设施植物营养与肥料学Word格式.docx
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另外，有机肥料还能改良土壤、改善植物的营养条件，从这个方面讲有机肥料又是间接肥料。
又比如酸性土壤上施用的石灰，同样既是直接肥料又是间接肥料。
石灰能提供植物Ca素营养，从这个角度讲它是直接肥料，另外，石灰能中和土壤酸度，改善植物的营养条件。
从这个角度讲它又是间接肥料。
（3）肥料在农业生产中的作用
a、提高产量
b，提高土壤肥力、改善品质
c、改良土壤
（二）、植物营养与施肥原理
1、植物体的组成成分，植物正常生长发育需要的养育元素的种类，植物对养分的吸收及影响植物养分吸收的环境条件，介绍矿质营养学说、最小养分律等施肥原理
2、肥料部分
各种肥料的成分及其性质；
肥料施入土壤中的变化、被吸收的形态；
肥料的合理使用
3、计量施肥与施肥技术
（1）根据作物的养分平衡原理，土壤的肥力水平或者其肥料的效应函数，计算预计产量的施肥量
（2）肥料的施用方法和有效施肥技术
4.土壤学基本知识:
土壤的基本组成和性质
（三）、肥料在农业可持续发展中的地位和作用
（四）、植物营养与肥料学的基本任务
二、植物营养与肥料学的发展概况
三、植物营养与肥料学的研究方法
1、调查研究：
总结科学施肥、积肥经验。
科学解决存在的问题，指导生产。
第一章土壤基本知识
第一节土壤的基本物质组成
小序部分：
土壤、土壤肥力的概念及土壤的基本组成
（一）土壤
土壤是地球陆地表面能生长植物收获物的疏松表层。
陆地表层→土壤的位置
疏松→土壤的物理状态，具有通气、透水性，以区别坚硬、不透气、不透水的岩石。
能生长植物收获物→土壤的本质，具有肥力，光秃秃的岩石，没有肥力，不能生长植物。
（二）土壤肥力
什么是土壤肥力？
长期以来，国内外的学者有着不同的见解：
目前一般认为“土壤肥力就是土壤在植物生长发育过程中，同时不断地供应和协调植物需要的水分、养分、空气、热量及其它生活条件的能力，所以把水、肥、气、热称为四大肥力要素。
土壤肥力按形成原因可分为:
土壤肥力受环境条件、土壤耕作、施肥管理等因素的影响，一部分在生产上表现出来，而另一部分未表现出来，从土壤肥力是否在生产上表现出来可分为：
有效肥力：
潜在肥力：
按形成原因可分为：
人为肥力：
自然肥力：
（三）土壤的基本物质组成
土壤是一个存在于地表的自然体，不论其为农地、林地、草地甚至荒地，其基本物质组成都不外乎包括以下几个部分
1、土壤的固体部分：
包括颗粒大小不同的矿物质颗粒及无定形的有机质颗粒。
⑴矿物质颗粒是土壤的骨骼，主要来源于岩石矿物的风化，占整个固体部分质量的95%以上。
就整个土体容积而言，约占38%以上。
（2）有机质仅占固体部分的百分之几甚至千分之几，主要由生物残体及其腐败物质组成，它对土壤性质与肥力起着极大的作用，土壤中如果没有这一部分，就不能成为土壤。
就土体容积而言,约占12%左右。
2、液体部分：
存在于土壤孔隙中或土粒的周围，主要是水分，但是土壤中的水并非纯粹的水分，而是含有溶解物质（包括多种养料）的土壤溶液。
3、气体部分：
这部分中一部分是由地上大气层进入，主要为O2，N2等，另一部分则是由土壤内部产生的，它在组成上和大气成分不同。
4、各种生物：
包括各种原生动物和微生物，尤其是微生物。
