土壤養(yǎng)分生物有效性

第二章.土壤養(yǎng)分生物有效性土壤養(yǎng)分的有效性1養(yǎng)分遷移與養(yǎng)分有效性2影響?zhàn)B分有效性的因素3

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5有效養(yǎng)分的概念有效養(yǎng)分的指標(biāo)

土壤養(yǎng)分有效性1有效養(yǎng)分的概念能夠被當(dāng)季作物吸收的養(yǎng)分：可能性，與形態(tài)掛鉤，易于操作理論.尚不盡合理；被當(dāng)季作物吸收了的養(yǎng)分：結(jié)果，數(shù)量精確，理論上合理；不知養(yǎng)分的形態(tài)及來源，事后才了解數(shù)量養(yǎng)分有效性的基本特點土壤中各種營養(yǎng)元素的全量是很豐富的，但其中絕大部分對植物是無效的，只有少部分在短期內(nèi)能被植物吸收的土壤養(yǎng)分才是植物的有效養(yǎng)分。

土壤中的生物有效養(yǎng)分具有兩個基本特點：一是以礦質(zhì)養(yǎng)分為主；二是位置接近植物根表或短期內(nèi)可以遷移到根表的有效養(yǎng)分。土壤有效養(yǎng)分示意圖212.化學(xué)有效養(yǎng)分1.生物有效養(yǎng)分Rootsystemsoilhasonly3%ofthetopsoilvolume.有效養(yǎng)分的指標(biāo)數(shù)量指標(biāo)---化學(xué)有效養(yǎng)分強度因素與容量因素指標(biāo)緩沖容量指標(biāo)養(yǎng)分位指標(biāo)生物學(xué)指標(biāo)數(shù)量指標(biāo)化學(xué)有效養(yǎng)分的提取化學(xué)有效養(yǎng)分測定值的相對性化學(xué)有效養(yǎng)分臨界值的確化學(xué)有效養(yǎng)分

指采用化學(xué)方法從土壤中提取出來的有效養(yǎng)分，主要包括可容性的離子態(tài)與簡單分子態(tài)養(yǎng)分，易分解態(tài)和交換吸附態(tài)養(yǎng)分以及某些氣態(tài)養(yǎng)分。化學(xué)有效養(yǎng)分的含義

土壤養(yǎng)分形態(tài)與養(yǎng)分有效性的關(guān)系是指土壤中存在的礦質(zhì)養(yǎng)分存在形態(tài)，主要包括可溶性的離子態(tài)、簡單分子態(tài)養(yǎng)分，易分解態(tài)、交換吸附態(tài)、難溶態(tài)養(yǎng)分內(nèi)以及某些氣態(tài)養(yǎng)分。養(yǎng)分的形態(tài)通?？梢圆捎貌煌幕瘜W(xué)方法從土壤中提取出來。所以我們通常其為化學(xué)有效性。

提取土壤有效養(yǎng)分的化學(xué)浸提劑因營養(yǎng)元素和土類型的不同而異。提取原理在化學(xué)法之外，還有物理化學(xué)方法（如電超濾法）。

化學(xué)試劑模擬根系吸收有效氮：有效磷：有效鉀：化學(xué)有效養(yǎng)分的提取水溶性養(yǎng)分－有效性高交換態(tài)養(yǎng)分－易被作物吸收難溶性養(yǎng)分－有效性低養(yǎng)分形態(tài)與養(yǎng)分有效性的關(guān)系養(yǎng)分形態(tài)的相對性

水溶性難溶性交換性養(yǎng)分的形態(tài)是相互轉(zhuǎn)化化學(xué)有效養(yǎng)分測定值的相對性不同化學(xué)浸提方法所測出的“有效養(yǎng)分”的數(shù)值在很大程度上取決于浸提劑的類型，不同方法間缺乏相互比較的基礎(chǔ)。不同提取劑結(jié)果不同不同方法結(jié)果不同不同條件結(jié)果不同同一結(jié)果有效性不同15種土壤有效磷的平均含量（不同提取劑提?。┓椒ǚ椒ㄌ崛┯行Я?mg/kg)Olsen法NaHCO324.9

