单玉华博士 土壤肥料学

1、欢迎大家 单玉华单玉华 （博士）（博士）环境科学与工程学院环境科学与工程学院Tel：7979528-mail：shanyuhuahotmail2004-2005第二学期第二学期土土 壤壤 肥肥 料料 学学Soil Science and Fertilizers第一章第一章 植物营养与施肥的基本原理植物营养与施肥的基本原理1 肥料与施肥的基本概念肥料与施肥的基本概念2 植物营养元素与肥料三要素植物营养元素与肥料三要素3 施肥与植物生长施肥与植物生长4 施肥与农业生态施肥与农业生态5 植物对养分的吸收植物对养分的吸收问题：什么是肥料？ 肥料的定义： 凡能向植物提供其生长发

2、育所必需的化学物质的任何物质。 肥料的定义肥料的定义1. 肥料及其分类肥料及其分类讨论:如何正确理解肥料的定义？ 植 物（养分需求者） 环 境（养分供应者）养分供求关系养分供求关系养分供求关系供求供=求供求无须施肥须用肥料补充在实际应用中，肥料的定义应理解为：凡能直接或间接地环境养分供应不足的任何物质。 肥料的分类与特性肥料的分类与特性肥料肥料有机肥料有机肥料Organic fertilizer化学肥料化学肥料Chemical fertilizerInorganic fertilizerMineral fertilizer微生物肥料微生物肥料Microbe fertilizer 商品肥料自然肥

3、料（农家肥料）养分完全，但含量低养分完全，但含量低养分释放速度慢，但肥效稳长养分释放速度慢，但肥效稳长改良土壤，提高地力改良土壤，提高地力改善土壤的有机营养改善土壤的有机营养改善作物的碳素营养改善作物的碳素营养养分含量高，但种类单纯养分含量高，但种类单纯养分释放速度快，但后效短养分释放速度快，但后效短部分化肥长期施用可影响土质部分化肥长期施用可影响土质长期大量施用化肥可引起环境问题长期大量施用化肥可引起环境问题（地下水污染，表层水富营养化等）（地下水污染，表层水富营养化等）通过微生物生命活动的产物改善植物营养；直接提供的养分量十分有限辅助性肥料，不能代替有机肥及化肥的作用 施肥的基本目的：补充

4、土壤养分供应的不足，以施肥的基本目的：补充土壤养分供应的不足，以满足满足作物正作物正常生长发育对养分的常生长发育对养分的需求需求。自然需求作物对养分的需求特定需求施肥施肥正常的植物体达到特定的经济目的 合理施肥：通过施肥合理施肥：通过施肥调节调节植物的自然营养过程，以获得理想的产植物的自然营养过程，以获得理想的产量或经济效益。即施肥并非简单地满足作物对养分的自然需求。量或经济效益。即施肥并非简单地满足作物对养分的自然需求。 2. 施肥及其基本环节施肥及其基本环节施肥环节施肥环节在种植作物之前结合土壤耕作而施用的在种植作物之前结合土壤耕作而施用的肥料，其着眼点为作物生长的全程，以肥料，其着眼点为

5、作物生长的全程，以有机肥料为主。有机肥料为主。在作物播种或移栽时施用，着眼点为苗在作物播种或移栽时施用，着眼点为苗期，以化肥为主。期，以化肥为主。在作物生长过程中施用，其作用为调节在作物生长过程中施用，其作用为调节植物营养，主要用化肥。植物营养，主要用化肥。将肥料配成一定浓度的营养液，借助喷将肥料配成一定浓度的营养液，借助喷雾器械喷洒于作物地上部的一种施肥方雾器械喷洒于作物地上部的一种施肥方法。法。基基 肥：肥：种种 肥：肥：追追 肥：肥：根外追肥：根外追肥：肥料的发展趋势肥料的发展趋势国外肥料发展历程：国外肥料发展历程：3. 肥料与施肥技术的发展趋势肥料与施肥技术的发展趋势第一代：单质低浓度