一般来讲土壤主要是由固体、液体、气体这三相物质组成，但是这三部分并不是孤立存在的，它们在土壤中并不是混合物的关系，而是构成了一个及其复杂的生物物理化学的体系，土壤中的一切物理化学的，生物化学的变化，土壤和大气圈、水圈，岩石圈、生物圈之间物质和能量的转换都与这个体系有关。
一、土壤矿物质
[一]土壤的形成
土壤是由裸露在地表坚硬、巨大的岩石，经过风化作用和成土作用而形成：
岩石（经各种风化作用）→母质（经成土作用）→土壤。
生物的出现也就标志着成土过程的开始，一般来讲，成土过程是在风化过程的基础上进行的，但实际上这两个过程往往交织在一起，很难将其截然分开。
土壤的形成是多种因素综合作用的结果。
19世纪俄国土壤学家B.B.道库恰耶夫，总结认为
成土因素主要有五个：
母质、气候、生物、地形、时间。
土壤是在这五大成土因素综合作用下形成的。
土壤最初来源是岩石，而岩石又是由一种或多种矿物组成，所以我们对土壤的认识需要从认识岩石和矿物开始：
1：
地壳的元素组成
（1）地壳的元素组成中主要成分是O、Si、Al、Fe这四种元素。
（2）某些植物生长的必需营养元素：
比如：
Mn、Zn、Cu、B、Mo等不仅含量少，而且都以难溶性的化合物封闭在坚硬的岩石中，处于极分散的状态，植物难于吸收利用。
2：
主要的成土矿物
矿物是指天然存在于地壳中有一定的化学组成、物理特性、内部构造的化合物或单质元素。
已经发现的自然界的3000多种矿物。
矿物是岩石的组成部分，按照矿物的起源可分为：
原生矿物
次生矿物
在自然界发现的矿物与土壤有关的不过十几种，这些矿物的组成和特性见P21表1-1。
3：
主要的成土岩石
岩石：
一种或多种矿物的集合体称为岩石。
常见的主要的成土岩石
4：
岩石的风化
岩石的风化作用：
地壳表面坚硬而巨大的岩石，在外界因素的作用下逐渐发生崩解破碎和分解作用，岩石由大块→小块→细粒，同时岩石的矿物组成和化学组成发生改变的过程。
按照风化作用的因素和特点可分为物理风化、化学风化、生物风化三种类型。
（1）物理风化：
岩石受物理因素作用而崩解碎裂的过程；
物理风化的因素主要是：
温度引起的热胀冷缩，冰冻的挤压，流水的冲刷，风、冰川等自然动力的磨蚀、根系的穿插等。
其结果使岩石由大块→小块→细粒，使岩石有了对水分和空气的通透性，为岩石的进一步风化，尤其是化学风化创造条件，但没有改变岩石的矿物组成和化学组成。
（2）、化学风化：
岩石由于受到化学因素作用而引起组成矿物的化学成分发生分解和改变,甚至形成稳定的新矿物的过程；
化学风化的结果：
使岩石进一步分解，彻底改变了原来岩石的矿物组成和性质，产生了一批新的次生粘土矿物，同时也释放了一些可溶性盐，是植物养分的最初来源。
（3）、生物风化：
矿物在生物影响下所引起的破坏作用；
主要表现为植物根系的穿插作用，动物的穴居习性对岩石引起的机械破碎作用，以及生物生命活动产生的CO2、O2以及分泌的各种有机酸、无机酸能加速化学风化的进程。
生物风化的结果：
一方面加速岩石的风化，更重要的能使风化产物中的植物营养元素能在母质表层累积和集中，同时累积了OM，发展了肥力，所以生物参与风化作用，也就意味着成土作用的开始。
5：
母质特性的发育
总体上讲，母质初步具备了肥力要素中的水肥气热条件，但它还不是土壤，它还不具备完整的肥力，因为：
