黎晓峰课件 黎晓峰课件 20 20根际pH值变化的原因复杂，主要是根系吸收阴阳离子的不平衡。此外：根系吸收作用和根际微生物的呼吸作用释放CO2；根尖细胞伸长过程中分泌的质子和有机酸；（1）根际pH值变化的原因4、根际pH黎晓峰课件 黎晓峰课件 21 21施用NH

9、4+-N根系向外释放H+，根际pH值下降；施用NO3-N根系释放OH-或HCO3-，根际pH值上升。（2）影响根际pH值变化的因素1）、氮素形态NO3-N根际pH值上升使的幅度一般低于NH4+-N使根际pH值下降的幅度，而且不同种类植物之间有明显差异。NO3-N NH4-NNO3-N NH4-N黎晓峰课件 黎晓峰课件 24 242）共生固氮黎晓峰课件 黎晓峰课件 25 253）逆境胁迫缺磷缺铁铝胁迫黎晓峰课件 黎晓峰课件 26 26NAD（P）HNAD（P）+2Fe2+ATPADP+PiH+-ATPaseH+2Fe2+2Fe3+H+K+2e-细胞壁 细胞质还原系统缺铁引起根系原生质膜分泌质子模

10、式图黎晓峰课件 黎晓峰课件 27 274)植物遗传特性植物铵 硝禾本科 豆科 荞麦 黎晓峰课件 黎晓峰课件 28 285）根际微生物 呼吸作用 分泌物黎晓峰课件 黎晓峰课件 29 295、根际土壤结构根际土壤结构较好：根系穿插、挤压 根系分泌物（如植物粘多糖）表现：如：水稳性团聚体黎晓峰课件 黎晓峰课件 30 30二、根际在植物营养中的作用根际是矿质元素向根系迁移的门户；根际是植物吸收养分的重要（主要？）场所；根际pH、氧化还原状况、根系分泌物显著影响根际的营养状况及根系生长。黎晓峰课件 黎晓峰课件 31 31 增加磷的活化作用增加微量元素的吸收其它元素1、根际pH值变化与养分有效性不同形态氮

11、肥对小麦吸收微量元素的影响（田间测量）氮肥种类植株含量（mg/Kg干重）Fe Mn Zn Cu Ca（NO3）2（NH4）2SO455 23 18 2.668 45 24 2.9黎晓峰课件 黎晓峰课件 33 33表表2-3 2-3 供应不同形态的氮对菜豆根际及地上部养分供应不同形态的氮对菜豆根际及地上部养分吸收的影响吸收的影响N 根际pH K PNO3-7.3 13.6 1.5NH45.4 14.0 2.9黎晓峰课件 黎晓峰课件 34 342、氧化还原状况与植物营养 Eh降低：氧化态养分有效性增加，Fe、Mn Eh升高：还原态养分毒性降低黎晓峰课件 黎晓峰课件 35 35.植物通过根系以根系脱

12、落物或分泌物的形式进入根际微区，一般占其总同化碳量的5%25%。所谓的“根分泌物”是指植物生长过程中向生长基质中释放的有机物质的总称。由于根系分泌物极大地改变了根-土界面物理、化学和生物学性状，因而对土壤中各种养分的生物有效性产生重要的影响。3、根分泌物黎晓峰课件 黎晓峰课件 36 36养分胁迫根际微生物植物种类（1）影响根系分泌物的因素机械阻抗黎晓峰课件 黎晓峰课件 37 371）保护根尖；（2）根分泌物对土壤养分有效性的影响黎晓峰课件 黎晓峰课件 38 382）对养分的化学活化作用:还原作用 根分泌物中的还原物质通过还原作用可提高土壤中变价金属元素铁、锰、铜等的有效性。螯溶作用植物分泌的大

13、量有机酸、氨基酸和酚类化合物，与根际内各种金属元素（铁、锰、铜、锌等）形成螯合物。它一方面能直接增加这些微量元素的有效性；另一方面也可活化许多金属氧化物所固持的营养元素（如磷、钼等），从而对根际养分有效性产生重要影响。黎晓峰课件 黎晓峰课件 39 39麦根酸（MA）（Fe-MA）黎晓峰课件 黎晓峰课件 40 40（3）.增加土壤团聚体结构的稳定性，从而改善根际养分的缓冲性能黎晓峰课件 黎晓峰课件 41 41（1）加快土壤有机物的分解；（2）活化与竞争根际养分 在根际数量可观的微生物一方面通过分泌有机酸、酶、氨基酸、改变根际Eh等活化根际土壤中难溶性无机态或有机态养分，提高其有效性；另一方面，高

