土壤肥力与植物养分供应基本理论

第一章土壤肥力与植物养分供应基本理论

第一节土壤肥力

一．土壤肥力的基本概念

（一）肥力的一般概念：

土壤肥力概念和土壤的概念一样，迄今也尚未有完全统一的看法。西方土壤学家传统地把土壤供应养分的能力看作肥力。美国土壤学会1989年出版的《土壤科学名词汇编》上把肥力定义为：土壤供应植物生长所必须养料的能力。前苏联土壤学家对土壤肥力定义是：“土壤在植物生活的全过程中，同时不断地供给植物以最大数量的有效养料和水分的能力”。我国土壤科学工作者，在《中国土壤学》第二版中（1987），对土壤肥力作了以下的阐述：“肥力是土壤的基本属性和质的特征，肥力是土壤从营养条件和环境条件方面，供应和协调植物生长的能力。土壤肥力是土壤物理、化学和生物学性质的综合反映。”在这个定义中，所说的营养条件指水分和养分，为作物必需的营养因素；所说的环境条件条件指温度和环境条件。定义中所说的“协调”解释为土壤中四大肥力因素，水、肥、气、热不是孤立的，而是相互联系和相互制约的。植物的正常生长发育，不仅需要水、肥、气、热四大肥力因素同时存在，而且要处于相互协调的状态。

土壤肥力是指土壤能供应与协调植物正常生长发育所需的养分和水、气、热的能力。是土壤各种基本性质的综合表现，是土壤区别于成土母质和其他自然体的最本质的特征，也是土壤作为自然资源和农业生产资料的物质基础。土壤肥力按成因可分为自然肥力和人为肥力。前者指在五大成土因素(气候、生物、母质、地形和年龄)影响下形成的肥力，主要存在于未开垦的自然土壤；后者指长期在人为的耕作、施肥、灌溉和其他各种农事活动影响下表现出的肥力，主要存在于耕作（农田）土壤。

（二）、自然肥力和人为肥力

土壤肥力有自然肥力和人为肥力的区别。前者是指土壤的自然因子即五大成土因素（气候、生物、母质、地形和年龄）的综合作用下发育而来的肥力，它是自然成土的过程，后者是耕作熟化过程发育而来的肥力，是在耕作、施肥、灌溉及其它技术措施等人为因素影响作用下所产生的结果。可见，只有从来不受人类影响的自然土壤才仅具有自然肥力。

自从人类从事农耕活动以来，自然植被为作物所替代，森林或草原生态系统为农田生态系统所替代。随着人口膨胀、人均耕地的减少，人类对土地利用强度的不断扩展，“人为因子”对土壤的演化起着越来越重要的作用，并成为决定土壤肥力发展方向的基本动力之一。“人为因子”对土壤肥力的影响集中反映在人类用地和养地两方面，只用不养或不合理的耕作、施肥、排灌，必然会导致土壤肥力的递减，用养结合，可以培肥土壤，保持土壤肥力的永续性。

第二节土壤有效养分

土壤有效养分的概念

“有效养分”(available nutrient)概念的提出，最早来自于土壤化学家。在对土壤进行了大量的化学分析之后，发现土壤中各种营养元素的全量是很丰富的。但是，其中绝大部分对植物却是无效的。由于当时这一概念尚处于笼统与模糊状态，许多人回避这一术语。经过大半个世纪以后，随着农业增产对科学施肥的要求不断提高，随着土壤学、植物学、植物营养学等多学科的共同关注与交叉研究的发展，关于“土壤养分有效性”(soil nutrient avalability)或“土壤养分生物有效性”(soil nutrient bioavailability)，无论是在概念的确立与延伸方面，还是在测定方法与定量化的研究方面都有了长足的进展。

“土壤有效养分”(soil available nutrient)，原初的定义是指土壤中能为当季作物吸收利用的那一部分养分。定量化地研究土壤的有效养分及其影响因素，对于发展合理施肥与推荐施肥的技术，进而推动农业增产有着重要意义。