6、化肥（如硝酸钙）第一代：单质低浓度化肥（如硝酸钙）第二代：单质高浓度化肥（如尿素）第二代：单质高浓度化肥（如尿素）第三代：化成复合肥料（如磷酸铵）第三代：化成复合肥料（如磷酸铵）第四代：混成复合肥料第四代：混成复合肥料u高效化：不断提高肥料中养分的浓度高效化：不断提高肥料中养分的浓度u复合化：提高复合肥料在化肥中的比例复合化：提高复合肥料在化肥中的比例u液体化：发展液体肥料液体化：发展液体肥料u缓效化：延缓肥料施用后养分释放的速度。缓效化：延缓肥料施用后养分释放的速度。化学肥料发展趋势：化学肥料发展趋势： 施肥技术的多样性施肥技术的多样性土壤施肥土壤施肥随水灌溉施肥随水灌溉施肥(fertiga

7、tion)Fertilizer InjectionPotassium application map Phosphorus application map 4. 现代农业对施肥的基本要求现代农业对施肥的基本要求高产高产高效高效优质优质环境友好环境友好第一章第一章 植物营养与施肥的基本原理植物营养与施肥的基本原理1 肥料与施肥的基本概念肥料与施肥的基本概念2 植物营养元素与肥料三要素植物营养元素与肥料三要素3 施肥与植物生长施肥与植物生长4 施肥与农业生态施肥与农业生态5 植物对养分的吸收植物对养分的吸收1 1 植物的营养元素植物的营养元素地球化学元素必需元素有益元素完全无用元素营养元素 必需元

8、素（必需元素（essential element)的判定标准的判定标准 该元素为所有植物所必需，缺少则植物不能完成该元素为所有植物所必需，缺少则植物不能完成其生其生 活周期；活周期； 缺少该元素，植物出现专一的缺素症状，只有补缺少该元素，植物出现专一的缺素症状，只有补充该元素，才能缓解或消除症状，其它任何元素充该元素，才能缓解或消除症状，其它任何元素都不能替代；都不能替代； 该元素直接参与植物的营养过程，而不是间接地该元素直接参与植物的营养过程，而不是间接地改善环境条件。改善环境条件。1.1 1.1 必需元素必需元素正常缺磷缺钾缺氮缺镁缺铁缺锌 必需元素的种类必需元素的种类目前已经发现并已得到

9、公认的植物必需元素共有目前已经发现并已得到公认的植物必需元素共有1616种：种：C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S、Fe、B、Mn、Zn、Cu、Mo、Cl大量元素大量元素（macro-element)9种，在植物体内的含量种，在植物体内的含量一般高于一般高于1/1000微量元素微量元素(micro-element)7种，在植物体内的含量种，在植物体内的含量一般低于一般低于1/1000中量元素中量元素大量元素大量元素从植物的生长介质中除去某元素以确定其必需性从植物的生长介质中除去某元素以确定其必需性A元素为非必需元素B元素为必需元素分析植物体的化学组成分析植物体的化学组成 元素必需性的研究方

10、法元素必需性的研究方法 同等重要性与平衡吸收同等重要性与平衡吸收 各种必需元素不论其含量高低，各种必需元素不论其含量高低，在植物营养中在植物营养中的地位是同等重要的的地位是同等重要的；且因各自的生理功能不同，；且因各自的生理功能不同，相互间不能替代相互间不能替代。 同种植物体内各种营养元素的含量是相对稳定的。同种植物体内各种营养元素的含量是相对稳定的。换言之，植物是按一定比例吸收各种营养元素的。换言之，植物是按一定比例吸收各种营养元素的。植物植物按比例吸收各种营养元素的现象称为平衡吸收。按比例吸收各种营养元素的现象称为平衡吸收。 定义定义 只为只为某些植物某些植物必需或对作物生长发育可起必需或

