第四章养分有效性

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 >72
>10
<2
养分供应的相对有效体积（%）
磷钾
20 50
5
12
二、影响根系生长的环境因素
（一）土壤物理因素
3 3 5 71
少 量 10 16 38 61
多而长 2 9 60 243
钾吸收速率 (μmolcm-1s-1)
0.6
0.5
番茄 油菜
0.4
0.3
黑麦草属
0.2
玉米
0.1
洋葱 0
0
20
40 60 80
根毛园柱体的容积 (mm3 /cm)
Hale Waihona Puke 在粉砂土壤上，植物根毛容积对吸K+速率的影响 （Itoh 和 Barber，1983）
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
25℃水 25℃水 25℃水 25℃水 25℃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
土壤容重增加意味着紧实度变大，大孔隙减少， 根的伸长速度降低，平均直径减少。主根伸长受阻 会激发侧根的发展，形成密集的表层根系。
通常根系生长最适温度范围在20～25℃之间， 土壤温度过高或过低都可能抑制根系的生长。
1.35g/cm3 1.50g/cm3
不同容重土壤上大麦幼苗根系生长情况
根区温度对马铃薯幼苗根形态和地上部生长的影响
素和土壤类型的不同而异。提取原理除化学法 之外，还有物理化学方法（如电超滤法）。 （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
浸提液种类
有效磷 （Pmg/kg）
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 植物的蒸腾速率和土壤溶液中该养分的浓 度。
植物根获取土壤养分的模式图
6种作物根系和根毛性状的比较
作物种类 根半径 根毛数 根毛长度 根毛直径 根毛表面/根表面
（mm ）（条/cm根）（μm） （μm）
小 麦 0.108
560 290
5.7
0.7
莴 苣 0.124 1270 300
4.8
1.6
蓟 菜 0.056
890 600
3.9
3.8
蕃 茄 0.107 1650 430
建议施磷量(kg/ha)
75 50 25
80
160 240
土壤含磷量(Pmg/kg)
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
不同迁移方式对小麦根系养分的相对贡献
耕层有效养 养分 分含量
(kg/ha)
钙
4000
镁
800
钾
300
磷
100
氮
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 90 _ 8 75 _ 3 12 95 1 0.12 28.9 2 150 38
（三）不同迁移方式对植物养分供应的贡献
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。
对不同营养元素而言，不同供应方式的贡 献各不相同：Ca2+、Mg2+和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
土壤中养分到达根表有两种机理： 一是根对土壤养分的主动截获； 二是在植物生长与代谢活动（如蒸腾、 吸收等）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。 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。
向土壤直接供应有机螯合态肥料，或 者施用有机肥，可减少养分的吸附和固定。
燕麦对无机态与有机态磷源的吸收量
磷肥种类 磷总吸收量
来自肥料中的磷
（P mg/盆）吸收量（P mg/盆） 比例（%）
Ca(H2PO4)2 12.1
2.3
19
BAPA*
16.5
6.4
39
*BAPA系有机态含磷化合物
第三节
植物根系的生长与养分有效性
土壤交换性钾含量 （K+cmol/kg） 4
0.41
2
4.10
40
土壤含水量（%）
10 20 30
4
8 10
55 78 75
（二）施肥
施肥可增加土壤溶液中养分的浓度， 直接增加质流和截获的供应量。
同时，施肥加大了土体与根表间的 养分浓度差，也增加了养分扩散迁移量。
交换性钾 (mmol/kg 土)
（三）缓冲因素(缓冲容量)
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。
土壤A
K+的吸附数量（Q)
土壤B Q
12
10
施肥土壤
D =27×10-7
8
6
未施肥土壤
4
D = 5.3× 10-7
2
耗竭土壤 D = 1.2×10-7
0 0
2
4
6
8 10 12
距根表距离 (mm)
施钾对提高土壤钾有效性的影响 （D为扩散系数 单位：cm2/s）
（三）养分的吸附与固定
吸附与固定使磷、钾、锌、锰、铁等 营养元素的移动性变小。
I
I
土壤A
土壤B
土壤溶液中K+强度(I)
两种不同容量土壤对K+缓冲力比较图示
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。
*土壤是美国北部中性淋溶土
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
增加土壤湿度，可使土壤表面水膜加厚， 一方面能增加根表与土粒间的接触吸收；另 一方面又可减少养分扩散的曲径，从而提高 养分扩散速率。
土壤含水量对K+扩散率（K+mg/cm2·天）的影响
春小麦不同生育期从各土层的相对吸磷率（%）
生育期 春小麦吸磷总量
土层深度（cm）
（Kg/ha·天） 0~30 31~50 51~75 76~90
孕穗期
0.345 83.3 8.1
5.9
2.7
开花期
0.265 58.8 17.8 16.3
7.1
灌浆期
0.145 67.4 15.5 12.0
5.1
（四）根系密度与养分空间有效性
（2）根对养分的获取与养分向根表 迁移方式与速度；
（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。
1 2
土壤有效养分示意图
有效养分决定植物生长发育,问题是:
土壤有效养分有多少?