按说，测定土壤有效养分最直接的方法是通过田间施肥对比试验，观测植物的生长效应。但是这种方法既耗时，又难以推广应用。相比之下，土壤化学分析即土壤养分测定，却是一种快速而成本较低的方法，其结果可以用于推荐施肥。

在土壤化学分析基础上建立起来的“有效养分”概念：是指土壤中那些能被植物根系吸收的无机态养分以及在植物生长期内由有机态释放出的无机态养分。如土壤中的氮、硫等元素绝大部分是以有机形态存在，可以通过矿化作用转化为无机形态。20世纪下半叶，随着植物营养学与植物生理学的发展，对于“土壤有效养分”的研究不只停留于养分形态的化学分析，而是延伸到植物根如何从土壤中获取养分的过程，以及植物从土壤中能得到多少养分，进而提出了矿质态养分向根迁移的方式与速率问题。植物根系对土壤养分的生物有效性的影响，以及“根际”与“土体”之间养分有效性的差异等。总之，进入了对养分吸收的主体—植物与“土壤养分有效性”相互作用的综合研究。提出并发展了“土壤养分生物有效性”概念。美国土壤学家S. A. Barber教授在他的“土壤养分生物有效性”专著中指出：“生物有效养分(bioavailable nutrient)，系指存在于土壤的离子库中，在作物生长期内能够移动到位置紧挨植物根的一些矿质养分。”也可以说，土壤的生物有效养分具有两个基本要素：

(1) 在养分形态上，是以离子态为主的矿质养分。

(2) 在养分的空间位置上，是处于植物根际或生长期内能迁移到根际的养分。

化学有效养分是指土壤中存在的矿质态养分。可以采用不同的化学方法从土壤样品中提取出来。化学有效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。

土壤养分的形态分为：

（1）水溶态养分：土壤溶液中溶解的离子和少量的低分子有机化合物。

（2）代换态养分：是水溶态养分的来源之一。

（3）矿物态养分：大多数是难溶性养分，有少量是弱酸溶性的（对植物有效）。（4）有机态养分：矿质化过程的难易强度不同。

根据植物对营养元素吸收利用的难易程度，土壤养分又分为速效性养分和迟效性养分。一般来说，速效养分仅占很少部分，不足全量的1%，应该注意的是速效养分和迟效养分的划分是相对的，二者总处于动态平衡之中。

第三节影响土壤养分供应的条件影响土壤养分供应的条件

1、养分因素

指土壤中的养分贮量、强度因素、容量因素和缓冲因素，主要取决于土壤矿物质及有机质的数量和组成。其中，强度因素是指土壤溶液中养分的浓度，也就是土壤养分内供应的主要因子；容量因素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；而缓冲因素则是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，反映养分强度随数量变化的关系，可以用ΔQ/ΔI的比率来表示，比率越大，土壤养分的缓冲力就越强。土壤养分的实际有效性，即实际被植物吸收的养分数量，还受土壤养分到达植物根系表面的状况，包括植物根系对养分的截获、养分的质流和扩散三方面状况的影响。

2、物理因素

指土壤的质地、结构状况、孔隙度、水分和温度状况等。它们影响土壤的含氧量、氧化还原性和通气状况，从而影响土壤中养分的转化速率和存在状态、土壤水分的性质和运行规律以及植物根系的生长力和生理活动。物理因素对土壤中水、肥、气和热各个方面的变化有明显的制约作用。如果有效养分不与植物根面接触，对植物而言仍属无效养分。

养分与植物根面接触的途径有三种：

一是根系截获。植物根系在土壤中生长延伸过程中必将要与土壤颗粒接触，土壤颗粒上呈离子态的养分与根面发生接触交换（即不通过土壤溶液而进行的离子交换作用）。因植物根系在土壤中所占的体积较小（约占土壤总体积的1～5％），作物由此种方式吸收同化的养分数量一般只占作物吸收的总养分量的百分之几，远不能满足作物对养分的需要。