11、对作物生长发育可起有益作用有益作用的一类矿质元的一类矿质元素的总称。素的总称。 种类与作用种类与作用uNaNa: : 有亲钠植物与疏钠植物之分；对糖用甜菜等是必需的；钠有亲钠植物与疏钠植物之分；对糖用甜菜等是必需的；钠有部分替代钾的作用，在钾供应不足时更为明显。有部分替代钾的作用，在钾供应不足时更为明显。uSiSi：单子叶植物硅的含量为双子叶植物的：单子叶植物硅的含量为双子叶植物的10-2010-20倍，硅是水稻不倍，硅是水稻不可缺少的元素。可缺少的元素。uCoCo：是豆科植物共生固氮所不可缺少的。：是豆科植物共生固氮所不可缺少的。1.2 1.2 有益元素有益元素C、H、O、N、P、K、Ca、

12、Mg、S、Fe、B、Mn、Zn、Cu、Mo、Cl来自大气、水来自大气、水来自土壤（矿质元素）来自土壤（矿质元素）在土壤、作物间的在土壤、作物间的供求矛盾相对较小供求矛盾相对较小在土壤植物间的供在土壤植物间的供求矛盾大，常需施求矛盾大，常需施肥补充。通常被称肥补充。通常被称为为“肥料三要素肥料三要素”问题：所有必需元素在植物营养中的地位是同等问题：所有必需元素在植物营养中的地位是同等重要的，它们在农业上是否也同等重要？重要的，它们在农业上是否也同等重要？1.3 1.3 肥料三要素肥料三要素第一章第一章 植物营养与施肥的基本原理植物营养与施肥的基本原理1 肥料与施肥的基本概念肥料与施肥的基本概念2

13、 植物营养元素与肥料三要素植物营养元素与肥料三要素3 施肥与植物生长施肥与植物生长4 施肥与农业生态施肥与农业生态5 植物对养分的吸收植物对养分的吸收1 肥料在作物生产中的作用肥料在作物生产中的作用机械机械支持支持水分水分养分养分空气空气热量热量光照光照植物生长施肥uPAR：380-720nm，占太阳总辐射4749；uPAR理论利用率：28；u一般农田：0.5-3%。Minerals1 肥料在作物生产中的作用肥料在作物生产中的作用p 早在早在20世纪世纪30年代，德国科学家就对增施肥料在欧洲粮食生产中年代，德国科学家就对增施肥料在欧洲粮食生产中的作用做过估计，如果把粮食增产量看作的作用做过估计

14、，如果把粮食增产量看作100，化肥的贡献占，化肥的贡献占50%，品种占品种占30%，其它管理措施占，其它管理措施占20%；p 联合国粮农组织（联合国粮农组织（FAO）的统计资料表明，发展中国家通过施用）的统计资料表明，发展中国家通过施用化学肥料可使粮食单产提高化学肥料可使粮食单产提高55%57%，总产量提高，总产量提高30%左右（严左右（严小龙等，小龙等，1997）；）；p 建国以来，我国化肥的投入与粮食产出间的关系也基本符合这一建国以来，我国化肥的投入与粮食产出间的关系也基本符合这一规律（李生秀，规律（李生秀，1999）。）。1 肥料在作物生产中的作用肥料在作物生产中的作用Fertilize

15、r ConsumptionValue Index of Crop ProductionRelationship between Value index of crop production and fertilizer consumption per arable hectare in 41 countries (FAO)1 肥料在作物生产中的作用肥料在作物生产中的作用2 植物营养特性与施肥植物营养特性与施肥营养期种子营养根系老化 生长期（生育期）种子萌发种子萌发成熟成熟营养生长生殖生长速率生育期（营养期）养分吸收生长作物营养临界期作物营养最大效率期作物营养临界期：作物营养临界期：该时期作物需

16、要的养分数量并不多，但很迫切，一旦发生养分该时期作物需要的养分数量并不多，但很迫切，一旦发生养分短缺或比例失调会对作物生长产生难以弥补的严重影响。一般出现在苗期。短缺或比例失调会对作物生长产生难以弥补的严重影响。一般出现在苗期。作物营养最大效率期：作物营养最大效率期：该时期作物对养分的吸收速率及需求数量均为一生中最大，该时期作物对养分的吸收速率及需求数量均为一生中最大，养分在该时期发挥的营养效率最高。养分在该时期发挥的营养效率最高。 最小养分律的含义最小养分律的含义 由德国化学家李比希提出，他认为：由德国化学家李比希提出，他认为：植植物的生长量或产量受环境中最缺少的养物的生长量或产量受环境中最

