滨州学院城市与环境教案-《土壤学》(11土壤肥力与养分管理)2012

1、滨州学院城市与环境系土壤学课程（共32课时）教 案课程编号： 1414001 教师姓名： 黄宝圣 适用专业： 生态学 执教班级： 2012级1班 2013-2014学年第1学期 教案设计（编写）规范1.一门课程的教案包括三个层面设计（1）课程内容、教学基本要求、教学手段、教学方法设计等，主要解决本门课教什么、怎么教的问题；（2）各章节内容、教学方法、要求与设计等，主要解决各章节教什么，怎么教；（3）一次课教学内容、教学方法、要求与设计等，主要解决一次课教什么、怎么教。2.一次课的教案内容，主要包括本次课的教学目的、教材分析、教学过程、教后札记等方面。其中教学目的是课堂教学活动围绕的中心和力求达

2、到的目标；教材分析则要找出本次课的重、难点及关键，并确立突出重点、克服难点、抓住关键的方案；教学过程是教案的主体，要按引入新课、讲授、总结巩固三方面详细设计；教后札记是教案执行情况的经验总结，目的在于改进和调整教案，为下一轮课的讲授设计更加完善的教学方案。13章§11 土壤肥力与养分管理全章课时数2全章教学目标掌握有关“土壤肥力与土壤养分的生物有效性”以及“土壤养分的供应和迁移过程”等的重要概念和基本原理；了解农田养分的管理技术。节§11-1 土壤肥力与土壤养分的生物有效性§11-2 土壤养分的供应和迁移过程§11-3 农田养分管理 （第12次课）教学目

3、的通过本次课教学，使学生掌握有关“土壤肥力与土壤养分的生物有效性”以及“土壤养分的供应和迁移过程”等的重要概念和基本原理；了解农田养分的管理技术。教学重点土壤肥力与土壤养分的生物有效性；土壤养分的供应和迁移过程教学方法教学难点土壤养分的供应和迁移过程讲授 启发 多媒体授课时间/地点2013.11.29（星期五）10:00-10:45; 10:55-11:40教学楼8#511相关素材（参考资料、指导学生阅读文献等）1龚子同中国土壤系统分类北京：科学出版杜，19992朱祖样土壤学北京：农业出版社，19853熊顺贵基础土壤学北京：中国农业大学出版杜，200l4黄昌勇，徐建明土壤学北京：中国农业出版社

4、，20125 教学过程组织教学、讲授、设问、解疑、信息反馈与处理、总结巩固、布置作业等环节I 组织教学II 导入III 新授 §11-1 土壤肥力与土壤养分的生物有效性一、土壤肥力与土壤生产力(一)土壤肥力 土壤肥力-自然肥力和人为肥力。 自然肥力-是指在自然成土因子(生物、气候、母质、地形和时间)综合作用下自然成土过程的产物。 “肥力是土壤的基本属性和质的特征，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。 “协调”：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。比喻为土壤能稳、匀、足、适地供应和协调植物水分和养分的需要。 “稳”是能源源不断

5、地供应植物水分和养分； “适”是供应量要适当，不仅水分和养分适量，各种养分比例也要适量； “匀”是随着植物生长需要能均匀地输送养分和水分； “足”是土壤有足够的水分和养分储量，能保证满足植物生长需求。(二)土壤生产力 土壤生产力：是由土壤本身的肥力属性和发挥肥力作用的外界条件所决定的。肥力只是生产力的基础，而不是生产力的全部。发挥肥力作用的外界条件：土壤所处的环境(气候、日照状况、地形及与其相关联的排水和供水条件，有无毒质或污染物质的侵入等，也包括人为耕作、栽培等土壤管理措施)。二、土壤养分的生物有效性(一)土壤养分元素 养分：是维持生物体生命周期所必需的化学元素。 植物必需元素(17种)：碳

6、、氢、氧、氮、磷、钾、硫、氯、钙、镁、铁、锰、铜、锌、钼、硼、镍。 生命元素：植物和动物所必需的元素(硒、铬、砷、碘、氟、钴等并非是植物必不可缺的，但对动物和人类却是必需的)。 有益元素：铝、硅、锂、银并非植物、动物或人体所必需，但适量存在能促进生物体的生长发育。 有毒元素(污染元素)：铅、汞、镉等元素对生物体易产生直接或间接的毒害作用。(二)土壤养分的生物有效性1.土壤养分的形态有效性 养分的化学形态：指养分元素在土壤中以某种分子或离子的形式存在，实际上包括价态、化合态和结合状态等。98的养分元素存在于土壤固相矿物质和土壤有机质中，它们与矿物质、有机质紧密结合呈束缚状态。2.土壤污染元素的形