二是质流。植物因叶片的蒸腾作用而大量失水，在根区形成一个水分亏缺区并与周围土壤产生水分梯度(水位差)，从而使周围水分不断地向根面运动，称为质流。在发生质流时，土壤中的养分也随之而流向根区供植物根系吸收。质流供应养分的量取决于植物的蒸腾系数及土壤溶液中的养分浓度。养分随质流进入根区的速度大于作物吸收养分的速度时，养分在根面有积聚现象；反之，则根面成为养分亏缺区。而当二者速度相等时根面附近的养分浓度维持不变。通常认为，质流在为作物提供钙、镁、锌、铜、硼等养分上有重要意义。

三为扩散。当根面成为养分亏缺区时在根面与土体之间形成养分浓度梯度（浓度差），土体中的养分便向根面移动供植物吸收同化。一般认为，土壤溶液中通常浓度较低的磷、钾以及铵等养分主要是通过扩散到达根面的。影响养分扩散的因素主要是土壤的肥力水平和含水量。在肥沃的土壤中，根面与土体之间养分浓度梯度较大，因而养分扩散速度较贫瘠土壤迅速，单位时间内根面吸收的养分也较贫瘠土壤多。在缺水土壤中，由于土壤的空隙增多而减小了扩散截面，使扩散途径的曲折增多，降低了扩散系数。

3、化学因素。

指土壤的酸碱度、阳离子吸附及交换性能、土壤还原性物质、土壤含盐量，

以及其他有毒物质的含量等。它们直接影响植物的生长和土壤养分的转化、释放及有效性。一般而言，在极端酸碱环境、有大量可溶性盐类存在或有大量还原性物质及其他有毒物质存在的情况下，大多数作物都难以正常生长和获得高产。土壤阳离子吸附和交换性能的强弱，对于土壤保肥性能有很大影响。土壤酸度通常与土壤养分的有效性之间有一定相关。如土壤磷素在pH为6时有效性最高，当介质pH值低于或高于6时，其有效性明显下降；土壤中锌、铜、锰、铁、硼等营养元素的有效性一般随土壤pH值的降低而增高，但钼则相反。土壤中某些离子过多或不足，对土壤肥力也会产生不利的影响。如钙离子不足会降低土壤团聚体的稳定性，使其结构被破坏，土壤的透水性因而降低；铝、氢离子过多，会使土壤呈酸性反应和产生铝离子毒害；钠离子过多，会使土壤呈碱性反应和产生钠离子毒害，都不利于植物生长。

4、生物因素

指土壤中的微生物及其生理活性。它们对土壤氮、磷、硫等营养元素的转化和有效性具有明显影响，主要表现在：

①促进土壤有机质的矿化作用，增加土壤中有效氮、磷、硫的含量；

②进行腐殖质的合成作用，增加土壤有机质的含量，提高土壤的保水保肥性能；

③进行生物固氮，增加土壤中有效氮的来源。

第四节土壤肥力的等级

根据土壤肥力有关标准项目的数量和质量的综合评定来划分土壤肥力的等级。

(1) 土壤肥力等级的划分

土壤肥力分级主要是根据生产实践对精度的需要，以及校验曲线的高度和斜率特征等因素确定。从测土配方施肥的角度看，似乎级数越多施肥就越精确。周鸣铮和陆允甫建议将土壤肥力等级划分为5级即“极低”、“低”、“中”、“高”和“极高”，但金耀青等认为，由于作物生长受众多因素的影响从而产生的年度间产量变化幅度，足以掩盖被划分得过细的肥力级差，肥力指标划分为3级或4级就已足够。因而，根据近年来IPNI合作项目和测土配方施肥项目在福建主要粮油作物上完成的氮磷钾肥效田间试验结果，将土壤速效氮磷钾养分肥力划分为“高”、“中”、“低”3个等级。

依据拟定的土壤肥力指标，对土壤肥力水平评定的等级称为土壤肥力分级。分级的目的是掌握不同土壤的增产潜力，揭示出它们的优点和存在的缺陷，为施肥、改良土壤提供科学依据。参评项目一般包括土壤环境条件（地形、坡度、覆被度、侵蚀度），土壤物理性状（土层厚度、耕层厚度、质地、障碍层位），土壤养分（有机质、全氮、全磷、全钾）储量指标、养分有效状态（速效磷/全磷、速效钾/全钾）等。项目的具体选择，可根据土壤类别而定。土壤肥力的等级参考指标见表1。评级方法有累计积分法和数理统计法等。评定结果可划分瘦土、熟土、肥土和油土等级别。