17、缺少的养分的限制，并随之增减而增减。分的限制，并随之增减而增减。环境中环境中最缺少的养分称为最缺少的养分称为最小养分最小养分。 这一规律应用于除养分以外的其它生活这一规律应用于除养分以外的其它生活因子时也成立，称为限制因子律。因子时也成立，称为限制因子律。最小养分律图解最小养分律图解3 作物生长与养分供应间的数量关系作物生长与养分供应间的数量关系3.1 最小养分律最小养分律 应用最小养分律时应注意的问题应用最小养分律时应注意的问题最小养分系指环境中相对于植物需求而言最缺少的养分最小养分系指环境中相对于植物需求而言最缺少的养分, ,并非植物并非植物体内或环境中含量最少的养分。体内或环境中含量最少

18、的养分。最小养分与非最小养分间的关系并非固定不变，在一定条件（如最小养分与非最小养分间的关系并非固定不变，在一定条件（如施肥）下可以相互转化。施肥）下可以相互转化。如增施非最小养分（盲目施肥）不仅不能提高作物产量，反会造如增施非最小养分（盲目施肥）不仅不能提高作物产量，反会造成肥料浪费及环境污染。成肥料浪费及环境污染。 产量施肥量关系与最小养分律产量施肥量关系与最小养分律产量(或生长量最小养分：A最小养分：B最小养分：CY = a + bX最小养分律：作物产量与施肥量间呈最小养分律：作物产量与施肥量间呈直线关系，单位肥料的增产量不变。直线关系，单位肥料的增产量不变。单位肥料的增产量。不施肥时的

19、作物产量。 :xayba) 1.().(yACdxdy)2.().1 (cxeAy式中：x施肥量 y产量或生长量 A极限产量或生长量 C常数xyA1x2x2y1y1211xyxy米采利希方程：作物产量随施肥量增米采利希方程：作物产量随施肥量增加而提高，但单位肥料增产量下降。加而提高，但单位肥料增产量下降。3. 2米采利希（米采利希（Mitscherish）方程）方程3.3 费佛尔（Pfeiffer）方程xbbdxdybbxbxbay21212212)0, 0(yxdxdy费佛尔方程：作物产量随施肥量增加而费佛尔方程：作物产量随施肥量增加而提高直到施肥量达到对作物生长有害程提高直到施肥量达到对作

20、物生长有害程度为止）度为止） ，但单位肥料增产量下降。，但单位肥料增产量下降。 最小养分律认为，单位肥料的增产量不随施肥量变化；而最小养分律认为，单位肥料的增产量不随施肥量变化；而由米采利希及费佛尔方程可知，由米采利希及费佛尔方程可知，即施肥存在即施肥存在报酬递减报酬递减现象。现象。 报酬递减现象是在其它技术不变的条件下产生的，因而克报酬递减现象是在其它技术不变的条件下产生的，因而克服该现象的积极途径为：服该现象的积极途径为：全面改善生产技术条件全面改善生产技术条件。 但由于在特定的生产阶段同时改善技术条件是很困难的，但由于在特定的生产阶段同时改善技术条件是很困难的，因而该现象又是因而该现象又

21、是不可避免不可避免的。的。3. 4 施肥中的报酬递减现象第一章第一章 植物营养与施肥的基本原理植物营养与施肥的基本原理1 肥料与施肥的基本概念肥料与施肥的基本概念2 植物营养元素与肥料三要素植物营养元素与肥料三要素3 施肥与植物生长施肥与植物生长4 施肥与农业生态施肥与农业生态5 植物对养分的吸收植物对养分的吸收1 施肥对农业生态环境的影响施肥对农业生态环境的影响（1）正面影响 增加农作物产量增加农作物产量 * * 改善农产品品质改善农产品品质 * * 提高地力、改良土壤提高地力、改良土壤 重要的减灾措施重要的减灾措施 净化空气净化空气增加有机质；增加、平衡养分；矫正pH洪涝、冻害增加增加CO

