第六章 土壤养分的生物有效性分析
第六章设施土壤环境及调控
连作与自毒作用、土传病害间的关系
根系分泌物：通过根向生长基质中释放的有机物的总称。 根系分泌物的对土壤养分有效性的影响： （1）增加土壤与根系接触程度； （2）对养分有化学活化作用； （3）增加土壤团聚体结构的稳定性，改善根际缓冲性能。 但如果根系长期分泌同一种物质就会影响土壤中微生物 和化感物质的种类和数量，破坏土壤微生物相互间平衡。
化感作用：植物通过向环境释放特定的次生物质 从而对邻近其它生物(含微生物及其自身)生长发 育产生的有益或有害的影响。
• 化感物质影响作物的方式：
化感物质首先作用于植物根细胞的细胞膜， 通过细胞膜功能的改变进而影响植物的生理生化 代谢活动，最终抑制植物的生长发育。
• 化感物质进入环境的途径： 1、挥发：植物活体的地上部分或枯落物通过分解释放乙烯
• 微生物多样性分析发现，长时间连作后， 土壤有由细菌型向真菌型转变的特点
• 设施土壤微生物量较露地土壤有不同程度提高， 且变化幅度大 • 土壤微生物量碳、氮逐渐增加，在设施种植4年左 右达最高，此后则有不同程度的降低，而微生物 量磷在2年时即出现最大值。 • 设施土壤中速效养分含量过高，使土壤微生物生 长与活性受到了一定程度的抑制。 • 设施栽培中应该注意根据作物的需肥性及土壤养 分含量科学计算施肥量，并采取合理的耕作栽培 管理措施调节土壤微生态环境，促进微生物对速 效养分的吸收。
、萜类等挥发性物质的形式释放化感物质，直接或间接影响 其他生物生长。
2、淋溶：水溶性的化感物质经雾、降水或露水等淋洗或从
植物表面淋溶转移、扩散到土壤中，对其他植物生长产生直 接或间接作用。
3、分泌：植物通过根系分泌，将化感物质释放到根际土壤
中，直接或间接影响周围其他植物生长
4、腐释：植物残体经腐烂后直接释放出化感物质或由于土
第八章 土壤养分生物有效性
• • •
菌根是高等植物根系与真菌形成的共生体， 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
板栗外生菌根
外生菌根对板栗吸磷量的影响(mg/pot)
CK B.e S.l
13.25a
缓冲容量
K+的吸附数量（Q)
土壤A
土壤B Q
I 土壤A
I 土壤B
土壤溶液中K+的强度(I)
两种不同容量土壤对K+缓冲力比较的图示
第二节
一、养分位置及其有效性
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， 平均根系占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。
200
土壤A, 21%粘粒
2- 3 μmol/L钾 0
1 4 2 3 距根表距离 (mm) 5 6
土壤不同粘粒含量与玉米根际K+的浓度分布的关系
（一）根际pH值变化的原因
• •
•
根系呼吸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 根系吸收阴阳离子的不平衡
二、根际pH
1.氮素形态
第四节
植物根际养分有效性
？
？
地上与地下部分如何相互作用
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
一、根际养分的分布
根际养分分布类型
根际富集：截获+质流 ＋扩散 > 吸收量 根际亏缺：截获+质流 ＋扩散 < 吸收量 不 变 化：截获+质流 ＋扩散 = 吸收量
土壤养分循环
第十章土壤养分循环土壤养分循环：是指在生物参与下，营养元素从土壤到生物，再从生物回到土壤的循环过程，是一个复杂的生物地球化学过程。
土壤元素通常可以反复的再循环和利用,典型的再循环过程包括：（1）生物从土壤中吸收养分（2）生物的残体归还土壤（3）在土壤微生物的作用下，分解生物残体，释放养分（4）养分再次被生物吸收一、土壤氮素循环（一）氮素循环由两个重叠循环构成，一是大气层的气态氮循环，几乎所有的气态氮对大多数植物无效，只有若干种微生物或少数与微生物共生的植物可以固定大气中的有效氮。
另一个是土壤氮的循环，即在土壤植物系统中，氮在动植物体、微生物体、土壤有机质、土壤矿物质各分室中的转化和迁移，包括有机氮的矿化和无机氮的生物固持作用、粘土对氨的固定和释放作用、硝化和反硝化作用、腐殖质形成和腐殖质稳定化作用。
（二）土壤的氮的获得（来源）1土壤氮的获得（来源）（1）土壤母质中的矿质元素（2）大气中分子氮的生物固定大气和土壤空气中的分子态氮不能被植物直接吸收、同化，必须经生物固定为有机氮化合物，直接或间接地进入土壤。
（3）雨水和灌溉水带入的氮灌溉水带入土壤的氮主要是硝态氮形态，其数量因地区、季节和降雨量而异。
大气层发生自然雷电现象，可使氮氧化成NO2及NO等氮氧化物。
（4）施用有机肥和化学肥料2土壤N存在形态土壤无机态氮主要是铵态氮和硝态氮，是植物能直接吸收利用的有效态氮。
