保肥性與供肥性知識交流

1、第三節(jié) 土壤保肥性與供肥性一、土壤的保肥性和供肥性概念一土壤保肥性是指土壤將一定數(shù) 量和種類的有效性養(yǎng)分保存在耕作層的水平.二土壤供肥性是指耕作層土壤供給植物生 長發(fā)育所需要的速效養(yǎng)分的種類和 數(shù)量的水平.一般而言,供肥水平強的土壤,具 保肥水平也強；但保肥水平 強的土壤,其供肥水平不一定強.土壤的保肥性和供肥性是評價土壤肥力的重要指標(biāo),是農(nóng)業(yè)土 壤的重要生產(chǎn)性能.二、土壤吸收性能的類型一土壤吸收性能概念是指土壤能吸收和保存土壤 溶液中的分子和離子,懸 液中的懸浮顆粒、氣體以及微生物的水平.施入到土壤中的肥料,無論是有機的或無機的,還是固 體、液體或氣體,都會因土壤吸收水平而被較長久地保存在

2、土壤中,可以隨時釋放供植物利用, 所以土壤吸收性與土壤 的保肥供肥水平關(guān)系非常密切.此外,土壤吸收性能還影響土 壤的酸堿度和緩沖水平等化 學(xué)性質(zhì),土壤結(jié)構(gòu)性、物理機械 性、水熱狀況等也都直接或間接與吸收性能有關(guān).土壤的吸收水平越強,其保肥水平也越強；反之,保肥 水平越弱.二土壤吸收性類型土壤吸收性能產(chǎn)生的機制,可以分為以下五種類型.1 .機械吸收性機械吸收性是指土壤對進入其內(nèi)部的固態(tài)物質(zhì)的 機械 阻留作用,使這局部物質(zhì) 保存在表層土壤中.例如施用有機肥時,其中大小不等的顆粒,均可被保存 在土壤 中,污水、洪淤灌溉等所含的土粒及其他不溶物, 也可因機械吸收性而被保存在土 壤中.這種吸收水平的大

3、小,主要決定于土壤的孔隙狀況,孔隙過粗,阻留物少,過 細又造成下滲困難,易于形成地面徑流和土壤沖刷, 故土壤 機械吸收性能與土壤 質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、松緊度等狀況有關(guān).阻 留在土層中的物質(zhì)可被土壤轉(zhuǎn)化利用,起到保肥的作用,其保存的養(yǎng)分易被作物吸收利用.2 .物理吸收性土壤物理吸收性是指由于土粒巨大的外表積對分子態(tài)物質(zhì)的吸附而起到的保肥作用,它表現(xiàn)在某些養(yǎng)分聚集 在膠體外表,具濃度比在溶液中大；另一些物質(zhì)那么是膠體外表吸附較少而溶液中濃度較大,前者稱為正吸附,后者稱 為負(fù)吸附.質(zhì)地 越是黏重的土壤,物理吸收性越明顯；反 之那么弱.許多肥料中的有機分子,如馬月尿酸、月尿酸、碳水化合物、氨基酸等,都因有物理

4、吸收作用而被保存在土壤中, 這種性能能保持一局部養(yǎng)分,但水平不強.土壤也能吸附水 氣、CO2、NH3等氣體分子.止匕外,土壤吸附細菌也是一種 物理吸附.生產(chǎn)上很多肥料施用后要立即蓋土.3 .化學(xué)吸收性化學(xué)吸收性是指水溶性養(yǎng)分在土壤溶液中與其他物 質(zhì)發(fā)生反響生成難溶性化合物而沉淀保存在土壤中的過程.這種吸收作用是以純化學(xué)作用為根底的,所以叫做化學(xué)吸收性.通過化學(xué)吸收保存的養(yǎng)分一般對當(dāng)季作物無效,但可緩慢釋放出來 供以后的作物吸收利用,例如,可溶性磷酸 鹽可被土壤中的鐵、鋁、鈣等離子所固 定,生成難溶性的磷 酸鐵、磷酸鋁或磷酸鈣.因此,通常在生產(chǎn)上應(yīng)盡量防止有 效養(yǎng)分的固定作用發(fā)生.4 .物理化學(xué)

5、吸收性離子交換吸收物理化學(xué)吸收性是指土壤對可溶性物質(zhì)中離子態(tài)養(yǎng)分的保持 水平,由于土壤膠 體帶有正電荷或負(fù)電荷,能吸附溶液中帶異號電 荷的離子,這些被吸附的離子又可 與土壤溶液中的同號電荷的離子 交換而到達動態(tài)平衡.這一作用是以物理吸附為根底,而又呈現(xiàn)出 與化學(xué)反響相似的特性,所以稱之為物理化學(xué)吸收性或離子交換作 用.因土壤大多帶負(fù)電荷,所以土壤主要吸收的為陽離子.土壤中 膠體物質(zhì)愈多,電性愈強,物理化學(xué)吸收性也愈強,那么土壤的保肥性 和供肥性就愈好.5 .生物吸收性生物吸收性是指土壤中各種生物將速效性養(yǎng)分吸收保存在 其體內(nèi)的過程,生 物吸收的養(yǎng)分可以通過其殘體重新回到土壤中, 且經(jīng)微生物的轉(zhuǎn)

