大學土壤學教學課件--植物營養(yǎng)理論(平衡施肥)

1、 一.植物營養(yǎng)理論的建立（一）植物營養(yǎng)的早期探索1.尼古拉斯（1401-1446）是第一個從事植物營養(yǎng)研究的人，認為植物從土壤中吸收養(yǎng)分與吸收水分的某些過程有關。2.海爾蒙特1640年著名的柳條實驗，提出柳條增重來自水的錯誤結(jié)論。3.索秀爾1840年實驗證明植物碳素來源于大氣，灰分元素來自土壤。4.19世紀初，歐洲流行德國學者泰伊爾的腐殖質(zhì)營養(yǎng)學說。5.法國農(nóng)業(yè)化學家布森高（1802-1887）是采用田間實驗方法研究植物營養(yǎng)的創(chuàng)始人。深入研究了氮素營養(yǎng)。（二）.植物營養(yǎng)理論的建立1.德國化學家李比希是植物營養(yǎng)科學的創(chuàng)始人。1840年發(fā)表的論文化學在農(nóng)業(yè)和生理學上的應用提出植物礦質(zhì)營養(yǎng)學說，否定

2、腐殖質(zhì)營養(yǎng)學說，是植物營養(yǎng)學新舊時代的分界線和轉(zhuǎn)折點。又提出養(yǎng)分歸還學說和最小養(yǎng)分律。提出“通過研究來教育”的觀點。2.1842年英國洛桑實驗站創(chuàng)始人魯茨取得制造普鈣的專利。魯茨是李比希的學生。1904-1908年，德國化學家哈伯提出合成氨工藝。李比希的礦質(zhì)營養(yǎng)學說促進化肥工業(yè)的發(fā)展，推動農(nóng)業(yè)的發(fā)展，具有劃時代的意義。二.植物營養(yǎng)理論（一）養(yǎng)分歸還學說 李比希提出了養(yǎng)分歸還學說，其中心內(nèi)容是，人們在土地上種植作物并把這些產(chǎn)物取走，這就必然會帶走作物從土壤吸收的養(yǎng)分，從而使土壤養(yǎng)分愈來愈少，地力逐漸下降。要恢復地力就必須歸還作物從土壤帶走的全部養(yǎng)分。為了提高作物產(chǎn)量，必須對土壤施肥。 （二）、最

3、小養(yǎng)分律最小養(yǎng)分律是李比希在1843年提出。在作物所需的養(yǎng)分中，相對含量最缺少的那種（土壤供應能力）稱為最小養(yǎng)分，它決定作物產(chǎn)量的高低。作物的產(chǎn)量受土壤中相對數(shù)量最少的養(yǎng)分控制，產(chǎn)量隨這種養(yǎng)分的多少而變化，這個定律稱為最小養(yǎng)分律。 三、限制因子律 限制因子律是由最小養(yǎng)分律引伸和發(fā)展的。1905年美國布克萊曼（Blackman）把最小養(yǎng)分律引伸擴大到養(yǎng)分以外的生態(tài)因子、如光照、溫度、水分、空氣、養(yǎng)分和機械技持等，提出了限制因子律。 其內(nèi)容是：增加一個因子的供應，可以使作物產(chǎn)量增加，但遇到另一因子不足時，即使增加前一因子也不能使作物產(chǎn)量增加，直到缺乏的因子得到補充，作物才能繼續(xù)增長。 限制子律可用