a：
作为土壤肥力要素之一的养分还不能得到充分保障，尤其是植物最需要的氮素，因为风化所释放出来的养分处于分散状态，会随水流失，母质微弱的吸附力，还不能将它们保存下来，更不能累积和集中。
b：
母质虽然初步产生了透气性、透水性、蓄水性，但它们还没有完整的统一起来，尤其是水分和空气在母质孔隙中是对立的，水多则空气少，两者还不能很好地协调，这远远不能满足植物生长的需要。
所以母质与岩石相比，初步具备了水肥气热条件，但与土壤相比，水肥气热还不能很好地统一，它只是为肥力的进一步发展打下基础，为成土作用创造条件。
6：
成土母质的类型
根据风化产物搬运动力和沉积特点的不同，可把成土母质分为以下几类：
（1）残积物：
未经外力搬运而残留在原地的风化产物，多分布在山地和丘陵的较高部位。
特点：
没有层次性，母质层薄；
颗粒成分不均匀，既有大小岩石碎块也有砂粘粒；
c：
由于直接来源于其下的基岩，母质的理化性质深受基岩影响。
（2）坡积物：
在重力和雨水冲刷作用下，将山坡上的风化物搬运到坡脚或谷地堆积而成。
层次稍厚，但无分选性，大小石块混杂，粗粒、细粒混存。
由于承受了来自上部的养分、水分及较细的土粒，所以水分、养分较丰富。
（3）洪积物：
由于山区临时性洪水爆发，洪水夹带岩石碎屑、砂粒、粘粒等物质沿山坡下泻到平缓地带沉积而成的堆积物，形状扇形。
扇形顶端沉积物分选性差，石砾、粘粒、砂粒混存，而边缘多为细砂、粉砂、粘粒，水分、养分丰富。
（4）冲积物：
岩石风化产物受河流经常性流水的侵蚀和搬运，在流速减缓时沉：
成层性b：
成带性
（5）湖积物：
湖水泛滥沉积而成的沉积物。
由于水流较缓，所以质地较细；
水分、养分多，OM高→肥沃土壤。
（6）海积物：
积于河谷地区的冲积物，如长江中下游、珠江三角洲地区。
特点由于海岸上升或江河入海回流的淤积物露出水面形成。
各地的海积物质质地不一，有的为全砂粒的砂堆，有的全为粘细沉积物。
质地粗的养分含量低，质地细的养分含量高。
（7）风积物：
风力吹来的泥砂堆积而成。
质地粗，砂性大，水分、养分缺乏，形成的土壤肥力低。
（8）黄土：
是第四纪沉积物，成因复杂，有的说是风力堆积而成，有的说是流水搬运堆积而成。
颗粒成分以粉砂粒为主，土壤质地疏松、通透性好。
风化程度低，含盐基丰富，是肥沃的土壤母质。
（9）红土：
又称第四纪红色粘土，分布在我国南方，多呈红色、红棕色，质地粘重，养分少。
[二]土壤矿物质
（一）土壤粒级
土壤的固相部分称土壤颗粒简称土粒。
按照土粒的成分可分为矿物质土粒和有机质土粒。
矿物质土粒在数量上占绝对优势，而有机质土粒，所以通常所说的土粒实际上专指矿物质土粒。
1、土粒大小的等级
土粒的分级实际上是根据单粒的大小和性质来进行划分的，而不是以复粒为标准。
土壤学上把土粒的大小级别称为粒级，粒级的划分标准各个国家所采用的标准也很不一致，但无论什么标准都要遵守一定的原则：
同一粒级的土粒在成分和性质上要基本一致，不同粒级的土粒在成分和性质上要有明显差别。
尽管各种分级制具体标准不同，但都把土壤单粒均分为四个基本粒级：
石砾、砂粒、粉粒、粘粒。
（1）国际制：
石砾＞2㎜；
砂粒2～0.02㎜（粗砂粒2～0.2㎜；
细砂粒0.2～0.02㎜）；
粉粒0.02～0.002㎜；
粘粒＜0.002㎜。
（2）卡庆斯基制（前苏联制）：