14、密度的微生物又要利用根际的养分，与植物竞争有效养分，并可导致养分的耗竭与亏缺。（3）改变根系形态，增加养分吸收面积（4）影响植物生长发育4、根际微生物的作用黎晓峰课件 黎晓峰课件 42 42菌根与养分有效性 菌根是高等植物根系与真菌形成的共生体，分布很广，分外生菌根和内生菌根两大类。外生菌根主要分布于温带森林树种或干旱地区灌 木。内 生 菌 根 中 最 普 遍 的 是 泡 囊-丛 枝 菌 根（VAM）。自然条件下，80%以上的植物种都可形成VA菌根。作用：菌根的形成能显著增加植物对矿质养分和水分的吸收。外生菌根可以提高树苗对土壤中K+和NH4+的吸收率；VA菌根可以增加植物对土壤中一些移动性小

15、的营养元素如磷、铜、锌等的吸收。黎晓峰课件 黎晓峰课件 43 43菌根真菌黎晓峰课件 黎晓峰课件 44 44第二节 土壤养分类型与转化一、土壤养分的类型与转化类型按物理形态分：固态、液态、气态养分按化学组成：有机养分、无机养分 或者：为离子态养分、分子态养分 黎晓峰课件 45土壤养分的类型根据养分的来源、溶解性和对植物的有效性分5类：1、水溶性养分水溶性养分是指土壤溶液中的养分，这种养分对植物的有效性高2、代换性养分代换性养分也称交换态养分，是土壤胶体上吸附的养分。在习惯上，将交换态养分和水溶性养分合称为速效性养分。黎晓峰课件 46土壤养分的类型（续）3、缓效性养分在土壤某些矿物中，比较容易分

16、解释放出来的养分称为缓效性养分。4、难溶性养分 主要指土壤原生矿物（如磷灰石、白云石和正长石）组成中所含的养分，一般很难溶解，不易被植物吸收利用 5、土壤有机质和微生物体中的养分 在土壤中，有机养分大多需要被微生物分解后才能转化为有效养分。微生物在它们生活过程中，需要从土壤中吸收一些有效养分，但微生物的生活周期很短，随着微生物的死亡，很快分解释放出来。所以，微生物体内的养分可视为有效养分。黎晓峰课件 47二、影响土壤养分转化的因素微生物、土壤水分、通气状况、温度以及酸碱度影响土壤养分的转化。1、土温不仅影响微生物的活动，也影响土壤养分的吸收与释放、土壤胶体对离子的吸附与解吸。2、土壤水分、（1

17、）水分是溶解土壤养分的溶剂，土壤中的养分只有溶解在土壤溶液中才能被植物吸收。在适宜的水分含量范围内，增加水分有利于土壤和肥料中的养分的溶解，有利于提高养分有效性。但是，水分也会稀释土壤养分，并加速养分的流失。（2）水分影响土壤的氧化还原状态，间接地影响养分的转化和植物对养分的吸收黎晓峰课件 48 3、土壤氧化还原状态 直接影响作物根系和微生物的呼吸作用，影响土壤各种物质的存在状态。改变有些营养元素或它们的化合物化合价。黎晓峰课件 49 4、土壤反应 土壤反应影响作物的生长和养分的转化与吸收。一般而言，在酸性条件下，作物吸收阴离子多于阳离子；在碱性条件下，作物吸收阳离子多于阴离子。土壤反应对养分

18、转化的影响很大，因为土壤反应既能直接影响土壤养分的溶解或者沉淀，也能够影响土壤微生物的活动。黎晓峰课件 50 N：氨化作用、硝化作用最适pH值分别是6.67.5和6.57.9，在pH68范围内，土壤有效氮的含量较高；磷一般在pH6.67.5有效性较高；K、Ca、Mg:当pH6时，含量减少；黎晓峰课件 51铁和铝在强酸性土壤中，铝的反应如下：Al 土 Al3+Al土+Al3+Al3+H2O Al(OH)2+H+在一般酸性土壤中，Al3+的水解反应如下：Al3+OH-Al(OH)2+Al(OH)2+OH-Al(OH)2+黎晓峰课件 52pH与铝形态及活度微量元素 锰、锌、铜在酸性条件下有效性显著增

19、加；硼：pH4.76.7，有效性最高；pH值升至7.18.1，溶解性显著降低。但在酸性的砂性土壤中，可溶性硼易于淋失 钼：呈吸附态，在碱性条件下，释放，有效性增加。黎晓峰课件 54第三节 土壤养分生物有效性黎晓峰课件 55土壤测试标准方法速测方法指标和分级黎晓峰课件 56化学有效养分是指土壤中存在的矿质态养分，主要包括可溶性的离子态与简单分子态养分，易分解态和交换吸附态养分以及某些气态养分。化学有效养分通常可以采用不同的化学方法从土壤中提取出来。黎晓峰课件 57黎晓峰课件 58（一）化学有效养分的提取 提取土壤有效养分的化学浸提剂因营养元素和土类型的不同而异。提取原理在化学法之外，还有物理化学

