土壤与植物营养

1、1,黎晓峰课件,第二章 土壤与植物营养,黎晓峰课件,2,内容,第一节 根际营养 第二节 土壤养分类型与转化 第三节土壤养分生物有效性 第四节我国土壤养分含量的基本情况,黎晓峰课件,3,第一节、根际营养,根际是指受植物根系活动的影响，在物理、化学和生物学性质上不同于土体的那部分微域土区。,根际的范围很小，一般在离根轴表面数毫米之内。 根际的许多的化学条件和生物化学过程不同于原土体。其中最明显的就是根际pH、氧化还原电位和微生物活性的变化。,根际动态过程中的化学反应,养分梯度变化 根际pH变化 氧化还原势 水分变化 根分泌物 根际微生物分泌物 病原微生物 非病原微生物 其它根际微生物 VA菌根,酸碱平衡 沉淀-溶解平衡 吸附-解吸附平衡 络合-解离平衡,黎晓峰课件,5,1、根际有机物及微生物,在植物的生长发育过程中，根系会释放出大量的光合产物。这些分泌物结构简单、易分解，成为微生物的良好的碳源和氮源，因此根际土壤中的数量往往是土体数量的几倍至几十倍。,一、根际土壤的特点,黎晓峰课件,6,根系对微生物的促进作用表现出明显的选择性：,不同种类的微生物受到的促进作用不同，细菌受到的促进作用往往较

2、大； 不同植物对微生物的促进作用不同，一般地说来，农作物林木，豆科作物非禾本科作物； 植物的不同生育期的效应不同。,黎晓峰课件,7,表2-2 不同作物根际与非根际细菌数的比较,106/g风干土 作 物 根际土(R) 非根际土（S） R S 红三叶草 3 255 134 24 燕 麦 1 090 184 6 亚 麻 1 015 184 6 小 麦 710 120 6 玉 米 614 184 3 大 麦 605 140 3,黎晓峰课件,8,黎晓峰课件,9,黎晓峰课件,10,根际微生物与根系组成的特殊生态体系是根际微生态系统的重要组成部分，对根际土壤养分的有效性及养分循环起着重要作用。,黎晓峰课件,11,2、根际养分和水分状况,根际是根系吸收养分与水分的门户，根系及微生物的活动对根际土壤中的养分含量、转化、生物有效性影响很大。,根际土壤中的养分有效性往往不同于土体，其原因为： （1）根际微生物对土壤有机质的分解和吸收可促进土壤养分的释放； （2）根系及微生物分泌螯合物改变根际环境。 （3）分泌质子 （4）分泌氧化还原物,黎晓峰课件,12,累积 当土壤溶液中养分浓度高，植物蒸腾量大，养分供应以

3、质流方式为主时，根对水分的吸收速率高于养分吸收速率，根际养分浓度增加并高于土体的眼粉浓度，出现养分累积区;,亏缺 当土壤溶液中养分浓度低，植物蒸腾强度小，根系吸收土壤溶液中养分的速率大于吸收水分的速率时，根际即出现养分亏缺区;,持平 一定条件下，当水分蒸腾速率和养分吸收速率相等时，根际没有养分浓度梯度。,根际养分的分布与土体比较的可能状况：,黎晓峰课件,13,根际养分分布类型,根际富集：迁移 吸收量 根际亏缺：迁移 吸收量 不 变 化：迁移= 吸收量,黎晓峰课件,14,玉米根际主要养分的浓度分布情况,黎晓峰课件,15,影响根际养分状况的因素,元素种类： 富集：Ca2、NO3-、SO42+、Mg2 （土壤溶液浓度高） 亏缺：H2PO4-、NH4、K （土壤溶液浓度高）,养分需要量、土壤溶液浓度，如：P、K 大 低亏缺,植物的蒸腾作用、吸收强度、根毛特性,土壤特性：质地、缓冲能力、水分 质地轻、缓冲能力弱的易亏缺、范围广；水分缺，养分迁移慢，易亏缺,黎晓峰课件,16,养分亏缺和富集的意义,亏缺：增加土壤中养分的有效性 养分浓度低，有利于根际养分的解吸和土体中的养分向根际迁移,富集：形成新的