有机态氮是土壤氮的主要存在形态，一般占土壤全量氮的95%以上，按其溶解度的大小及水解的难易分为水溶性有机氮、水解性有机氮和非水解性有机氮三类。
土壤溶液中的铵、交换性铵和硝态氮因能直接被植物根系所吸收，常总被称为速效态氮。
3土壤中氮的转化（1）有机态氮的矿化过程含氮的有机化合物，在多种微生物的作用下降解为简单的铵态氮的过程矿化过程：第一阶段：把复杂的含氮化合物的含氮化合物，如蛋白质、核酸、氨基糖及其多聚体等，经过微生物酶的系列作用下，逐级分解而形成简单的氨基化合物，称之为氨基化阶段。
土壤养分的来源与形态
土壤养分的来源与形态土壤养分是指存在于土壤中植物必需的营养元素，是土壤肥力的物质基础，也是评价土壤肥力水平的重要指标之一。
一、土壤养分的来源在植物生长发育所必需的16种营养元素中，除去碳、氢、氧3种元素来自大气中的二氧化碳和水以外，其他的营养元素几乎全部来自于土壤。
土壤养分的来源，大体上有以下几个方面：土壤矿物质风化所释放的养分；土壤有机质分解释放的养分；土壤微生物的固氮作用；植物根系对养分的集聚作用；大气降水对土壤加入的养分；施用肥料，包括化学肥料和有机肥料中的养分。
二、土壤养分的形态土壤养分由于其存在的形态不同，对植物的有效性差异很大。
按其对植物的有效程度，土壤养分一般可分为5种类型。
1、水溶态养分。
水溶态养分是指能溶于水的养分。
它们存在于土壤溶液中，极易被植物吸收利用，对植物有效性高。
水溶态养分包括大部分无机盐类的离子（如K+、Ca2+、NO3-等）和少部分结构简单、分子量小的有机化合物（如氨基酸、酰胺、尿素、葡萄糖等）。
2、交换态养分。
交换态养分是指吸附于土壤胶体表面的交换性离子，如NH4+、K+、Ca2+、H2PO4-等。
土壤溶液中的离子与土壤胶体上的离子可以进行交换，并保持动态平衡，二者没有严格的界限，对植物都是有效的。
因此，水溶态养分和交换态养分合称速效养分。
3、缓效态养分。
缓效态养分是指某些矿物中较易释放的养分。
如黏土矿物晶格中固定的钾、伊利石矿物以及部分黑云母中的钾。
这部分养分对当季植物的有效性较差，但可作为速效养分的补给来源，在判断土壤潜在肥力时，其含量具有一定的意义。
4、难溶态养分。
难溶态养分是指存在于土壤原生矿物中且不易分解释放的养分。
如氟磷灰石中的磷、正长石中的钾。
它们只有在长期的风化过程中释放出来，才可被植物吸收利用。
难溶态养分是植物养分的贮备。
5、有机态养分。
有机态养分是指存在于土壤有机质中的养分。
它们多数不能被植物吸收利用，需经过分解转化后才能释放出有效养分。
但它们的分解释放较矿物态养分容易得多。
第六章土壤污染监测
第六章土壤污染监测土壤污染监测是指对环境中的土壤进行分析、检测、监控、评价和预测，以及对土壤污染问题进行调查和研究。
土壤污染监测的目的是保护环境和人类健康，防止土壤污染对环境和人类健康造成危害。
在土壤污染监测中，应选取具有代表性的样点，根据监测对象和目的，选择不同的监测方法和技术，进行土壤污染的定性与定量分析。
主要监测指标包括土壤pH值、有机质、总氮、总磷、重金属等。
下面介绍一些常见的土壤污染监测方法。
1. pH值监测土壤pH值对土壤中的化学物质有一定的影响，pH值越低则土壤酸性越强，一些重金属元素的溶解度会增加，会导致土壤污染。
常见的监测方法有玻璃电极法、指示剂法和pH试纸法。
2. 有机质监测有机质是土壤中重要的营养物质，可以提高土壤的肥力和水分保持能力。
但过多的有机质也会导致土壤污染。
常见的监测方法有重量法、色度法等。
3. 总氮、总磷监测总氮、总磷是土壤中营养盐的主要成分，也是水体富营养化的主要原因之一。
过多的总氮、总磷会对环境造成污染。
常见的监测方法有紫外分光光度法、色度法、高效液相色谱法等。
4. 重金属监测重金属是土壤中常见的微量元素，一些重金属如铅、镉、铬、汞等对人体健康和环境都有一定的危害。
常见的监测方法有原子吸收光谱法、电感耦合等离子体质谱法等。
5. 污染物的化学分析和生物毒性检测根据具体情况，也可以选择化学分析和生物毒性检测方法来监测土壤污染。
化学分析主要是通过样品化学成分的分析来确定样品是否受到了污染。
生物毒性检测是对污染物的生物毒性进行分析和测定。
总的来说，土壤污染监测是保护环境和人类健康的重要手段之一。
只有通过科学的监测方法和技术，才能全面了解土壤中的污染情况，及时采取措施进行治理和修复。
《植物营养学》复习题
《植物营养学》复习题第一章绪论一、名词解释植物营养肥料矿物质营养学说养分归还学说最小养分律二、填空1、植物营养学是研究植物对营养物质吸收、运输、转化和利用的规律，以及植物与外界环境之间营养物质和能量交换的科学。
2、肥料具有提高农作物产量、改善农产品品质和改良土壤，提高土壤肥力等作用。
3、肥料按组分分为有机肥和无机肥；按来源分为农家肥和商品肥；按主要作用分为直接肥和间接肥；按肥效快慢分为速效肥和迟效肥。
