第六章 土壤养分的生物有效性分析
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第六章
理论与实践
❖ 何为根际土？根际土如何进行采集？根际土 与非根际土在土壤理化性状及生物学特性方 面有何区别？
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。
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途经：
其一是：根对土壤养分的主动截获；
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。
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－－质流 和扩散。
植物根获取土壤养分的模式图
地上部
土壤 3
2
根1
（1、截获 2、质流 3、扩散）
土壤养分向根表的迁移有两种方式： 即质流和扩散。
（一）质流（ mass flow ） 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。
土壤养分的扩散作用具有速度慢、距离短 的特点。
土壤养分的扩散速率主要取决于养分的扩 散系数。
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）
凡是影响植物蒸腾作用的因素均会影响质 流的速率，如：温度、光照、相对湿度等。 植物通过质流获取的养分可以由以下公式计 算：
质流 ＝ 土 获 植 壤 得 全 物 溶 养 生 吸 1 液
土壤养分的长距离迁移主要靠质流。
(二)扩散(diffusion)
当根系截获和质流作用不能满足植物需求 时，随根系不断的吸收可使根表有效养分浓度 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 迁移。
（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。
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
应用强度/容量关系描述土壤养分有效性， 可以从养分转的动态过程来考虑养分的有 效性。
K+的吸附数量（Q)
土壤A
土壤B Q
IA
IB
土壤A
土壤B
土壤溶液中K+的强度(I)
两种不同容量土壤对K+缓冲力比较的图示
第二节
土壤养分的空间有效性
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
3、土壤养分的缓冲因素(缓冲容量)
土壤养分的缓冲因素表示土壤保持一定 养分强度的能力。它关系着养分供应的速度， 反映强度（I）随数量(Q)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。
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。
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：化学法和物理化学方法（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。
“土壤养分生物有效性”的含义有三方面：
（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。
第一节
土壤养分化学有效性
化学有效养分是采用不同化学 方法从土壤中提取出的对作物有效 的养分。
6.Soltanpour法 NH4HCO3+DTPA
14.8
7.MeugepqkoB 法 (NH4)2C2O4+NH4HCO3
46.9
（三）化学有效养分与植物吸收量的相关性 由于化学浸提法测定的有效养分是相对
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 的实际吸收量、生长状况和产量水平。
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
量的大小，还决定于储存养分释放的难易程度。 这不仅受到土壤、水分、温度、通气等土壤条件
的影响，而且还受到植物根系生长的影响。因此， 根系容量等参数也应归入容量因素。
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
（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。
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）
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
理论与实践
❖ 何为根际土？根际土如何进行采集？根际土 与非根际土在土壤理化性状及生物学特性方 面有何区别？
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。
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途经：
其一是：根对土壤养分的主动截获；
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。
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－－质流 和扩散。
植物根获取土壤养分的模式图
地上部
土壤 3
2
根1
（1、截获 2、质流 3、扩散）
土壤养分向根表的迁移有两种方式： 即质流和扩散。
（一）质流（ mass flow ） 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。
土壤养分的扩散作用具有速度慢、距离短 的特点。
土壤养分的扩散速率主要取决于养分的扩 散系数。
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）
凡是影响植物蒸腾作用的因素均会影响质 流的速率，如：温度、光照、相对湿度等。 植物通过质流获取的养分可以由以下公式计 算：
质流 ＝ 土 获 植 壤 得 全 物 溶 养 生 吸 1 液
土壤养分的长距离迁移主要靠质流。
(二)扩散(diffusion)
当根系截获和质流作用不能满足植物需求 时，随根系不断的吸收可使根表有效养分浓度 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 迁移。
（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。
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
应用强度/容量关系描述土壤养分有效性， 可以从养分转的动态过程来考虑养分的有 效性。
K+的吸附数量（Q)
土壤A
土壤B Q
IA
IB
土壤A
土壤B
土壤溶液中K+的强度(I)
两种不同容量土壤对K+缓冲力比较的图示
第二节
土壤养分的空间有效性
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
3、土壤养分的缓冲因素(缓冲容量)
土壤养分的缓冲因素表示土壤保持一定 养分强度的能力。它关系着养分供应的速度， 反映强度（I）随数量(Q)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。
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。
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：化学法和物理化学方法（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。
“土壤养分生物有效性”的含义有三方面：
（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。
第一节
土壤养分化学有效性
化学有效养分是采用不同化学 方法从土壤中提取出的对作物有效 的养分。
6.Soltanpour法 NH4HCO3+DTPA
14.8
7.MeugepqkoB 法 (NH4)2C2O4+NH4HCO3
46.9
（三）化学有效养分与植物吸收量的相关性 由于化学浸提法测定的有效养分是相对
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 的实际吸收量、生长状况和产量水平。
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
量的大小，还决定于储存养分释放的难易程度。 这不仅受到土壤、水分、温度、通气等土壤条件
的影响，而且还受到植物根系生长的影响。因此， 根系容量等参数也应归入容量因素。
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
（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。
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）
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