Machiqin法(NH4)CO323.9Al-Abbas法NaOH+Na2C2O430.4雙酸法HCl+H2SO429.4Mehlich法Hac+NH4NO3+NH4F+HNO3+EDTA70.1Soltanpour法NH4HCO3+DTPA14.8Meugepqkob法(NH4)2C2O4+NH4HCO346.9化學(xué)有效養(yǎng)分臨界值的確定通過生物實驗確定臨界值測定值往往與作物吸收量不一致根據(jù)作物、土壤條件校正不同地區(qū)土壤有效磷含量與建議施磷量的關(guān)系80160240255075土壤含磷量(pmg/kg)建議施磷量(kg/ha)

由于化學(xué)浸提法測得有效養(yǎng)分是相對值，在應(yīng)用前需要與生物試驗的結(jié)果進行相關(guān)研究?；瘜W(xué)有效養(yǎng)分測定數(shù)值有時很難反映植物的生長狀況和產(chǎn)量水平。

化學(xué)有效養(yǎng)分與植物吸收的相關(guān)性化學(xué)有效養(yǎng)分在推薦施肥中的應(yīng)用

在實際中常用化學(xué)有效養(yǎng)分含量作為推薦施肥的依據(jù)。

強度因素與容量因素強度因素容量因素養(yǎng)分的強度因素（I）

強度因素是指土壤溶液中養(yǎng)分的濃度,是土壤養(yǎng)分內(nèi)供應(yīng)的主要因子。養(yǎng)分的容量因素（Q）

容量因素是指土壤中有效養(yǎng)分的數(shù)量，也就是不斷補充強度因子的庫容量。強度因素與容量因素容量因素對強度因素的補充不僅取決于養(yǎng)分庫容里量的大小，還決定于儲存養(yǎng)分釋放的難易程度。這要受到土壤、水分、溫度、通氣等土壤條件以及植物根系生長的影響。土壤溶液中養(yǎng)分濃度活性養(yǎng)分庫在生長期內(nèi)釋放的養(yǎng)分土壤礦物和有機殘留物田間根系體積強度容量快慢很慢土壤養(yǎng)分強度與容量因素示意圖緩沖容量(緩沖因素△Q/△I)表示土壤保持一定養(yǎng)分強度的能力。它關(guān)系著養(yǎng)分供應(yīng)的速度，反映強度隨數(shù)量變化的關(guān)系?？梢杂谩鱍/△I的比率來表示，比率越大，土壤養(yǎng)分的緩沖力就越強。應(yīng)用強度/容量關(guān)系描述土壤養(yǎng)分有效性，可以從養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的動態(tài)過程來考慮養(yǎng)分的有效性。土壤溶液中K+的強度(I)兩種不同容量土壤對K+緩沖力比較的圖示K+的吸附數(shù)量（Q)QII土壤A

土壤B土壤A土壤B養(yǎng)分釋放速率測定養(yǎng)分釋放速率，目前用了一個新的方法：樹脂法ＥＵＦ樹脂法Ｐ＝Ｒt＋ｂＰ－樹指吸收的磷量t－時間Ｒ－常數(shù)b－起始磷的濃度電超濾(ＥＵＦ)

采用模擬植物吸收的方式，測定植物吸收養(yǎng)分后，土壤固相養(yǎng)分的釋放，這一方法可以測定不同吸收強度下養(yǎng)分釋放的速率。１）土壤與水的懸濁液裝滿中心槽２）用半透膜與兩邊的電極模隔開３）在控制電壓的情況下通直流電４）溶液中的離子向兩極運動５）土壤固相離子釋放出來