4、海尔蒙特于1640年，在布鲁塞尔进行了著名的柳条试验。
5、李比希是德国著名的化学家，国际公认的植物营养科学的奠基人。
6、英国洛桑农业试验站是由鲁茨在1843年创立的。
7、李比希创立的植物矿物质营养学说,在理论上否定了腐殖质营养学说,说明了植物营养的本质是矿物质营养；在实践上,促进了化肥工业和现代农业的发展,因此,具有划时代的意义。
8、根据李比希的养分归还学说,归还土壤养分的方式应该是有机肥料与无机肥料配合施用。
9、最小养分律告诉我们，施肥应有针对性，应合理施用。
10、植物营养学的主要研究方法有生物田间试验法、生物模拟法、化学分析法、数理统计法、核素技术法和酶学诊断法。
三、简述题：我国肥料资源有何特点？肥料利用存在什么问题？第二章大量营养元素1、名词解释（1）植物生长必需的营养元素（2）营养元素间的同等重要律和不可代替律（3）营养元素间的相互相似作用（4）活性氧2、填空题（1）一般新鲜植物含有70%-95%的水分,5%-30%的干物质。
干物质中绝大部分是有机质,约占干物质重的90%-95%；矿物质只有5%-10%左右,也称为灰分。
(2)植物必需营养元素有16种，根据质量分数的高低,将植物必需的营养元素分为大量营养元素、中量营养元素和微量营养元素。
氮、磷和钾被称为植物营养三要素。
(3)作物吸收的氮素形态主要是铵态氮、硝态氮和酰胺态氮。
(4) 作物缺氮时,叶色转淡,生长缓慢,植株矮小,症状首先出现在下部叶子,而后逐渐向上蔓延。
第八章土壤养分的生物有效性
第八章土壤养分的生物有效性第八章土壤养分的生物有效性“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。
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。
第一节土壤养分的化学有效性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。
一、化学浸提有效养分的方法及评价1. 化学有效养分的提取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。
3土壤养分的生物有效性研究方法
第3章土壤养分的生物有效性研究方法第一节土壤有效养分的概述一、土壤有效养分概念的提出“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 availability)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。
1、原初定义“土壤有效养分"(soil available nutrient)，是指土壤中能为当季作物吸收利用的那一部分养分。
当季2、化学有效养分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、硫等元素绝大部分足以有机形态存在，可以通过矿化作用转化为无机形态。
3、生物有效养分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：（1）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。
（2）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。
（3）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。
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理论与实践
❖ 何为根际土？根际土如何进行采集？根际土 与非根际土在土壤理化性状及生物学特性方 面有何区别？
土壤中各种营养元素的全量是很丰 富的，但其中绝大部分对植物是无效的， 只有少部分在短期内能被植物吸收的土 壤养分才是植物的有效养分。
土壤中的生物有效养分具有两个基 本特点：一是以矿质养分为主；二是位 置接近植物根表或短期内可以迁移到根 表的有效养分。
1.生物有效养分
2.化学有效养分
1 2
土壤有效养分示意图
二、养分向根表的迁移
土壤中养分到达根表有两种途经：
其一是：根对土壤养分的主动截获；
截获是指根直接从所接触的土壤中获取养分而 不经过运输。截获所得的养分实际是根系所占据土 壤容积中的养分，它主要决定于根系容积大小和土 壤中有效养分的浓度。
其二是：在植物生长与代谢活动（如蒸腾、吸 收等）的影响下，土壤养分向根表的迁移－－质流 和扩散。
植物根获取土壤养分的模式图
地上部
土壤 3
2
根1
（1、截获 2、质流 3、扩散）
土壤养分向根表的迁移有两种方式： 即质流和扩散。
（一）质流（ mass flow ） 植物的蒸腾作用和根系吸水造成根表土