20、方法（如电超滤法）。一.化学浸提的有效养分的方法及评价黎晓峰课件 59（二）化学有效养分测定值的相对性 不同化学浸提方法所测出的“有效养分”的数值在很大程度上取决于浸提剂的类型不同方法间缺乏相互比较的基础。黎晓峰课件 60不同浸提剂提取15种土壤所测得有效磷的平均含量1.Olsen法NaHCO324.92.Machiqin法(NH4)2CO323.93.Al-Abbas-法NaOH+Na2C2O430.44.双酸法HCl+H2SO429.45.MehlichIII法HAc+NH4NO3+NH4F+HNO3+EDTA70.16.Soltanpour法NH4HCO3+DTPA 14.87.Meug

21、epqkoB法(NH4)2C2O4+NH4HCO346.9测定方法 浸提液种类有效磷（Pmg/kg）黎晓峰课件 61（三）化学有效养分与植物吸收的相关性 由于化学浸提法测得有效养分是相对值，在应用前需要与生物试验的结果进行相关研究。化学有效养分测定数值有时很难反映植物的生长状况和产量水平？为什么？黎晓峰课件 62（四）化学有效养分在推荐施肥中的应用 在实际中常用化学有效养分含量作为推荐施肥的依据。黎晓峰课件 6380160 240255075土壤含磷量(mg/kg P)建议施磷量(kg/ha)不同地区土壤有效磷含量与建议施磷量的关系黎晓峰课件 64 1、养分的强度因素（I）是指土壤溶液中养分的

22、浓度。强度因素是土壤养分内供应的主要因子。2、养分的容量因素（Q）是指土壤中有效养分的数量，也就是不断补充强度因子的库容量。容量因素对强度因素的补充不仅取决于养分库容里量的大小，还决定于储存养分释放的难易程度。这要受到土壤、水分、温度、通气等土壤条件以及植物根系生长的影响。二、养分的强度因素与容量因素黎晓峰课件 65土壤溶液中养分浓度活性养分库在生长期内释放的养分土壤矿物和有机残留物田间根系体积强度容量快慢很慢土壤养分供应强度与容量的示意图土壤养分供应强度与容量的示意图黎晓峰课件 66表示土壤保持一定养分强度的能力。它关系着养分供应的速度，反映强度随数量变化的关系。可以用Q/I 的比率来表示，

23、比率越大，土壤养分的缓冲力就越强。应用强度/容量关系描述土壤养分有效性，可以从养分转化的动态过程来考虑养分的有效性。3.缓冲因素(缓冲容量)黎晓峰课件 67土壤溶液中土壤溶液中K+K+的强度的强度(I)(I)两种不同容量土壤对K+缓冲力比较的图示K+K+的吸附数量（的吸附数量（Q)Q)QI I土壤A 土壤B土壤A 土壤B黎晓峰课件 68三、土壤养分的空间有效性黎晓峰课件 69养分位置与有效性 土壤中有效养分只有达到根系表面才能为植物吸收，成为实际有效养分。对于整个土体来说，植物根系仅占据极少部分空间，平均根系土壤容积百分数大约为3%。因而，养分的迁移对提高土壤养分的空间有效性是十分重要的。黎晓

24、峰课件 70土壤有效养分示意图212.化学有效养分 1.生物有效养分黎晓峰课件 71123土壤根地上部（1、截获 2、质流 3、扩散）植物根获取土壤养分的模式图黎晓峰课件 72离子在不同介质中的扩散系数与移动距离的估算值*离子扩散系数土壤中移动距离/mm d-1水 土NO3-K+H2PO4-1.910-92.010-90.910-9510-11510-12110-133.00.90.13引自Jungk.1991.黎晓峰课件 73与养分有效性 四、植物根系生长特性黎晓峰课件 74 1、形态 单单子子叶叶植植物物的的根根属属须须根根系系，粗粗细细比比较较均均匀匀，根根长长和和表表面面积积都都比比较

25、较大大。双双子子叶叶植植物物的的根根属属直直根根系系，粗粗细细悬悬殊殊较较大大，根根长长和和总总吸吸收收表表面面积积都都小于须根系。小于须根系。2、根毛 除除洋洋葱葱、胡胡萝萝卜卜等等少少数数植植物物没没有有根根毛毛或或根根毛毛少少而而短短之之外外，大大多多数数农农作作物物的的根根系系都都有有根根毛毛。根毛的存在缩短了养分迁移到根表的距离，增加总吸收表面积。根毛的另一作用是加强共质体的养分运输。（一）根系特征黎晓峰课件 75植物根系形态与施磷生长效应间的关系（地上部干物重mg/株）植物种类 根形态直径（cm）根毛 施磷量（mg/kg）0 10 30 90罗汉松龙 葵1 无0.20.3 无0.1