表1 土壤肥力的等级参考指标

项目级别旱地水田菜地园地牧地

有机质（g/kg）Ⅰ

Ⅱ

>15

10-15

>25

20-25

>30

20-30

>20

15-20

>20

15-20

全氮（g/kg）

有效磷（g/kg）

有效钾（g/kg）

阳离子交换（g/kg）

质地Ⅲ

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

<10

>1.0

0.8-1.0

<0.8

>10

5-10

<5

>120

80-120

<80

>20

15-20

<15

轻、中壤

砂、重壤

砂、粘土

<20

>1.2

1.0-1.2

<1.0

>15

10-15

<10

>100

50-100

<50

>20

15-20

<15

中、重壤

砂、轻壤

砂、粘土

<20

>1.2

1.0-1.2

<1.0

>40

20-40

<20

>150

100-150

<100

>20

15-20

<15

轻壤

砂、中壤

砂、粘土

<15

>1.0

0.8-1.0

<0.8

>10

5-10

<5

>100

50-100

<50

>20

15-20

<15

轻壤

砂、中壤

砂、粘土

<15

--

--

--

>10

5-10

<5

--

--

--

--

--

--

砂、中壤

重壤

砂、粘土

*土壤肥力的各个指标，Ⅰ级为优良；Ⅱ级为尚可；Ⅲ级为较差。

在土壤中，有机质、碱解氮、速效磷、速效钾的含量是影响土壤肥力的主要因素。明确土壤肥力的等级，对于评估土壤肥力的综合指标，拟定作物的目标产量，做到因土定产，具有重要的意义。明确土壤肥力的等级，对于进一步搞好农村的联产承包责任制，搞好土地的使用与管理，也具有重要意义。

主要参考文献

[1].黄昌勇主编土壤学北京：中国农业出版社,1999；

[2].陆景陵主编植物营养学（上册）北京：中国农业大学出版社，2005；

[3].胡霭堂主编植物营养学（下册）北京：中国农业大学出版社，2003；

[4].谭金芳主编作物施肥原理与技术北京：中国农业大学出版社，2003；

[5].扬州大学主编植物营养学

[6].CNKI知识元库 https://www.360docs.net/doc/a313987517.html,/

[7].baidu文库 https://www.360docs.net/doc/a313987517.html,/

问题：

1，如何提取土壤有效养分？

答：提取土壤有效养分的化学浸提剂种类很多，常因营养元素和土壤类型的不同而异。在提取原理上除纯化学法外，还有物理化学方法等。

由于阳离子形态的养分，主要存在于土壤溶液中或被吸附于土壤有机一无机复合体上，因此，用过量的阳离子浸提剂可将土壤样品中各种交换态和几乎全部的可溶态阳离子提取出来，然后，对提取液定量测定，将所得数值作为土壤有效养分的含量。

土壤中有效态阴离子的提取，以土壤有效磷为例，所选择的浸提剂要求其提取土壤中易分解的有机态磷，易溶解的无机态磷和部分的胶体吸附态磷。针对不同土壤上各种形态磷的组分与比例不同，以及磷酸盐的类型不同，可以有多种

有效磷的浸提剂。石灰性土壤上常采用奥尔逊(Olsen)法，该法的提取剂是0. 5 mol NaHC03(pH8.5)。

近来，也有用电超滤法提取土壤有效养分的。此法是将土壤悬浊液置于电场下，通过改变电压和温度，分别提取出不同吸附态的养分。在低电压条件下，分离出的养分量少，其结果与土壤溶液中的养分浓度相关性较高；而在高电压时，提取出的养分量多，其结果就与土壤中吸附态养分相关性高。通过大量生物试验表明，用电超滤法提取的土壤有效钾比化学方法测定的交换钾能更好地反映出土壤有效钾的含量水平。