即養(yǎng)分自由能，定是用熱力學(xué)能量的觀念來表示土壤溶液中養(yǎng)分的有效性，用自由能的大小表示養(yǎng)分被植物吸收的難易程度，自由能越大，吸收越容易，有效性越高。決定養(yǎng)分的效性大小的不是土壤中養(yǎng)分的多少，而是養(yǎng)分的自由能。作物吸收養(yǎng)分如用人們從水井中打水，其難易程度決定于水位（勢能）的高位，而不決定于井中水的多少。養(yǎng)分位養(yǎng)分位即養(yǎng)分自由能，定是用熱力學(xué)能量的觀念來表示土壤溶液中養(yǎng)分的有效性，用自由能的大小表示養(yǎng)分被植物吸收的難易程度，自由能越大，吸收越容易，有效性越高。養(yǎng)分的自由能受土壤中養(yǎng)分的數(shù)量，土壤的性質(zhì)，土壤中的水分及其它因素的影響是一個較為合理的有效性指標(biāo)。

自由能是一系列變數(shù)的函數(shù)包括：溫度、壓力、各組分的質(zhì)度即：Ｚ＝ｆ（Ｔ．Ｐ．ｎ１．ｎ２）Ｔ－溫度Ｐ－壓力ｎ１……各組分質(zhì)度養(yǎng)分位的原理有效氮等指標(biāo)通常不能反映土壤氮素的有效性，故通常用以下指標(biāo)。礦化量－礦化的數(shù)量，絕對量礦化率－礦化量占有機氮的百分比，相對量土壤氮素的有效性生物學(xué)指標(biāo)用生物作為指標(biāo),如:幼苗值幼苗值=--------------------------------------------*100%施肥區(qū)生物量-不施肥區(qū)生物量施肥區(qū)生物量施肥區(qū)不施肥區(qū)各有優(yōu)點，也有缺陷有效性指標(biāo)的優(yōu)劣

養(yǎng)分遷移與養(yǎng)分有效性2養(yǎng)分的位置與有效性養(yǎng)分向根表的遷移土壤養(yǎng)分的空間有效性

養(yǎng)分遷移與養(yǎng)分有效性2養(yǎng)分位置與有效性

土壤中有效養(yǎng)分只有達到根系表面才能為植物吸收，成為實際有效養(yǎng)分。對于整個土體來說，植物根系僅占據(jù)極少部分空間，平均根系土壤容積百分?jǐn)?shù)大約為3%。因而。養(yǎng)分的遷移對提高土壤養(yǎng)分的空間有效性是十分重要的。位置影響?zhàn)B分有效性的原因作物根系分布的范圍有限作物根系周圍的有效養(yǎng)分有限養(yǎng)分必須向根表的遷移123土壤根地上部（1、截獲2、質(zhì)流3、擴散）植物根獲取土壤養(yǎng)分的模式圖養(yǎng)分向根表的遷移土壤中養(yǎng)分到達根表有兩種機理：其一是根對土壤養(yǎng)分的主動截獲；其二是在植物生長與代謝活動（如蒸騰、吸收等）的影響下，土壤養(yǎng)分向根表的遷移。截獲是指根直接從所接觸的土壤中獲取養(yǎng)分而不經(jīng)過運輸。截獲所得的養(yǎng)分實際是根系所占據(jù)土壤容積中的養(yǎng)分，它主要決定于根系容積大小和土壤中有效養(yǎng)分的濃度。養(yǎng)分向根表的遷移的方式質(zhì)流擴散質(zhì)流

植物的蒸騰作用和根系吸水造成根表土壤與土體之間出現(xiàn)明顯水勢差，土壤溶液中的養(yǎng)分隨水流向根表遷移。其特點是運輸養(yǎng)分?jǐn)?shù)量多，養(yǎng)分遷移的距離長。養(yǎng)分通過質(zhì)流到達根部的數(shù)量取決于植物的蒸騰率和土壤溶液中該養(yǎng)分的濃度。質(zhì)流的動力---水分蒸騰

質(zhì)流輸送的養(yǎng)分量

質(zhì)流運送的養(yǎng)分=土壤溶液養(yǎng)分濃度*植物全生育期水分蒸騰量影響質(zhì)流的因素土壤溶液養(yǎng)分濃度植物全生育期水分蒸騰量1)土壤飽和水溶液中幾種養(yǎng)分的濃度*養(yǎng)分種類NO3-NH4+H2PO4-+HPO42-K+Ca2+SO42-Mg2+養(yǎng)分濃度(mmol/L)