4、离子间相互作用、降低水分有效性 如：钙富集，影响钙、钾交换平衡，微量元素有效性 氯化钠富集，降低根际土壤水势,黎晓峰课件,17,根际土壤中水分的有效性,根系对水分和养分吸收的差异，可使根际土壤的水势发生变化，从而改变根际土壤水分有效性。,如盐土中，氯化钠的积累，是根际土壤水分有效性降低。,黎晓峰课件,18,黎晓峰课件,19,根际微区有机物、酶和微生物增多，生物活性很强，从而使得根际氧化还原状况不同于土体。,旱作土壤根际Eh值都低于土体；,水稻根系具有输氧的特性，体内存在着由叶片向根部的输氧组织，并有部分氧排出根外，使根际的氧化还原电位高于土体。,3.根际氧化还原电位,黎晓峰课件,20,黎晓峰课件,21,根际pH值变化的原因复杂，主要是根系吸收阴阳离子的不平衡。 此外：根系吸收作用和根际微生物的呼吸作用释放CO2；根尖细胞伸长过程中分泌的质子和有机酸；,（1）根际pH值变化的原因,4、根际pH,黎晓峰课件,22,施用NH4+-N根系向外释放H+，根际pH值下降； 施用NO3-N根系释放OH-或HCO3-，根际pH值上升。,（2）影响根际pH值变化的因素,1）、氮素形态,NO3-N根际pH

5、值上升使的幅度一般低于NH4+-N使根际pH值下降的幅度，而且不同种类植物之间有明显差异。,NO3-N NH4-N,NO3-N NH4-N,黎晓峰课件,25,2）共生固氮,黎晓峰课件,26,3）逆境胁迫,缺磷 缺铁 铝胁迫 ,黎晓峰课件,27,缺铁引起根系原生质膜分泌质子模式图,黎晓峰课件,28,4)植物遗传特性,黎晓峰课件,29,5）根际微生物,呼吸作用 分泌物,黎晓峰课件,30,5、根际土壤结构,根际土壤结构较好： 根系穿插、挤压 根系分泌物（如植物粘多糖） 表现：如：水稳性团聚体,黎晓峰课件,31,二、根际在植物营养中的作用,根际是矿质元素向根系迁移的门户； 根际是植物吸收养分的重要（主要？）场所； 根际pH、氧化还原状况、根系分泌物显著影响根际的营养状况及根系生长。,黎晓峰课件,32,增加磷的活化作用,增加微量元素的吸收,其它元素,1、根际pH值变化与养分有效性,黎晓峰课件,34,表2-3 供应不同形态的氮对菜豆根际及地上部养分吸收的影响,黎晓峰课件,35,2、氧化还原状况与植物营养,Eh降低：氧化态养分有效性增加，Fe、Mn Eh升高：还原态养分毒性降低,黎晓峰课件,36,.

6、,植物通过根系以根系脱落物或分泌物的形式进入根际微区，一般占其总同化碳量的5%25%。 所谓的“根分泌物”是指植物生长过程中向生长基质中释放的有机物质的总称。 由于根系分泌物极大地改变了根-土界面物理、化学和生物学性状，因而对土壤中各种养分的生物有效性产生重要的影响。,3、根分泌物,黎晓峰课件,37,养分胁迫,根际微生物,植物种类,（1）影响根系分泌物的因素,机械阻抗,黎晓峰课件,38,1） 保护根尖；,（2）根分泌物对土壤养分有效性的影响,黎晓峰课件,39,2）对养分的化学活化作用:,还原作用 根分泌物中的还原物质通过还原作用可提高土壤中变价金属元素铁、锰、铜等的有效性。 螯溶作用 植物分泌的大量有机酸、氨基酸和酚类化合物，与根际内各种金属元素（铁、锰、铜、锌等）形成螯合物。它一方面能直接增加这些微量元素的有效性；另一方面也可活化许多金属氧化物所固持的营养元素（如磷、钼等），从而对根际养分有效性产生重要影响。,黎晓峰课件,40,黎晓峰课件,41,（3）.增加土壤团聚体结构的稳定性，从而改善根际养分的缓冲性能,黎晓峰课件,42,（1）加快土壤有机物的分解； （2）活化与竞争根际养分 在