26、0.2 少 量0.10.2 多而长 9 9 11 29 3 3 5 7110 16 38 61 2 9 60 243黎晓峰课件 760钾吸收速率(pmolcm-1s-1)0.10.20.30.40.50 20 40 60 80根毛园柱体的容积(mm3/cm)洋葱玉米黑麦草属番茄油菜0.6在粉沙土壤上，植物根毛容积对吸K+速率的影响黎晓峰课件 773、根系深度与底层土壤养分的有效性 根根系系分分布布深深度度关关系系着着植植物物从从土土壤壤剖剖面面中中获获取取养养分分的的深深度度和和有有效效空空间间。通通常常农农作作物物的的根根深深为为50-100cm50-100cm。植植物物种种类类差差异异和和

27、环环境境因因素素对对根根系系分分布深度有很大影响布深度有很大影响。4、根系密度与养分空间有效性 根根系系密密度度是是指指单单位位土土壤壤体体积积中中根根的的总总长长度度，表示有多大比例的土壤体积向根供应养分。表示有多大比例的土壤体积向根供应养分。黎晓峰课件 78舂小麦不同生育期从各土层的相对吸磷率（%）生育期孕穗期开花期灌浆期 舂小麦吸磷总量（Kg/ha天）0.3450.2650.145土层深度（cm）83.3 8.1 5.9 2.758.8 17.8 16.3 7.167.4 15.5 12.0 5.1030 3150 5175 7690黎晓峰课件 79 土壤容重增加意味着紧实度变大，大孔隙

28、减少，根的伸长速度降低，平均直径减少。主根伸长受阻会激发侧根的发展，形成密集的表层根系。1、土壤容重（二）、影响根系生长的环境因素黎晓峰课件 80不同容重土壤上大麦幼苗根系生长情况不同容重土壤上大麦幼苗根系生长情况1.35g/cm31.55g/cm3黎晓峰课件 812、空气和水分黎晓峰课件 82根区温度对马铃薯幼苗根形态和地上部生长的影响10oC15oC 20oC 25oC 30oC 35oC3、土温通常根系生长最适温度范围在20250C之间，土壤温度过高或过低都可能抑制根系的生长。黎晓峰课件 83增加养分供应可促进根系生长。一般根系集中生长在养分浓度较高的地方。适当深施肥料有利于根系下扎和吸

29、收下层土壤水分和养分。在局部根区提高养分浓度对根系形态有明显影响，其中以供应硝酸盐最为突出。矿质养分的供应对根毛的长度和密度也有很大影响。土壤硝酸盐和土壤磷的浓度与根毛数目及根毛长度之间呈负相关关系；而铵盐的存在则增加根毛的密度与长度。4、土壤养分状况黎晓峰课件 84大麦根局部供应硝态氮时侧根生长的差异施硝态氮肥黎晓峰课件 85大麦局部根段供磷对侧根总长度的影响根区处理侧根长度（cm）三段均匀供给磷侧根长度（cm）只供中段磷A（基部）B（中部）C（顶端）40.027.217.514.3322.011.0黎晓峰课件 86硝酸盐浓度对油菜根毛数和长度的影响根毛特征硝酸盐浓度（mmol/L）根毛存在

30、部位根毛数/cm根长平均根长（mm）0.01 0.05 0.10 1.0 10.0全部 大部分 大部分 部分 部分 407 628 407 407 407 2.95 2.05 0.68 0.34 0.34 黎晓峰课件 87磷胁迫对玉米地上部和根生长的影响无磷的天数地上部干重 P(g/盆)(%)根系 干重 长度 半径(g/盆)(m/盆)(102cm)12462.10 0.95 0.27 4.64 2.272.34 0.65 0.31 5.77 2.231.93 0.32 0.40 7.57 1.991.63 0.27 0.43 9.08 1.84黎晓峰课件 88低浓度的富里酸可以促进发根和根的伸长，较高浓度下的酚类和短链脂肪酸类等低分子化合物可以抑制根的生长。淹水条件下，乙酸和其它挥发性短链脂肪酸积累到一定浓度时，对根系的生长不利。在有机质含量高或施入大量新鲜有机物而又通气不良的土壤上，根际微生物活动可能导致根际微区累计大量乙烯，抑制根系的扩展。4、有机物黎晓峰课件 895、其它有毒物质乙烯、乙烯、HH22SS、FeFe2+2+、MnMn2+2+黎晓峰课件 90五、根际养分的有效性黎晓峰课件 91第五节我国土壤养分含量的基本情况