0.1-2.00.1-2.00.001-0.020.1-1.00.1-5.00.1-10.00.1-5.0*土壤是美國北部中性淋溶土作物全生育期的水分蒸騰量玉米的水分吸收與根際鈉，氯積累的關(guān)系水分吸收（蒸騰ml/cm×10）氯（Cl-）（mg/Kg）鈉（Na+）（mg/kg）

根表電導(dǎo)率（nS/cm）土體根際根表土體根際根表0.380.460.820.953104105802203404101.383604306502803304502.284306609703604906803.7944064012803805709005.02

當(dāng)根系截獲和質(zhì)流作用不能想植物提供足夠的養(yǎng)分時，根系不斷的吸收可使根表有效養(yǎng)分的濃度明顯降低，并在根表垂直方向上出現(xiàn)養(yǎng)分濃度梯度差，從而引起土壤養(yǎng)分順濃度梯度向根表運輸。土壤養(yǎng)分的擴散作用具有速度慢距離短的特點。擴散速率主要取決于擴散系數(shù)。擴散擴散的動力－養(yǎng)分濃度梯度擴散輸送的養(yǎng)分量直接法：直接測定擴散系數(shù)計算,很難間接法：擴散輸送的養(yǎng)分量＝植物吸收總量－根系截獲量－養(yǎng)分質(zhì)流量部分養(yǎng)分離子在不同介質(zhì)中的擴散系數(shù)K+H2PO4-NO3-Ca2+Mg2+K+H2PO4-NO3-250C水250C水250C水250C水250C水土壤土壤土壤1.98×10-50.89×10-51.90×10-50.78×10-50.70×10-510-7~10-810-8~10-1110-6~10-7離子種類介質(zhì)擴散系數(shù)D（cm2/s）影響擴散的因素濃度梯度土壤性質(zhì)不同養(yǎng)分不同不同作物不同不同時期不同質(zhì)流與擴散的貢獻不同遷移方式對植物養(yǎng)分供應(yīng)的貢獻

在植物養(yǎng)分吸收總量中，通過根系截獲的數(shù)量很少。大多數(shù)情況下，質(zhì)流和擴散是植物根系獲取養(yǎng)分的主要途徑。對于不同各種營養(yǎng)元素來說，不同供應(yīng)方式的貢獻是各不相同的，鈣、鎂和氮（NO3-）主要靠質(zhì)流供應(yīng)，而H2PO4-、K+、NH4+等擴散是主要的遷移方式。在相同蒸騰條件下，土壤溶液中濃度高的元素，質(zhì)流供應(yīng)的量就大。不同遷移方式對小麥根系養(yǎng)分的相對貢獻**根據(jù)Baeber（1974）估計，根容積等于土壤容積的1%

“available”inTotaluptakeSupply(kg/ha)bythetopsoilbycropsNutrient(kg/ha)(k/ha)InterceptionMassflowDiffusionCalcium4000454090-Magnesium80035875-Potassium30011031295Phosphorus1003010.1228.9不同遷移方式對根系養(yǎng)分的相對貢獻*影響?zhàn)B分移動的因素養(yǎng)分向根表的遷移受到根系吸收和土壤供應(yīng)兩方面的影響,影響因子包括多個方面土壤濕度