7、态有效性 土壤中污染元素生物有效性(以重金属污染物为主)：采用化学提取剂对重金属元素进行形态分析或分级测定是最常用的研究方法。 根据不同化学相中重金属元素被提取程度的难易，将土壤中重金属分为不同形态或化学相(单一提取法和连续提取法)。 单一提取法：只用某一种提取剂一次性提取一种或多种形态； 连续提取剂法：采用多种提取剂，在控制反应条件和作用顺序下，将土壤重金属赋存形态区分开来。 区分为5种形态： 被土壤黏粒和土壤有机质胶体表面以静电吸附的可交换吸附态； 与土壤碳酸盐结合的碳酸盐结合态； 被土壤中铁、锰氧化物吸持、包裹或沉淀的铁锰氧化物结合态； 与土壤腐殖物质、有机活体结合的有机结合态； 包含在

8、硅酸盐矿物晶格中，在通常条件下很难释放到溶液中的硅酸盐残渣态。 (表112 常用的重金属形态分级方法)3.养分及重金属的空间有效性 空间有效养分: 指植物根系活动的“特区”，即根际土壤微区在植物生长发育过程中根系能直接接触到并可吸收利用的部分，除土壤溶液中可溶性部分外，还包括迁移到根土界面的一部分。 影响空间有效性的因素：土壤、植物和多种环境因子,以及土壤酸碱效应、氧化还原效应、溶度及配位效应、土壤理化性质、植物根系总量、根长、根比表面积和根毛数量、分布特征、土壤水分运移和根系吸收水分的能力等都对空间有效性起着调控作用。§11-2 土壤养分的供应和迁移过程一、植物根系吸收养分的过程

9、植物根系吸收养分的过程: 土壤过程、根际过程和植物过程。 土壤过程：土壤的固-液界面反应(有机养分的矿化与固定作用、无机养分的沉淀与溶解作用、土壤胶体表面对养分的吸附与解吸作用等)。 土壤过程作用：使土壤固持态有机、无机养分元素活化，并释放进入土壤溶液成为根系能吸收的生物有效态养分。 根际过程：一是土壤过程，进入土壤溶液的化学有效态养分必须迁移至根际区域(具有空间有效性才能真正被植物吸收利用)；二是根系分泌物以及根际微生物的作用，改变根际微环境(根际微区土壤的酸碱性、氧化还原等), 进一步推进养分元素的活化和移动。 根际过程作用：促进根系生长、扩大根系分布、增加根系活动所占的体积比例、提高根系

10、活力等，改善根际过程的养分利用途径。 植物过程：根系吸收的养分元素通过植物的木质部、韧皮部向地上部分运输、转移及利用的过程。 土壤过程 根际过程 植物过程(土壤养分的化学形态有效性、空间有效性等效应相连)二、土壤溶液中养分的补给与供应土壤养分的强度和容量指标 强度因素：指土壤溶液中养分离子的浓度。 容量因素：土壤中有效养分的总量(固相能补给土壤溶液养分的总贮量)。 缓冲容量：土壤固相维持溶液中养分强度的能力。是强度因素和容量因素的综合指标。三、土壤养分向根系的移动土壤养分离子向根系表面移动的途径： 根系截获引起的接触交换； 随植物蒸腾作用引起水分运移的质流； 通过土壤水溶质运动引起的扩散。 1

11、.根系截获 根系截获：由于根系发育，穿透土壤伸展到土壤溶液和黏粒表面，根系表面的H+、HCO3-与土壤溶液和黏粒表面吸附的离子通过接触交换吸收养分称为截获(截获吸收的养分仅占植物吸收总量的很小部分)。2.质流 质流：由植物蒸腾作用引起土壤水分及有效养分向根表的移动。 质流迁移供应的养分数量：Fm=Vo·C1 Fm-为养分质流迁移量；Vo-根系的水分流量；C1-溶液中离子浓度。3.扩散 扩散：是分子通过随机分子运动从高浓度区域向低浓度区域的网状的传播。扩散过程的结果是完全混合或达到一种平衡状态。 在植物吸收养分过程中，由于根系吸收的养分不断地向植物地上部分输送，根表与土体间出现养分离子

12、的浓度梯度。通过土壤水溶质运动，养分离子沿着浓度梯度向根表扩散。 均质土壤，有效扩散系数：De=D1QF1dc1/dcx D1-养分离子在溶液中的扩散系数；Q-溶液所占的土壤体积(扩散截面)；F1-阻抗因素(与离子通过孔隙的弯曲小径、水黏滞度等有关)；dc1/dx-土体(c1)与根表(cx)各自溶液浓度间的梯度。 影响养分扩散的主要因子有：土壤含水量；土壤质地和土壤容重；植物根系。§11-3 农田养分管理一、养分管理的概念(一)养分的资源性质1.养分来源广泛性 养分元素以不同形态存在于大气圈、水圈、岩石圈、土壤圈和生物圈。 在不同系统中的分布不均衡。2.养分循环与再利用性 养分(地球

13、表层系统中最活跃的化学元素或化合物)服从物质的地球化学循环和生物地球化学循环的基本规律。 在地表系统的土水、动植物群落和土壤微生物群落间： 非生物环境 生物有机体 生物体生生死死不息,养分循环反复利用不止。3.养分的流动、迁移性 在自然生态系统中，养分元素在土壤、生物、大气和水体之间进行着复杂的输入与输出，是一种开放性的循环流动。 人类的强烈干预，影响着自然生态系统中的养分平衡，最终影响人类的生活质量。(二)农田养分管理的概念 养分管理的内涵：涉及自然生态系统的养分循环、流动，同时也涉及到农业生态系统中种植业、养殖业、肥料生产、废弃物再利用及社会需求、消费等方方面面。美国自然保护服务中心对养分