22、2同化量同化量1吨养分消耗吨养分消耗24吨吨CO2，同时释放，同时释放18吨吨O2，可供，可供36人人呼吸一年。呼吸一年。主要作物主要作物NPK肥效及产投比肥效及产投比作物NP2O5K2O千克肥料千克肥料增产增产产投比产投比千克肥料千克肥料增产增产产投比产投比千克肥料千克肥料增产增产产投比产投比主要粮食作物10.464.027.673.103.332.75皮棉1.205.510.683.250.959.73油料4.364.564.074.591.393.24资料来源：中国化肥试验网1 施肥对农业生态环境的影响施肥对农业生态环境的影响（2）负面影响 土壤污染土壤污染 水体富营养化水体富营养化 *

23、 * 地下水污染地下水污染 大气污染大气污染 食品污染食品污染化学污染生物污染物理污染饮用水硝酸盐含量标准(WHO):安全值:100mg/LNOxCH4有机肥生物污染（病菌）化学污染（重金属、硝酸盐）土壤植物动物人体人体必需元素54种，这些元素最终来自土壤。2 施肥与食物链施肥与食物链2. 1 施肥对人体必需元素的影响施肥对人体必需元素的影响u A.Carrel（美国，第一个医学诺贝尔奖获得者）：化学肥料只能提（美国，第一个医学诺贝尔奖获得者）：化学肥料只能提高作物产量，却无法弥补土壤中日益枯竭的高作物产量，却无法弥补土壤中日益枯竭的“全部元素全部元素”。u A.Voisin（法国，农学家）：

24、化学肥料是人类近代史上最伟大的发（法国，农学家）：化学肥料是人类近代史上最伟大的发明之一，但如果我们只考虑利用，而不注意保持土壤及农产品的生明之一，但如果我们只考虑利用，而不注意保持土壤及农产品的生物品质，势必将人类引向灾难之路。物品质，势必将人类引向灾难之路。u Nicholas（美国，著名医生）：只有肥沃的土壤，才有人类永久的（美国，著名医生）：只有肥沃的土壤，才有人类永久的财富。财富。u A.Howard（英国，有机农业倡导者）：没有良好的土壤就没有人（英国，有机农业倡导者）：没有良好的土壤就没有人类健康的身体。主张用有机肥改良土壤。类健康的身体。主张用有机肥改良土壤。u 福岗（日本，自

25、然农业倡导者）：没有肥沃的土壤，就没有营养丰福岗（日本，自然农业倡导者）：没有肥沃的土壤，就没有营养丰富的食品，也就没有健康的身体。富的食品，也就没有健康的身体。u Shelton（美国，著名医生）：我们要改善食物营养，一定要包括（美国，著名医生）：我们要改善食物营养，一定要包括改良土壤在内。改良土壤在内。2. 2 农产品中硝酸盐含量与氮肥施用的关系NO3NO2NH HNO2R1R2R1R2NNO H2ODangerous！施用氮肥可使胡萝卜、卷心菜、马铃薯等硝酸盐含施用氮肥可使胡萝卜、卷心菜、马铃薯等硝酸盐含量提高量提高0.5-1.5倍，玉米黑麦草等提高倍，玉米黑麦草等提高1.3-39倍！倍！植物积累硝酸盐的能力：植物积累硝酸盐的能力：叶菜类叶菜类根菜类根菜类瓜果类瓜果类;禾本科牧草禾本科牧草豆科牧草豆科牧草;茎茎/叶叶根根种子种子.国家或地区测试样品Cd含量国家或地区测试样品Cd含量美国西部磷矿60-340中国宜昌磷矿0.7美国东部磷矿3-15澳大利亚磷矿4-109摩洛哥磷矿15-17中国