增加土壤濕度，可使土壤表面水膜加厚，一方面這能增加根表與土粒間的接觸吸收；另一方面又可減少養(yǎng)分?jǐn)U散的曲徑，從而提高養(yǎng)分?jǐn)U散速率。土壤含水量對K+擴散率的影響（mg/cm2天）土壤交換性鉀含量（K+cmol/kg）0.41248104.1040557875土壤含水量4%10%20%30%施肥可增加土壤溶液中養(yǎng)分的濃度，直接增加質(zhì)流和截獲的供應(yīng)量。同時，施肥加大了土體與根表間的養(yǎng)分濃度差，也增加了養(yǎng)分?jǐn)U散遷移量。施肥交換性鉀(mmol/kg土)26D=27×10-704681012距根表距離(mm)81012420施肥土壤D=5.3×10-7未施肥土壤D=1.2×10-7耗竭土壤施鉀對提高土壤鉀有效性的影響（D為擴散系數(shù)單位：cm2/s）養(yǎng)分的吸附與固定吸附與固定使磷、鉀、鋅、錳鐵等營養(yǎng)元素的移動性變小。向土壤直接供應(yīng)有機螯合態(tài)肥料，或者施用有機肥，可減少養(yǎng)分的吸附和固定。燕麥對無機態(tài)與有機態(tài)磷源的吸收量來自肥料中的磷

吸收量（Pmg/盆）占總百分率Ca(H2PO4)212.12.319BAPA*16.56.439磷肥種類

磷總吸收量（Pmg/盆）*BAPA系有機態(tài)含磷化合物土壤養(yǎng)分生物有效性3土壤養(yǎng)分生物有效性的含義

指土壤中礦質(zhì)態(tài)養(yǎng)分受生物的影響而使其有效性發(fā)生變化。如在根系生長與吸收的作用下，土壤中養(yǎng)分的有效化過程以及環(huán)境因素對養(yǎng)分有效化的影響發(fā)生改變。

指土壤中礦質(zhì)態(tài)養(yǎng)分的濃度、容量與動態(tài)變化；指根對養(yǎng)分的獲得與養(yǎng)分向根表遷移的方式和速度是在根系生長與吸收的作用下，土壤中養(yǎng)分的有效化過程以及環(huán)境因素對養(yǎng)分有效化的影響。生物因子環(huán)境因子影響?zhàn)B分有效性的因素生物因子土壤動物土壤微生物植物如:蚯蚓土壤動物養(yǎng)分的活化養(yǎng)分的保存礦物的分解有機養(yǎng)分的礦化養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化土壤微生物植物根系活力根系微域變化環(huán)境因子pH水分狀況土壤性質(zhì)根系特性與養(yǎng)分有效性4植物根系的特性形態(tài)結(jié)構(gòu)根毛根系深度與底層土壤養(yǎng)分的有效性根系密度與養(yǎng)分空間有效性根系特性

(須根系)

(直根系)形態(tài)結(jié)構(gòu)單子葉植物的根屬須根系，粗細(xì)比較均勻，根長和表面積都比較大。雙子葉植物的根屬直根系，粗細(xì)懸殊較大，根長和總吸收表面積都小于須根系。根毛除洋蔥、胡蘿卜等少數(shù)植物沒有根毛或根毛少而短之外，大多數(shù)農(nóng)作物的根系都有根毛。根毛的存在縮短了養(yǎng)分遷移到根表的距離，增加總吸收表面積。根毛的另一作用是加強共質(zhì)體的養(yǎng)分運輸。根毛根毛長度：0.1-1.5mm,直徑：5-25μmol/L,數(shù)量：5×107-5×108hairs/cm2rootsurface,areaofrootsurfaceincreases2~20times植物根系形態(tài)與施磷生長效應(yīng)間的關(guān)系（地上部干物重mg/株）

植物種類

根形態(tài)直徑（cm）根毛

施磷量（mg/kg）0103090羅漢松龍葵>1無0.2~0.3無0.1~0.2少量0.1~0.2多而長991129335711016386129602430鉀吸收速率(pmolcm-1s-1)0.10.20.30.40.5020406080根毛園柱體的容積(mm3/cm)洋蔥玉米黑麥草屬番茄油菜0.6在粉沙土壤上，植物根毛容積對吸K+速率的影響6種作物根系和根毛性狀的比較

作物種類根半徑

（mm）

0.1080.1240.0560.1070.2250.107

5601270890165011801810根毛長度（um）2903006004304040

根毛直徑（um）5.74.83.94.311.04.0根毛表面/根表面0.71.63.82.50.20.3小麥萵苣蕎麥蕃茄洋蔥胡蘿卜根毛數(shù)（條/cm根）根系深度與底層土壤養(yǎng)分的有效性根系分布深度關(guān)系著植物從土壤剖面中獲取養(yǎng)分的深度和有效空間。通常農(nóng)作物的根深為50-100cm。植物種類差異和環(huán)境因素對根系分布深度有很大影響。春小麥不同生育期從各土層的相對吸磷率（%）生育期孕穗期開花期灌漿期