4、木桶形象地示意說明 （四）、報酬遞減律與米采利希學說報酬遞減律是在18世紀后期，首先由歐洲的經(jīng)濟學家提出的。主要內(nèi)容是，投人到一定土地的勞力和資金所得到的報酬，隨勞力和投資量的增加而減少。即最初的勞力和投資所得到的報酬最高，以后遞增單位投資和勞力所得到的報酬是漸次遞減的。 燕麥施用磷肥的報酬遞減趨勢磷肥施用量燕麥干物質(zhì)重米采利希的試驗證明：（1）在其他技術相穩(wěn)定的前提下，隨著施磷量的漸次增加，燕麥的干物質(zhì)量也隨之增加，但干物質(zhì)的增產(chǎn)量卻隨施磷量的增加而呈遞減趨勢，與報酬遞減律相一致；（2）如果一切條件都是理想的，作物就會出現(xiàn)某一最高產(chǎn)量；相反，只要某一主要因素缺乏時，產(chǎn)量便相應減少。三.肥料的

5、合理分配與施用（一）、按作物和輪作特點施肥（二）、按土壤條件施肥 （三）、按肥料的特性施肥（四）、按氣候條件施肥 （五）、按農(nóng)業(yè)技術水平施肥 （六）、按經(jīng)濟條件施肥 四.平衡施肥（一）定義(發(fā)達國家）指按照植物的生理需求補充養(yǎng)分，以達到最佳生長的養(yǎng)分比例。 在某些情況下，這一平衡施肥的概念被引深為確定合適的養(yǎng)分比例和施用正好能獲得目標產(chǎn)量那么多的肥料。 英國把平衡施肥叫養(yǎng)分管理和推薦施肥： The essence of good nutrient management and fertilizer use is to ensure that the necessary quantities o

6、f the essential crop nutrients are available when required for uptake by the crop, and that losses of nutrients to the environment are minimised. 中國的平衡施肥概念：平衡施肥在我國的叫法很多，主要有以下幾種稱謂： 1）矯正施肥 2）合理施肥 3）配方施肥 4）推薦施肥 5）平衡施肥 中國的平衡施肥概念（1）：20 世紀5060 年代, 我國根據(jù)土壤養(yǎng)分狀況和單產(chǎn)水平的要求, 采用“缺啥補啥”、“缺多少補多少”的辦法進行施肥。 當時稱為“矯正施肥”,

7、應當說這是平衡施肥的初級階段。 馮元琦（2003） 中國的平衡施肥概念（2）： 科學合理的施肥應該是: 既能供應作物對各種必須養(yǎng)分的充分需要,又有適宜的肥料比例, 做到均衡地或平衡地供應作物各種必須的營養(yǎng)元素,達到增產(chǎn)增收的目的。 王仁如，王海連（2000） 中國的平衡施肥概念（3）： 隨著作物產(chǎn)量的不斷提高, 肥料用量逐步增加, 施肥技術要求提高到根據(jù)作物需肥的特點、土壤供肥特性和肥料增產(chǎn)效應等因素來決定養(yǎng)分比例和施肥數(shù)量。這樣才能避免由于養(yǎng)分供應不平衡而出現(xiàn)諸多如養(yǎng)分利用率不高, 肥料資源浪費, 產(chǎn)量不穩(wěn)定, 產(chǎn)品品質(zhì)下降, 農(nóng)業(yè)成本增加以及引起環(huán)境污染等問題。 馮元琦（2003） 以上平

8、衡施肥概念的共同特點如下：1）作物的營養(yǎng)特性（需肥規(guī)律） 2）土壤肥力狀況（土壤供肥保肥性能） 3）肥料性質(zhì)或肥料效應 4）以效益、利用率和環(huán)境效應為目標。 平衡施肥的概念： 所謂平衡施肥就是在一定的氣候條件下，以耕作制為中心，根據(jù)作物營養(yǎng)特性、土壤肥力狀況、肥料性質(zhì)，為達到最大產(chǎn)量、最佳肥料經(jīng)濟效益、最大肥料利用率和環(huán)境友好應而采取的適時、適量的施肥方法和技術。 發(fā)達國家肥料與平衡施肥研究已經(jīng)從單一的產(chǎn)量效應，發(fā)展到肥料對產(chǎn)量、品質(zhì)和環(huán)境影響等多方位；已經(jīng)由定性發(fā)展到定量推薦施肥階段（MAFF, 2000）。 我國的現(xiàn)狀如何？ 目前在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中尚缺乏1.有效的推廣和應用平衡施肥成果的應用基礎