壤与土体之间出现明显水势差，土壤溶液中 的养分随水流向根表迁移。
其特点是：运输养分数量多，养分迁移 的距离长。养分通过质流到达根部的数量取 决于植物的蒸腾率和土壤溶液中该养分的浓 度。
土壤养分的扩散作用具有速度慢、距离短 的特点。
土壤养分的扩散速率主要取决于养分的扩 散系数。
部分养分离子在不同介质中的扩散系数
离子种类
K+
H2PO4NO3Ca2+ Mg2+ K+
H2PO4NO3-
介质
250C水 250C水 250C水 250C水 250C水 土壤 土壤 土壤
扩散系数D（cm2/s）
凡是影响植物蒸腾作用的因素均会影响质 流的速率，如：温度、光照、相对湿度等。 植物通过质流获取的养分可以由以下公式计 算：
质流 ＝ 土 获 植 壤 得 全 物 溶 养 生 吸 1 液
土壤养分的长距离迁移主要靠质流。
(二)扩散(diffusion)
当根系截获和质流作用不能满足植物需求 时，随根系不断的吸收可使根表有效养分浓度 明显降低，并在根表垂直方向上出现养分浓度 梯度差，从而引起土壤养分顺浓度梯度向根表 迁移。
（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。
建议施磷量(kg/ha)
75 50 25
80
160
240
土壤含磷量(pmg/kg)
不同地区土壤有效磷含量与建议施磷量的关系
二 、养分的强度因素与容量因素
（一）养分的强度因素（I） 是指土壤溶液中养分的浓度。强度因素是土壤
应用强度/容量关系描述土壤养分有效性， 可以从养分转的动态过程来考虑养分的有 效性。
K+的吸附数量（Q)
土壤A
土壤B Q
IA
IB
土壤A
土壤B
土壤溶液中K+的强度(I)
两种不同容量土壤对K+缓冲力比较的图示
第二节
土壤养分的空间有效性
一、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。
土壤养分供应强度与容量的示意图
强度 容量
土壤溶液中养分浓度 快
活性养分库
慢 在生长期内 释放的养分
很慢 土壤矿物和 有机残留物
田间根系体积
3、土壤养分的缓冲因素(缓冲容量)
土壤养分的缓冲因素表示土壤保持一定 养分强度的能力。它关系着养分供应的速度， 反映强度（I）随数量(Q)变化的关系。可以 用△Q/△I 的比率来表示，比率越大，土壤 养分的缓冲力就越强。
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。
一.化学浸提的有效养分
（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：化学法和物理化学方法（如电
超滤法）。 （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。
“土壤养分生物有效性”的含义有三方面：
（1）土壤中矿质态养分的浓度、容量与动态 变化；
（2）根对养分的获取与养分向根表迁移的方 式与速度；
（3）在根系生长与吸收的作用下，土壤中养 分的有效化过程以及环境因素对养分有 效化的影响。
第一节
土壤养分化学有效性
化学有效养分是采用不同化学 方法从土壤中提取出的对作物有效 的养分。
6.Soltanpour法 NH4HCO3+DTPA
14.8
7.MeugepqkoB 法 (NH4)2C2O4+NH4HCO3
46.9
（三）化学有效养分与植物吸收量的相关性 由于化学浸提法测定的有效养分是相对
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 的实际吸收量、生长状况和产量水平。
养分内供应的主要因子。
（二）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
量的大小，还决定于储存养分释放的难易程度。 这不仅受到土壤、水分、温度、通气等土壤条件
的影响，而且还受到植物根系生长的影响。因此， 根系容量等参数也应归入容量因素。
1.98×10-5 0.89×10-5 1.90×10-5 0.78×10-5 0.70×10-5 10-7~10-8 10-8~10-11 10-6~10-7
（三）不同迁移方式对植物养分供应的贡献
在植物养分吸收总量中，通过根系截获 的数量很少。大多数情况下，质流和扩散是 植物根系获取养分的主要途径。
不同浸提剂提取15种土壤所测得有效磷的平均含量
测定方法
浸提液种类
有效磷 （Pmg/kg）
1.Olsen 法
NaHCO3
24.9
2.Machiqin 法
(NH4)2CO3
23.9
3.Al-Abbas-法 NaOH+Na2C2O4
30.4
4.双酸法
HCl+H2SO4
29.4
5.MehlichIII法 HAc+NH4NO3+NH4F+HNO3 70.1 +EDTA