前苏联土壤学家1957年修定而成。
大体把＞1㎜称为石砾；
1～0.01㎜称为物理性砂粒（物理性状类似砂粒：
可塑性、粘结性、粘着性小）；
＜0.01㎜物理性粘粒（物理性状类似粘粒：
可塑性、膨胀性、粘着性大）。
（3）中国制：
2、各级土粒的组成和性质
不同级别的土粒在矿物组成和分配仍有一些共同规律。
（1）各粒级的矿物组成
在原生矿物中最难风化的是石英，硅酸盐矿物中的正长石、白云母也比较难于风化，是构成砂粒和粗粉粒的主要矿物。
其它的硅酸盐矿物——斜长石、辉石、角闪石、黑云母等较易风化，是构成细粉粒的主要矿物。
而粘粒中的矿物几乎都是风化和成土过程中新形成的矿物——层状硅酸盐矿物，Fe、Al、Si等氧化物或氢氧化物。
（2）各级土粒的化学组成
各级土粒在矿物组成上不同，化学组成和化学性质也不同。
一般来讲，颗粒由粗到细养分含量：
细土粒＞粗土粒，不同类型的土壤中各粒级的化学组成有所不同，但大体上都符合这一规律。
[二]、土壤质地
把土壤中各粒级土粒含量（质量）的百分率的组合称为土壤质地。
土壤质地的类别一般可分为砂土、壤土、粘土这三类。
（一）土壤质地的分类
1、国际制质地分类标准：
国际制土壤质地分类标准是根据砂粒（2-0.02㎜）、粉粒（0.02-0.002㎜）、粘粒（＜0.002㎜）三粒级的含量来确定土壤质地。
划分为十二个质地名称。
要点：
2、卡庆斯基制土壤质地分类标准（前苏联制）
卡庆斯基制土壤质地分类制有简制和详制两种。
其中以简制应用最为广泛，这里我们只介绍简制，在我国的两次土壤普查中都采用了卡庆斯基简制作为质地分类标准。
卡庆斯基简制是根据物理性砂粒（＞0.01㎜）和物理性粘粒（＜0.01㎜＝的含量来划分土壤质地类别。
划分为三组9个类别。
在分析结果中不包括＞1㎜的石砾，这部分需另行计算。
3、我国的质地分类制
还处在试用阶段，还没有得到广泛的应用。
纵观各种质地分类制，尽量存在着一些差别，但大体上还是把土壤质地分为砂土、壤土、粘土三类。
（二）土壤质地与土壤肥力的关系
1、砂质土
总体上砂质土的肥力特征表现为：
（1）蓄水力弱、保肥能力差;
（2）养分含量少;
（3）通气性、透水性好;
（4）土温变化快;
（5）易耕作。
“热性土’’：
2、粘质土
总体上讲粘质土的特点表现在：
（1）保水、保肥性好，
（2）养分含量丰富，
（3）通气性、透水性差，
（4）土温比较稳定，
（5）耕作比较困难。
“冷性土”
3、壤质土
是介于砂质土和粘质土之间的土壤类别，在性质上兼有砂质土和粘质土的优点，是比较理想的土壤类别，许多肥力性质都介于砂质土和粘质土之间。
总体上讲土壤质地对土壤肥力和性质有着重要的影响，但它不是决定土壤肥力的唯一因素，一种土壤在质地上的缺点，可以通过改良土壤结构和调节土壤颗粒组成而得到改善。
（三）土壤质地的改良
1、增施有机肥料
2、掺砂、掺粘，客土调剂
3、翻淤压砂、翻砂压淤
4、引洪漫淤、引洪漫砂
5、根据不同的土壤质地采用不同的耕作管理措施。
思考题
1.什么叫土壤、土壤肥力、土壤质地？
2.从物理风化、化学风化、生物风化的结果出发，比较母质与岩石、土壤在性质上的差异。
3.比较粘质土壤与砂质土壤的肥力特征？
4.什么叫土壤母质？
说出几种土壤母质的类型?
5.岩石的风化作用分为哪几种类型?
其各自风化的结果如何?