舂小麥吸磷總量（Kg/ha天）0.3450.2650.145土層深度（cm）83.38.15.92.758.817.816.37.167.415.512.05.10~3031~5051~7576~90根系密度是指單位土壤體積中根的總長度，表示有多大比例的土壤體積向根供應(yīng)養(yǎng)分。根系密度與養(yǎng)分空間有效性土層深度（cm）根系密度（cm/cm3）養(yǎng)分供應(yīng)的相對有效體積（%）0~10>10>72>2磷鉀2050512不同根密度情況下，土體向根供應(yīng)磷、鉀的相對有效體積根系數(shù)量根毛密度根冠比根體積根表面積根毛根系的重要形態(tài)參數(shù)根系的代謝參數(shù)根系陽離子代換量根系代謝活力－氧化力與還原力根系的重要代謝參數(shù)根數(shù)－計數(shù)法根重：現(xiàn)已不常用，用稱重法根長：直接法；用尺量間接法：方格交叉法隨意剪斷當(dāng)根總長大于１米時，用１厘米框格當(dāng)根長總長大于５米時，用２厘米框格根長＝11/14×交叉數(shù)×框格邊長根系參數(shù)的意義及其研究方法根表面積－最常用的參數(shù)直接法：根長×平均直徑間接法、光電法、表面積儀注意：１）根不能重疊２）不能透明，通常用染料加深根系參數(shù)的意義及其研究方法根系參數(shù)的意義及其研究方法吸附法：把洗凈的根系浸入染料中，停留一定時間，根據(jù)根系對染料的吸附量來估計根系表面積。傷流量：根壓的作用，與根系養(yǎng)分吸收關(guān)系密切：根莖離地面４－５ｃｍ處切數(shù)，收集傷流液。根系參數(shù)的意義及其研究方法根系氧化還原能力：植物生理學(xué)用已測定Ｘ－萘胺法測定根系氧化力ＴＴＣ法測定根系還原力ＴＴＣ（氮化三苯基四氮唑）根系參數(shù)的意義及其研究方法根系活力研究法：根系陽離子代換量（ＣＥＣ）用鹽酸代換用Ｋ置換測定濃度中氫離子濃度根系參數(shù)的意義及其研究方法土壤物理因素土壤養(yǎng)分狀況土壤pH與鈣、鋁等陽離子的濃度有機物影響根系生長的環(huán)境因素（一）土壤物理因素

土壤容重增加意味著緊實度變大，大孔隙減少，根的伸長速度降低，平均直徑減少。主根伸長受阻會激發(fā)側(cè)根的發(fā)展，形成密集的表層根系。通常根系生長最適溫度范圍在20~250C之間，土壤溫度過高或過低都可能抑制根系的生長。不同容重土壤上大麥幼苗根系生長情況1.35g/cm31.50g/cm3根區(qū)溫度對馬鈴薯幼苗根形態(tài)和地上部生長的影響10oC15oC20oC25oC30oC35oC增加養(yǎng)分供應(yīng)可促進根系生長。一般根系集中生長在養(yǎng)分濃度較高的地方。適當(dāng)深施肥料有利于根系下扎和吸收下層土壤水分和養(yǎng)分。在局部根區(qū)提高養(yǎng)分濃度對根系形態(tài)有明顯影響，其中以供應(yīng)硝酸鹽最為突出。礦質(zhì)養(yǎng)分的供應(yīng)對根毛的長度和密度也有很大影響。土壤硝酸鹽和土壤磷的濃度與根毛數(shù)目及根毛長度之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；而銨鹽的存在則增加根毛的密度與長度。（二）土壤養(yǎng)分狀況大麥局部根段供磷對側(cè)根總長度的影