6.土壤养分的有效性

（1）土壤中矿质态养分的浓度、容量与动态变化； （2）根对养分的获取与养分向根表迁移的方式与速 度； （3）在根系生长与吸收的作用下，土壤中养分的有 效化过程以及环境因素对养分有效化的影响。
土壤养分化学有效性
第一节
土壤测试
233
标准方法 速测方法
指标和分级
化学有效养分是指土壤中存在 的矿质态养分，主要包括可溶性的 离子态与简单分子态养分，易分解 态和交换吸附态养分以及某些气态 养分。化学有效养分通常可以采用 不同的化学方法从土壤中提取出来。
•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
一、根际养分
（一）根际养分浓度分布 根际养分的分布与土体比较可能有以下三 种状况：
第四节 植物根际养分有效性
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
3.缓冲Biblioteka Baidu素(缓冲容量)
K+的吸附数量（Q)
土壤A
土壤B Q
I 土壤A
I
土壤溶液中K+的强度(I)
土壤B
两种不同容量土壤对K+缓冲力比较的图示
第二节
一、养分位置与有效性
土壤中有效养分只有达到根系表面才能为植 物吸收，成为实际有效养分。对于整个土体来说， 植物根系仅占据极少部分空间，平均根系土壤容积 百分数大约为 3% 。因而养分的迁移对提高土壤养 分的空间有效性是十分重要的。
钾吸收速率 (pmolcm-1s-1)
0.6
0.5 0.4
0.3 0.2 玉米 洋葱 0
番茄
油菜
黑麦草属
0.1
0
20 40 60 80 根毛圆柱体的容积 (mm3 /cm)
植物根毛容积对吸K+速率的影响
（三）根系深度与底层土壤养分的有效性
根系分布深度关系着植物从土壤剖面中获取养 分的深度和有效空间。 舂小麦不同生育期从各土层的相对吸磷率（%） 生育期 舂小麦吸磷总量
土壤含水量
4% 2 10% 4 20% 8 30% 10
4.10
40
55
78
75
第三节
植物根系的生长与养分有效性
一、植物根系的特性
（一）形态结构
单子叶植物的根属须根系，粗细比较均匀，根长和表 面积都比较大。双子叶植物的根属直根系，粗细悬殊较大， 根长和总吸收表面积都小于须根系。
（二）根毛
除洋葱、胡萝卜等少数植物没有根毛或根毛少 而短之外，大多数农作物的根系都有根毛。根毛的 存在缩短了养分迁移到根表的距离，增加总吸收表 面积。根毛的另一作用是加强共质体的养分运输。
由于化学浸提法测得有效养分是 相对值，在应用前需要与生物试验 的结果进行相关研究。化学有效养 分测定数值有时很难反映植物的生 长状况和产量水平。
一.化学浸提的有效养分
（四）化学有效养分在推荐施肥中的应用
在实际中常用化学有效养分含量 作为推荐施肥的依据。
一.化学浸提的有效养分
建议施磷量(kg/ha)
土壤养分向根表的迁移有两种方式： 即质流和扩散。
（一）质流
植物的蒸腾作用和根系吸水造成根表土壤与土 体之间出现明显水势差，土壤溶液中的养分随水流 向根表迁移。其特点是运输养分数量多，养分迁移 的距离长。养分通过质流到达根部的数量取决于植 物的蒸腾率和土壤溶液中该养分的浓度。
(二)扩散
当根系截获和质流作用不能向植物 提供足够的养分时，根系不断的吸收可 使根表有效养分的浓度明显降低，并在 根表垂直方向上出现养分浓度梯度差， 从而引起土壤养分顺浓度梯度向根表运 输。土壤养分的扩散作用具有速度慢距 离短的特点。扩散速率主要取决于扩散 系数。
10oC 15oC
20oC
25oC
30oC 35oC
根区温度对马铃薯幼苗根形态和地上部生长的影响
（二）土壤养分状况
养分供应浓度 0.01 mM
根系趋肥性 施肥促进根系生长
硝酸盐信号作用
1.00 mM 0.01 mM
养分浓度---调控根系形态和构型的信号物质
（三）土壤pH与钙、铝等阳离子的浓度
根系生长对钙的需要量因作物种类而异，也 与环境的pH和Al3+的浓度有关。
离子在不同介质中的扩散系数与移动距离的估算值*
离子 NO3 K+ H2PO4引自Jungk.1991.