9、理論體系。 2.快速準確評價土壤、植物營養(yǎng)狀況的測試技術。 3.可供復合肥企業(yè)采用的生產(chǎn)高質(zhì)量的既包容平衡施肥原理與技術，又便于農(nóng)民使用的復合肥料生產(chǎn)技術。 當前肥料和平衡施肥的現(xiàn)狀和亟待解決的問題：1.理論與實際脫節(jié) 2.生產(chǎn)與需要脫節(jié) 3.肥料利用率在全國范圍內(nèi)沒有明顯提高 4.專用肥因其專而產(chǎn)生一系列問題 肥料與平衡施肥方面仍然存在許多值得深入研究和探討的問題。例如： 1.肥料利用率仍然較低，特別是氮肥的平均利用率遠低于發(fā)達國家。 2.平衡施肥理論和技術研究與推廣應用脫節(jié)，或平衡施肥原理和技術在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的到位率不夠。 3.農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高投入、低產(chǎn)出；生產(chǎn)中普遍存在偏施氮肥，而磷鉀施用不足等

10、不合理施肥現(xiàn)象。 我國平衡施肥研究發(fā)展：配方施肥 1、施肥技術從單一養(yǎng)分向多種養(yǎng)分配合 2、施肥技術由定性或矯正施肥（需要什么）向定量（施用多少） 依據(jù)：作物需肥規(guī)律、土壤供肥能力和肥料效應技術：有機肥基礎上的氮磷鉀及微量元素的配合和施肥技術 目的：最大的經(jīng)濟效益、培肥地力、保護生態(tài)環(huán)境。 配方施肥的內(nèi)容 1、配方（確定肥料種類和數(shù)量） 2、施肥（合理安排基肥、追肥的比例和施肥的時間） 配方施肥的分類 地力分區(qū)（級）法 1) 地力分區(qū)（級）法 目標產(chǎn)量法：1）養(yǎng)分平衡法 2）地力差減法 田間試驗法：1）肥料效應函數(shù)法 2）養(yǎng)分豐缺指標法 3）氮磷鉀比例 （一）地力分區(qū)（級）配方法 地力分區(qū)（級

11、）配方法是根據(jù)土壤肥力高低分成若干等級，或劃出一個肥力均等的田片，作為一個配方區(qū)，利用土壤普查的資料和過去田間試驗的成果，結(jié)合群眾的實踐經(jīng)驗，估算出各配方區(qū)比較適宜的肥料種類及其施用量。 優(yōu)點：有一定的針對性，提出的肥料種類及其施用量和措施接近當?shù)氐慕?jīng)驗，群眾比較熟悉，容易接受，推廣時的阻力較小。缺點：地區(qū)局限性，依賴于經(jīng)驗較多，只適用于生產(chǎn)水平差異小，基礎較差的地區(qū)。 二、目標產(chǎn)量配方法根據(jù)土壤供肥能力確定方法的不同分為兩種方法：養(yǎng)分平衡法和地力差減法。1、養(yǎng)分平衡法 養(yǎng)分平衡法是以土壤養(yǎng)分測定值來計算土壤供肥量。 2、地力差減法 地力就是土壤肥力。此法是用空白（不施肥）地的產(chǎn)量作為土壤供肥