二、土壤有机质
【一】土壤有机质的来源、类型和组成
土壤有机质（SOM）：
是指存在于土壤中的各种含碳的有机化合物。
单位：
%g/kg
土壤OM的含量差异很大，高的可达20-30%＜20%称为矿质土壤，在耕作土壤中表层（比如泥炭土、一些森林土壤），低的不足0.5%（比如一些漠境土和砂质土），在土壤学上一般把OM＞20%称为有机质土壤，OMOM的含量一般都在5%以下，很少有超过5%的。
（一）土壤有机质的来源和类型
1.土壤有机质的来源
（1）对于原始土壤：
微生物体是土壤OM的最早来源，因为在风化和成土过程中，在母质中最早出现的是微生物，所以微生物是原始土壤OM的最早来源。
（2）对于自然土壤：
动植物残体、微生物及其代谢产物等有机物质。
（3）农业土壤：
轮作换茬、施用各种有机肥料，它不仅包括动植物残体和各种排泄物，还包括各种有机肥料、微生物制品、有机农药、工农业生活废水、废渣等有机物质。
2.土壤有机质类型
土壤有机质包括各种动植物残体，微生物体及其分解合成的有机物质。
包括以下几种类型：
（1）新鲜的有机质
（2）半分解的有机残余物
（3）腐殖质：
是有机质经微生物分解再合成的褐色或暗褐色的大分子胶体物质。
（二）土壤有机质的组成及性质
1、化合物组成及性质
主要有碳水化合物（包括一些简单的糖类及淀粉、纤维素和半纤维素等多糖类）、含氮化合物（主要为蛋白质）、木质素等物质。
此外，还有一些脂溶性物质（如树脂，蜡质等）。
2、元素组成：
主要是C、H、O、N，其次是P、S。
此外还有K、Ca、Mg、Si、Fe、Zn、Cu、B、Mo、Mn等灰分元素。
3、灰分元素：
植物残体燃烧后所留下的灰。
占植物体干重的5%。
〖二〗土壤有机质的转化
土壤微生物：
土壤大多数进行有氧呼吸的微生物称之为好氧性微生物，如固氮菌的固氮作用。
2、进行无氧呼吸的称之为厌氧性微生物，脱硫弧菌可使硫酸盐还原产生H2S。
3、既能进行有氧呼吸又能进行无氧呼吸的称之为兼厌氧性微生物。
但在两种环境中呼吸产物不同。
细菌、
放线菌：
最适宜生长在中性、偏碱性、通气良好的土壤中
真菌：
适宜生长在偏酸性的土壤中。
土壤微生物是土壤中最活跃的部分，它们参与土壤有机质分解，腐殖物质合成，养分转化和推动土壤的发育和形成。
归纳起来讲就是两个相互对立而又统一的过程，一个是有机质的矿质化过程，一个是有机质的腐殖化过程。
（一）土壤有机质的矿质化过程
土壤有机质的矿质化过程（mineralization）：
是指复杂的有机物质，在微生物的作用下，分解为简单的化合物，同时释放出矿质养料和能量的过程。
土壤有机质的矿质化作用，主要是靠微生物的酶来完成。
整个过程往往是分阶段进行的，在分解过程中，可以产生各种类型的中间产物。
1.含碳的有机物质的矿化：
在氧气充足的条件下，最终产物为CO2和水，并放出大量的能量。
在通气不良条件下，分解的速度很慢，释放出的能量也少，并形成一些有机酸、乙醇等，在极嫌气的情况下，还产生H2、CH4等还原性物质。
2.含氮有机化合物的分解
土壤中含氮有机化合物，主要是蛋白质等化合物，这类化合物较易分解，其分解转化过程如下：
（1）水解过程蛋白质在微生物分泌的蛋白水解酶的作用下，逐步分解成各种氨基酸。
（2）氨化过程氨基酸在微生物分泌的酶的作用下，进一步分解产生氨。
氨化过程只要温度、湿度适宜，不论是在好气或者是在嫌气条件下均能进行。
氨化过程可以通过以下几个途径进行。
氨化过程可以通过以下几个途径进行：
水解：
氧化：
还原：
（3）硝化过程:
在通气良好的条件下，通过微生物的作用将NH4+-N氧化为NO3--N的过程。
（4）反硝化过程
3.含磷、硫有机物的分解
土壤中含P的有机物主要是核酸、核蛋白、磷脂、植素等。
在好气条件下通过微生物的作用，含磷和硫的化合物可分别氧化为磷酸盐（H2PO4-、HPO42-）和硫酸盐（HSO4-，SO42-）。
在嫌气条件下，含硫蛋白质分解为硫醇类（含-SH基的化合物）和硫化氢（H2S）等有毒物质。