14、管理的定义： 平衡和供给作物生产所需要植物养分，合理利用植物养分，保持和改善土壤质量，保护水、空气、植物、动物和人类资源。 旨意在于：最大限度发挥农业生产效益、限制农业生产对环境的负面影响，并在经济上实施可持续的农田管理策略。我国科学家对农田养分管理的定义： 利用自然和人工的养分资源，通过有机肥与化肥投入、土壤培肥与保护、生物固氮、植物品种改良和农艺措施等有关技术的综合运用，协调农业生态系统中养分的输入、输出和投入产出平衡，调节养分循环与再利用强度，实现养分的高效利用，使生产、生态、环境和经济效益协调发展。二、农田养分管理的基本原理(一)多目标养分管理 农田养分管理的多目标管理：不仅在作物生产

15、上要求高产、优质，经济上要求高效，而且还必须保护环境、生态安全。 建立既维持作物增产又保护环境不受污染的土壤养分指标，确定安全肥料用量以及有机肥用量基准等都是亟待解决的问题。(二)养分高效利用 农田养分的来源：农作物生产中向农田施肥；束缚土壤矿质和有机质结构中的固定态养分元素的活化(有效化)释放；环境要素通过降雨、灌溉、气体交换等途径的输入；植物根系及地上部残留物。 养分高效利用：科学合理施肥；挖掘、盘活土壤固有的养分潜力，提高土壤养分的有效性；加强环境废弃物养分的再循环利用。(三)农田养分平衡Bk-养分库的平均亏盈量；Ii-某输入途径的养分输入量；Qj-某输出途径的养分输出量；m-养分输入途

16、径；n-养分输出途径。Bk0 土壤养分有残留盈余，长期土壤残留养分的积累易随径流进入地表水体或淋洗进入地下水，导致水质污染，或通过挥发损失造成大气污染； Bk0 作物从田间移去的养分量超过输入量，土壤养分库亏缺，长期的负平衡可耗竭土壤养分库，破坏土壤生态系统，影响土壤生产力。(四)养分分类管理 农田养分(氮、磷)管理策略:(五)养分综合管理 以满足高产、优质农作物生产需求为目标，在量化土壤和环境有效养分供应基础上,通过优化施肥作为调控手段，实现作物对养分需求与土壤、环境和肥料养分供应在时间和空间上同步性，提高农田养分的高效利用，使作物生产与环境保护协调发展。三、农田养分的管理技术(一)农田氮磷

17、养分的土壤管理技术1.土壤测试技术 通过土壤测试提供的信息：建立农田土壤养分和肥力档案，以校正作物从土壤中吸收养分的能力；预测肥料养分的产量与效益；作为推荐施肥的基础；总结评估土壤肥力质量。2.少耕和免耕技术 少耕和免耕技术的作用：防止水土流失，降低生产成本和提高经济效益。在控制氮磷(尤其磷的径流)损失方面有优越性。免耕法耕作层坚实度适宜，减缓土壤有机质的矿化率，增加有机质积累，利于根系在耕作层生长扩展和对养分的吸收利用。3.精准农业技术3S(地理信息系统-GIS、全球定位系统-GPS、遥感技术-RS)与计算机自控技术的利用(二)农田氮磷养分的灌溉管理技术(略)(三)农田氮磷养分管理的施肥技术

18、1.量化施肥技术 土壤养分丰缺指标法-用适当的浸提剂提取土壤有效养分，同时根据作物相对产量水平，把土壤养分含量划分为不同的等级，再按不同等级提出推荐施肥量；养分平衡法-按作物目标产量、作物单位产量的平均需肥量、土壤供肥量、肥料养分有效含量和利用率提出适宜施肥量；土壤养分诊断法-根据作物高产所需的地力水平，提出高产土壤养分含量标准，通过农田施肥和改土材料来达到这个标准；模型估算法-根据肥料试验统计所得的肥料效应函数统计模型，或基于养分循环原理，综合考虑土壤、气候和水文等条件的机理模型估算。2.施肥的具体方法和措施 基于减少肥料养分在土壤中的损失，提出了肥料深施技术；根据土壤供肥和作物需肥规律，提出了集中施肥和分期施肥技术；按照养分平衡原理，提出肥料配施和混施技术。3.控释、配方肥料产品的研制(略) (四)农田养分综合管理技术体系 图11-8表明： 农田养分管理的核心是作物生产和保持农田养分平衡。因为作物生产是农田的核心功能。根据作物对养分的需求、吸收养分的规律及养分平衡原理，可以确定作物生产的养分需求总量和不同生育阶段的养分配制。 农田养分管理的基础是优化配置各种养分资源。包括挖掘、盘活土壤库存养分，合理利用灌溉水、大气干湿沉降等环境养分和通过人为对