7、根际数量可观的微生物一方面通过分泌有机酸、酶、氨基酸、改变根际Eh等活化根际土壤中难溶性无机态或有机态养分，提高其有效性；另一方面，高密度的微生物又要利用根际的养分，与植物竞争有效养分，并可导致养分的耗竭与亏缺。 （3）改变根系形态，增加养分吸收面积 （4）影响植物生长发育,4、根际微生物的作用,黎晓峰课件,43,菌根与养分有效性,菌根是高等植物根系与真菌形成的共生体，分布很广，分外生菌根和内生菌根两大类。 外生菌根主要分布于温带森林树种或干旱地区灌木。内生菌根中最普遍的是泡囊-丛枝菌根（VAM）。自然条件下，80%以上的植物种都可形成VA菌根。 作用：菌根的形成能显著增加植物对矿质养分和水分的吸收。外生菌根可以提高树苗对土壤中K+和NH4+的吸收率；VA菌根可以增加植物对土壤中一些移动性小的营养元素如磷、铜、锌等的吸收。,黎晓峰课件,44,菌根真菌,黎晓峰课件,45,第二节 土壤养分类型与转化,一、土壤养分的类型与转化 类型 按物理形态分：固态、液态、气态养分 按化学组成：有机养分、无机养分 或者：为离子态养分、分子态养分,黎晓峰课件,46,土壤养分的类型,根据养分的来源、溶解性和对

8、植物的有效性分5类： 1、 水溶性养分 水溶性养分是指土壤溶液中的养分，这种养分对植物的有效性高 2、代换性养分 代换性养分也称交换态养分，是土壤胶体上吸附的养分。 在习惯上，将交换态养分和水溶性养分合称为速效性养分。,黎晓峰课件,47,土壤养分的类型（续）,3、缓效性养分 在土壤某些矿物中，比较容易分解释放出来的养分称为缓效性养分 。 4、难溶性养分 主要指土壤原生矿物（如磷灰石、白云石和正长石）组成中所含的养分，一般很难溶解，不易被植物吸收利用,5、土壤有机质和微生物体中的养分 在土壤中，有机养分大多需要被微生物分解后才能转化为有效养分。微生物在它们生活过程中，需要从土壤中吸收一些有效养分，但微生物的生活周期很短，随着微生物的死亡，很快分解释放出来。所以，微生物体内的养分可视为有效养分。,黎晓峰课件,48,二、影响土壤养分转化的因素,微生物、土壤水分、通气状况、温度以及酸碱度影响土壤养分的转化。 1、土温 不仅影响微生物的活动，也影响土壤养分的吸收与释放、土壤胶体对离子的吸附与解吸。,2、土壤水分、 （1）水分是溶解土壤养分的溶剂，土壤中的养分只有溶解在土壤溶液中才能被植物吸收。在

9、适宜的水分含量范围内，增加水分有利于土壤和肥料中的养分的溶解，有利于提高养分有效性。但是，水分也会稀释土壤养分，并加速养分的流失。 （2）水分影响土壤的氧化还原状态，间接地影响养分的转化和植物对养分的吸收,黎晓峰课件,49,3、土壤氧化还原状态,直接影响作物根系和微生物的呼吸作用，影响土壤各种物质的存在状态。 改变有些营养元素或它们的化合物化合价。,黎晓峰课件,50,4、土壤反应,土壤反应影响作物的生长和养分的转化与吸收。 一般而言，在酸性条件下，作物吸收阴离子多于阳离子；在碱性条件下，作物吸收阳离子多于阴离子。 土壤反应对养分转化的影响很大，因为土壤反应既能直接影响土壤养分的溶解或者沉淀，也能够影响土壤微生物的活动。,黎晓峰课件,51,N：氨化作用、硝化作用最适pH值分别是6.67.5和6.57.9 ，在pH68范围内，土壤有效氮的含量较高； 磷一般在pH6.67.5有效性较高 ； K、Ca、Mg:当pH6时，含量减少 ；,黎晓峰课件,52,铁和铝,在强酸性土壤中，铝的反应如下： Al 土 Al3+Al土 + Al3+ Al3+ H2O Al(OH) 2+ H+ 在一般酸性土壤中，Al3+的水解反应如下： Al3+ OH- Al(OH) 2+ Al(OH) 2+ OH- Al(OH) 2+,黎晓峰课件,53,pH与铝形态及活度,微量元素,锰、锌、铜在酸性条件下有效性显著增加 ； 硼：pH4.76.7，有效性最高； pH值升至7.18.1，溶解性显著降低。但在酸性的砂性土壤中，可溶性硼易于淋失 钼：呈吸附态，在碱性条件下，释放，有效性增加 。,黎晓峰课件,55,第三节 土壤养分生物有效性,

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