综上，有机物质矿化的结果，不仅对植物提供了营养物质，也对微生物提供了营养物质和能量，而且在矿化过程中同时也改变了一些有机物的结构特征和组成，为腐殖物质的形成提供原料。
（二）土壤有机质的腐殖化过程
腐殖化过程：
是有机物质在微生物的作用下，分解再合成复杂稳定的腐殖质的过程。
关于腐殖化过程，目前还不是十分清楚，一般认为腐殖化作用可分为两个阶段：
第一个阶段：
产生构成腐殖质分子原始材料
第二阶段：
上述原始材料通过缩合等酶促反应和纯化学反应合成腐殖质单体分子。
土壤种有机残体的矿化作用与腐殖化作用是同时发生的两个过程。
生物残体的矿化过程是进行腐殖化过程的前提；
而腐殖化过程是生物残体矿化过程的部分结果。
（三）影响土壤有机质转化的因素
1、土壤的水分（湿度）和通气状况：
微生物的活动需要一定的湿度和通气条件。
2、温度
在0-35℃范围内，增高温度能促进OM分解，一般土壤中微生物活动最适宜的温度大约在25-35℃，当温度≥45℃时，一般来讲微生物的活动就会受到抑制，温度≥50℃时，有机物可能会发生纯化学的氧化分解而导致挥发。
3、土壤特性（土壤反应）
1）质地
2）pH：
各种微生物都有最适宜的pH范围和可以适应的pH范围，大多数细菌最适宜在pH6.5-7.5的中性环境中活动，而放线菌最适宜的pH可能要偏碱一些，真菌最适宜pH3-6的酸性条件下活动。
4、有机残体特性
1）有机残体本身的物理状态直接影响转化的速率。
多汁、幼嫩比干枯老化的植物残体易分解，而且还能活化已衰弱的微生物。
粉碎或切细比大块的植物残体易分解。
2）有机残体组成中的C/N比：
指有机质中碳素总量和氮素总量的比值，是影响转化速率的根本原因。
同一类植物的C/N比亦随植物的组织老嫩而不同。
不同的微生物在不同的条件下对C/N的要求不一样。
一般认为微生物每分解25份的C，大约需要1份的N，也就是说微生物对C/N的要求是25/1。
C/N＞25/1时，有机物中的N素供应不足，微生物就可能从土壤中吸收有效N用于构成微生物体细胞，从而产生微生物与植物竞争土壤有效N的现象，抑制微生物的繁殖和生长，从而使有机物的分解受到抑制。
C/N＜25/1时，有机物中的N素供应充足，微生物的繁殖和生长也要快得多，有利于矿质化作用的进行。
实际上大多数有机残体的C/N远远大于25/1，比如禾本科作物的秸秆，其C/N80-100：
1远远大于25/1，为了促进它的分解，并防止植物缺N，应该补施一定的化学N肥。
〖三〗土壤腐殖质
腐殖物质，是有机残体进人土壤后，经微生物的作用在土壤中新形成的一类特殊的（化学机构未知）多相分布的高分子有机化合物。
它不同于动植物残体组织和微生物的代谢产物中的有机化合物，而是土壤中特有的有机化合物。
（一）腐殖质在土壤中的存在形态
1、游离态的腐殖质，只占极少部分
2、有的与矿物中的强盐基化合形成稳定盐类，主要腐殖酸钙、镁盐。
3、有的与含水三氧化物，比如Al2O3·
xH2O、Fe2O3·
yH2O化合形成复杂的凝胶体。
4、与粘粒结合形成有机无机复合体。
腐殖质在土壤中主要是与矿物质部分结合成有机无机复合体，也就是说第四种常占腐殖质中的大部分。
（二）腐殖质组分的分离及各组分的特性
目前所用的方法一般是先把未分解、半分解的动植物残体分离掉，然后用不同的溶剂浸提土壤，进行腐殖质的分组。
（三）腐殖酸的性质
1.腐殖质的组成
（1）化学组成：
腐殖质的化学组成中主要是C、H、O、N、P、S，还有少量的Ca、Mg、Fe、Si等灰分元素。
（2）功能团组成：
腐殖质组分中有许多的功能团，其中最主要的是含氧功能团，比如：
羧基R—COOH、酚式羟基（—OH）、醇羟基（R—OH）、甲氧基—OCH3，醌基，正是由于这些功能团的存在，使腐殖质表现出多种活性，比如离子交换，对金属络合作用，氧化还原性及生理活性等。
2.腐殖质分子的结构特征
3.腐殖质的带电性
腐殖质是两性胶体，既带负电荷又带正电荷，通常以带负电荷为主，电性来源主要是分子表面羧基、酚羟基的解离以及
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