扩散系数 水 1.9×10-9 2.0×10-9 0.9×10-9 土 5×10-11 5×10-12 1×10-13
土壤中移动距离/mm • d-1 3.0 0.9 0.13
（三）不同迁移方式对植物养分供应的贡献
410 450 680 900
1.38 2.28 3.79 5.02
影响根际养分分布的因素
土壤因素：类型、质地、养分含量、水分 养分因素：种类、形态 植物因素：种类、基因型、根的部位、年龄 农事因素：施肥、灌水
植物根获取土壤养分的模式图
地上部
土壤
3
2
根
（1、截获
1
2、质流 3、扩散）
部分养分离子在不同介质中的扩散系数
离子种类 K+ H2PO4NO3Ca2+ Mg2+ K+ H2PO4NO3介 质
250C水 250C水 250C水 250C水 250C水 土 壤 土 壤 土 壤
扩散系数D（cm2/s） 1.98×10-5 0.89×10-5 1.90×10-5 0.78×10-5 0.70×10-5 10-7~10-8 10-8~10-11 10-6~10-7
HCl+H2SO4 HAc+NH4NO3 +NH4F+HNO3 +EDTA NH4HCO3 +DTPA
30.4
29.4 70.1 14.8 46.9
6.Soltanpour 法
7.MeugepqkoB 法 (NH4)2 C2 O4 +NH4HCO3
AAS
ICP
（三）化学有效养分与植物吸收的相关性
第六章
土壤中各种营养元素的全量是很丰 富的，但其中绝大部分对植物是无效的， 只有少部分在短期内能被植物吸收的土 壤养分才是植物的有效养分。 土壤中的生物有效养分具有两个基 本特点： 一：以矿质养分为主； 二：位置接近植物根表或短期内可 以迁移到根表的有效养分。
“土壤养分生物有效性”的含义有三方面：
根际养分分布类型
根际富集：截获+质流 > 吸收量 根际亏缺：截获+质流 < 吸收量 不 变 化：截获+质流 = 吸收量
+
养分浓度
1 3
0
2
0 1 2 3 4
离根表距离（mm）
不同条件下根际养分浓度变化模式图
（1、积累 2、亏缺 3、持平）
玉米的水分吸收与根际钠，氯积累的关系
水分吸收
（蒸腾ml/cm×10）
75
50
25
80
160 240 土壤有效磷含量(mg/kg P)
不同地区土壤有效磷含量与建议施磷量的关系
二 、养分的强度因素与容量因素
（一）养分的强度因素（I） 是指土壤溶液中养分的浓度。强度因素是土壤 养分内供应的主要因子。 （二）养分的容量因素（Q） 是指土壤中有效养分的数量，也就是不断补充强 度因子的库容量。 容量因素对强度因素的补充不仅取决于养分库容 里量的大小，还决定于储存养分释放的难易程度。 这要受到土壤、水分、温度、通气等土壤条件以及 植物根系生长的影响。
在植物养分吸收总量中，通过根系 截获的数量很少。大多数情况下，质流 和扩散是植物根系获取养分的主要途径。 对于不同营养元素来说，不同供应方式 的贡献是各不相同的，钙、镁和氮 （ NO3- ）主要靠质流供应，而 H2PO4- 、 K+、NH4+等扩散是主要的迁移方式。在 相同蒸腾条件下，土壤溶液中浓度高的 元素，质流供应的量就大。
1.0 根 对 相 0.2
0 0.2
长 0.6
钙/阳离子总量的摩尔比
0.4
0.6
0.8
1.0
土壤溶液中钙/阳离子总量摩尔比对棉苗根系生长的影响
（四）有机物
低浓度的富里酸可以促进发根和根的伸长，较 高浓度下的酚类和短链脂肪酸类等低分子化合物可 以抑制根的生长。 淹水条件下，乙酸和其它挥发性短链脂肪酸积 累到一定浓度时，对根系的生长不利。 在有机质含量高或施入大量新鲜有机物而又通 气不良的土壤上，根际微生物活动可能导致根际微 区累计大量乙烯，抑制根系的扩展。
*土壤是美国北部中性淋溶土
H2O
H2O
H2O
截获
质流
扩散
三、影响养分移动的因素
养分向根表的迁移受到根系吸收和土壤供应 两方面的影响。
（一）土壤湿度—扩散 （二）养分浓度—梯度 （三）土壤质地—吸附固定