12、能力。 三.肥料效應函數(shù)法1、多因子、多水平田間試肥法； 2、養(yǎng)分豐缺指標法； 3、氮、磷、鉀比例法。目標產(chǎn)量配方法（一）養(yǎng)分平衡法核心是土壤養(yǎng)分測定。其方法是以每塊地的土壤養(yǎng)分測定值為基礎，作為計算土壤供肥量，再按作物目標產(chǎn)量的要求，估算出各種肥料的施用量。其計算公式如下： 目標產(chǎn)量 單位產(chǎn)量需要養(yǎng)分量土測值0.15 土壤養(yǎng)分利用率施肥量= 肥料養(yǎng)分含量肥料利用率 目標產(chǎn)量：前三年作物平均產(chǎn)量再增加10%-15%。 土壤養(yǎng)分利用率=（無肥區(qū)作物吸收養(yǎng)分數(shù)量）/（土壤養(yǎng)分有效含量）*100% 天山北麓灰漠土養(yǎng)分利用率：氮素：45%-50%。 肥料利用率=（施肥區(qū)作物吸收養(yǎng)分數(shù)量-無肥區(qū)作物吸收

13、養(yǎng)分數(shù)量）/（肥料施用量*肥料養(yǎng)分含量） （二）地力差減法 在不施肥的情況下，作物獲得的產(chǎn)量稱為地力產(chǎn)量。地力產(chǎn)量所需的養(yǎng)分全部來自于土壤。作物目標產(chǎn)量與地力產(chǎn)量之差，就是靠施肥才能獲得的產(chǎn)量。 單位產(chǎn)量所需養(yǎng)分量*（目標產(chǎn)量-地力產(chǎn)量）作物施肥量= 肥料養(yǎng)分含量*肥料利用率例題：養(yǎng)分平衡法1、作物目標產(chǎn)量的確定某生產(chǎn)單位，小麥前3年平均單產(chǎn)為252kg，若在此基礎上再增加10，目標產(chǎn)量即為252（110）277kg。 2、計算作物目標產(chǎn)量所需的養(yǎng)分量根據(jù)當?shù)卦囼?，每生產(chǎn)1kg小麥籽粒所需的N為0.03kg，則達到目標產(chǎn)量所需的N為277003831kg。3、據(jù)土壤測定值計算土壤供肥量 若土壤

14、堿解氮為65mgkg-1，土壤氮素利用率為50，則土壤供肥量為6501550=488（kg）。4、按差減法計算施肥量 若用尿素補充氮素尿素的含N量為46，其利用率為50。 尿素施用量=（8.31-4.88）/（46%*50%）=15（kg/畝）肥料效應函數(shù)法肥料的增產(chǎn)效應反映施肥量與產(chǎn)量間的關系。這種數(shù)量關系可以用數(shù)學函數(shù)來表示，此函數(shù)即肥料效應函數(shù)。肥料效應函數(shù)估算法是建立在田間試驗一生物統(tǒng)計基礎上的計量施肥方法，借助于大量田間試驗，通過施肥量與產(chǎn)量之間的數(shù)學關系，配置出一元、二元或多元肥料肥量效應回歸方程式，所得的肥料效回歸方程式可計算出代表性地塊的最高產(chǎn)量施肥量、最佳施肥量和最大利潤率施

15、肥量等配方施肥參數(shù)。（一）施肥量與產(chǎn)量之間的關系1、施肥量與產(chǎn)量之間的直線相關。施肥量與產(chǎn)量呈直線關系在一定范圍內(nèi)是符合的，尤其是在生產(chǎn)條件差，土壤肥力低，養(yǎng)分供應不足和施肥量較低時多呈直線相關。 2、施肥量與產(chǎn)量之間的曲線相關 米采利希、包爾（B.Baule,1918）、斯皮爾曼（W.J.Spillman,1923）等人相繼對施肥量與產(chǎn)量的關系加以研究，得出施肥量與產(chǎn)量的關系呈指數(shù)模式， 即Y=A（1-10-cx）。 國內(nèi)外大量的氮肥試驗表明，肥料的增產(chǎn)效應符合二次拋物線形式 。即Y=b0+b1X+b2 X2,式中的b0為不施肥的產(chǎn)量水平或稱地力水平，b1表示起始時肥料增產(chǎn)效應的趨勢，b2表示邊際效應的增減量，X為施肥量。 IIIIII最高產(chǎn)量施肥量的計算Y=