以什么形态存在?
如何度量?
有多少能被作物吸收?
有多少能有效化?
影响土壤有效养分的因素?
根毛的另一作用是加强共质体的养分运输。
a.须根系
b.直根系
直根系和须根系示意图
植物根系形态与施磷生长效应间的关系 （地上部干物重mg/株）
植物种类
根形态
施磷量（mg/kg）
直径（cm） 根毛 0 10 30 90
罗汉松 龙葵
>1 0.2~0.3 0.1~0.2 0.1~0.2
无
9 9 11 29
无
（二）土壤养分状况
增加养分供应可促进根系生长。一般根系集中 生长在养分浓度较高的地方。适当深施肥料有利于 根系下扎和吸收下层土壤水分和养分。
在局部根区提高养分浓度对根系形态有明显影 响，其中以供应硝酸盐最为突出。
矿质养分的供应对根毛的长度和密度也有很大 影响。
土壤硝酸盐和土壤磷的浓度与根毛数目及根毛 长度之间呈负相关关系；而铵盐的存在则增加根毛 的密度与长度。
（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+
H2PO4-+HPO42-
K+ Ca 2+
SO4 2Mg 2+
养分浓度(mmol/L) 0.1-2.0 0.1-2.0
0.001-0.02 0.1-1.0 0.1-5.0 0.1-10.0 0.1-5.0
14.8
7.MeugepqkoB 法 (NH4)2C2O4+NH4HCO3
46.9
（三）化学有效养分与植物吸收的相关性
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。
（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。
4.3
2.5
洋 葱 0.225 1180 40 11.0
0.2
胡萝卜 0.107 1810 40
4.0
0.3
（引自Itoh 和 Barber，1983）
（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。
通常农作物的根深为50-100cm。植物种 类差异和环境因素对根系分布深度有很大影 响。
施 硝 态 氮 肥
大麦根局部供应硝态 氮时侧根生长的差异
白羽扇豆缺磷 诱导形成排根 及其效应
硝酸盐浓度对油菜根毛数和长度的影响
根毛特征
0.01
根毛存在部位 全部
根毛数/cm根长 407 平均根长（mm） 2.95
硝酸盐浓度（mmol/L） 0.05 0.10 1.0 大部分 大部分 部分 628 407 407 2.05 0.68 0.34
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
库容量的大小，还决定于储存养分释放的难易程 度。
受pH、水分、温度、通气等土壤条件以及植 物根系生长的影响。
土壤养分供应强度与容量的示意图
强度 容量
土壤溶液中养分浓度 快
活性养分库
慢 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
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。
1.Olsen 法
NaHCO3
24.9
2.Machiqin 法
(NH4)2CO3
23.9
3.Al-Abbas-法 NaOH+Na2C2O4
30.4
4.双酸法
HCl+H2SO4
29.4
5.MehlichIII法 HAc+NH4NO3+NH4F+HNO3 70.1 +EDTA
6.Soltanpour法 NH4HCO3+DTPA
土壤
3
地上部
2
根1
（1.截获; 2.质流;
3.扩散）
(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 以扩散方式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。
第四章
土壤中各种营养元素的全量很丰富， 但绝大部分对植物无效，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
土壤中生物有效养分的基本特点： 一是以矿质养分为主；二是位置接 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
（1）土壤中矿质态养分的浓度、容 量与动态变化；
根与土壤的相互作用?
1
根土界面的过程?……
2
第一节
土壤养分化学有效性
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； 简单分子态养分； 易分解态和交换吸附态； 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。
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