土壤含水量对K+扩散率（K+mg/cm2天）的影响
土壤交换性钾含量 （K+cmol/kg）
0.41
（Kg/ha天）
土层深度（cm） 0~30 31~50 83.3 58.8 67.4 8.1 17.8 15.5 51~75 5.9 16.3 12.0 76~90 2.7 7.1 5.1
孕穗期 开花期 灌浆期
0.345 0.265 0.145
（四）根系密度与养分空间有效性
根系密度是指单位土壤体积中根的总长度，表 示有多大比例的土壤体积向根供应养分。
不同根系密度情况下，土体向根 供应磷、钾养分的相对有效体积
土层深度 根系密度 （cm） （cm/cm3）
0~10 >10 >72 > 2
养分供应的相对有效体积（%）
磷 20 5
钾 50 12
二、影响根系生长的环境因素
（一）土壤物理因素
二、影响根系生长的环境因素
通常根系生长最适温度范围在20~250C之间，土壤温度 过高或过低都可能抑制根系的生长。
氯（Cl -） （ mg/Kg ）
土体 根际 根表
根表电导率 土体 根际 根表（nS/cm）
钠（Na+） （mg/kg）
0.38 0.46 0.82 0.95
310 360 430 440
410 580 430 650 660 970 640 1280
220 280 360 380
340 330 490 570
不同迁移方式对小麦根系养分的相对贡献*
养分 钙 镁 钾 磷 氮 耕层有效养 分含量 (kg/ha) 4000 800 300 100 500 植物吸收 总量 (kg/ha) 45 35 110 30 190 养分供应量(kg/ha) 截获 质流 扩散 40 8 3 1 2 90 75 12 0.12 150 _ _ 95 28.9 38
*根据Baeber（1974）估计，根容积等于土壤容积的1%
土壤饱和水溶液中几种养分的浓度*
养分种类 NO3NH 4 + 养分浓度(mmol/L) 0.1-2.0 0.1-2.0
H2PO4-+HPO42K+ Ca 2+ SO42Mg2+
0.001-0.02
0.1-1.0 0.1-5.0 0.1-10.0 0.1-5.0
1.生物有效养分
2.化学有效养分
1 2
土壤有效养分示意图
二、养分向根表的迁移
地上部
土壤
3
2
根
1
土壤中养分到达根表有两种机理：其一是根对 土壤养分的主动截获；其二是在植物生长与代谢活 动（如蒸腾、吸收等）的影响下，土壤养分向根表 的迁移。
截获是指根直接从所接触的 土壤中获取养分而不经过运输。 截获所得的养分实际是根系 所占据土壤容积中的养分，它主 要决定于根系容积大小和土壤中 有效养分的浓度。
土壤中能为当季作物吸收利用 的那一部分养分。田间施肥
一.化学浸提的有效养分
（一）化学有效养分的提取
提取土壤有效养分的化学浸提剂因 营养元素和土类型的不同而异。提取原 理在化学法之外，还有物理化学方法 （如电超滤法）。
一.化学浸提的有效养分
（二）化学有效养分测定值的相对性
不同化学浸提方法所测出的“有效养分” 的数值在很大程度上取决于浸提剂的类型
不同方法间缺乏相互比较的基础。
不同浸提剂提取15种土壤所测得有效磷的平均含量
测定方法 1.Olsen 法
2.Machiqin 法 3.Al-Abbas-法 4. 双酸法 5.MehlichIII法
浸提液种类
NaHCO 3 (NH4)2CO3
有效磷 （Pmg/kg） 24.9 23.9
NaOH+Na2C2 O4
土壤养分供应强度与容量的示意图
强度
土壤溶液中养分浓度 快 活性养分库 慢
容量
在生长期内 释放的养分 很慢
土壤矿物和 有机残留物 田间根系体积
表示土壤保持一定养分强度的能力。 它关系着养分供应的速度，反映强度随 数量变化的关系。可以用△Q/△I 的比 率来表示，比率越大，土壤养分的缓冲 力就越强。 应用强度 / 容量关系描述土壤养分 有效性，可以从养分转化的动态过程来 考虑养分的有效性。