6、化可被植物吸收利 用,所以,這局部養(yǎng)分是緩效性 的.不同的土壤,由于生物量的不同,通過生物吸收保存的養(yǎng)分?jǐn)?shù)量不等.生物吸收作用的特點是有選擇性和創(chuàng)造性地吸收,并且具 有累積和集中養(yǎng)分的作用.如上述四種吸收性都不能吸收硝酸鹽, 只有生物吸收性才能吸收硝酸鹽,生物的這種吸收作用,無論對自 然土壤還是農(nóng)業(yè)土壤,在提升土 壤肥力方面都有著重要的意義.總之,上述五種吸收性不是孤立的,而是互相聯(lián)系、互相影響 的,同樣都具有重要意義.三、土壤陽離子交換吸收作用陽離子交換吸收作用是土壤的主要保肥機理,對供給植物養(yǎng)分起著重要作用.陽離子交換作用就是各種陽離子在土壤膠體顆粒表 面和土壤溶液之間不斷地進行吸收和解吸

7、的動態(tài)過程.(一)陽離子交換作用的特點(1)可逆反響陽離子交換作用是一個可逆反響,一般能迅速到達動態(tài)平衡. 當(dāng) 溶液中的離子被土壤膠體吸附到它的外表并與溶液達成平衡后, 如果溶液的濃度減小,那么膠體上的交換性離子就要與溶液中的離子 產(chǎn)生逆向交換,把已被膠體外表吸附的離子重新歸還到溶液中,建立新的平衡.板書：土壤保肥性和供肥性過程.(2)等價交換它是指等量電荷對等量電荷的反響,即等價交換.如一個二價 的 陽離子可以交換兩個一價的陽離子等.如用質(zhì)量計算,那么20gCa 2+ 可以和23g的Na+或1g的H+或39g的K+進行交換.換句話說,膠粒上 吸附一個正電荷,必須等量地解吸一個正電荷.(二)陽

8、離子交換水平1、概念陽離子交換水平是指溶液中一種陽離子將膠體上另一種陽4離子交換出來的能 力.土壤中各種陽離子交換水平大小的順序為： Fe3+>A13+>H + >Ca2+>Mg2+>NH +>K+>Na+陽離子交換水平的強弱主要反映了各種陽離子與膠體顆粒的結(jié)合強度.交換水平越強,那么該離子與膠粒的結(jié)合力越大,反之,結(jié)合力弱.隨著風(fēng)化作用和成土作用的強度增加,交換性強的陽離子在土壤中的含量越來越高.2、影響陽離子交換水平的因素：電荷的數(shù)量根據(jù)庫侖定律,離子的電荷價愈高,受膠體電性的吸持力愈大,交換水平也愈大.即三價陽離子大于二價陽離子,二價陽離子又大于

9、一價陽離子.離子半徑和離子水化半徑同價的離子,離子半徑越大,其水化半徑趨于減 小,那么交換水平越強表3-9.其原 因是,同價離子的半徑增大,那么單位外表積的電荷量即電荷密度減小,電場強度減弱,故對極性水分子的吸引力小. 3離子外圍的 水膜薄,水化半徑小,因而離負(fù)電膠體的距離 較近,相互吸引力較大而且具有較強的交換水平.但是H +的交換水平比兩價的Ca2+、Mg2+離子大.由于H+雖是一價, 但 水化很弱一個氫離子與一個水分子結(jié)合成 H 0+離子, 水化半徑很小,運動速度大離子運動速度愈大,交換力愈 強,故易被膠體吸附.離子濃度陽離子交換作用受質(zhì)量作用定律支配,交 換力弱的離子,假設(shè)溶液 中濃度

10、增大,也可將交換力強的離 子從膠體上交換出來,這就是鹽堿土土壤膠體上 Na+能占顯 著地位的原因.三.土壤陽離子交換量cation exchangecapacity ,CEC 1、概念陽離子交換量或吸收容量是指在一定pH值條件下每千 克干土 所能吸附的全吾他交換性陽離子的厘摩爾數(shù)cmol / kg.2、意義土壤保肥力的指 標(biāo),陽離子交換量越大,那么土壤的保肥 性越強；反之,保肥性越弱.3、陽離子交換量評價土壤保肥水平的標(biāo)準(zhǔn)一般而言,陽 離子交換量大于20cmd/kg的土壤,保肥 性弓雖;1020cmd/kg的土壤,保肥性中 等；小于10cmol /kg的土壤,保肥性弱.不同地區(qū)的土壤由+于自然

11、條件和耕作方式的不同,其陽離子交換量相差很大.思考：在田間如何判斷某種土壤的保肥水平？2影響陽離子交換量大小的因素不同的土壤,其陽離子交換量是不同的.因 為土壤陽離 子交換量實際上是土壤所帶負(fù)電荷的數(shù)量. 影響土壤所帶負(fù) 電荷的因素 主要有以下3個方面.膠體數(shù)量.土壤膠體物質(zhì)越多包括礦質(zhì)膠體、有機 膠體和 復(fù)合膠體,那么CEC越大.就礦質(zhì)膠體而言,CEC隨 著質(zhì)地黏重程度增加而增加,所以黏質(zhì)土 CEC較砂質(zhì)土要大 得多.膠體類型.不同類型的土壤膠體,所帶的負(fù)電 荷差 異很大,因此陽離子交換量也明顯不同.如有機膠體腐殖質(zhì)的CEC遠比礦質(zhì) 膠體要大,而且有機質(zhì)含量可通過人為 舉措而加以調(diào)控,所以生

12、產(chǎn)中注意增施有機肥,可以大幅度提升土壤保肥水平.礦質(zhì)膠體局部的 2 ： 1型礦物的CEC 要比1 ： 1型 大得多,在2 ： 1型礦物中,蒙脫石類又大于伊 利石類,這與蒙脫石類礦物不僅帶有大量的永久負(fù)電荷,而且可脹縮的晶層間還有巨大的內(nèi)外表有關(guān)表3-10.由于土壤pH是影響可變電荷的重要因素,因此土壤pH 的改變會導(dǎo)致土壤陽離子交換量的 變化.在一般情況下,隨 著土壤pH的升高,土壤可變電荷增加,土壤陽離子交換量 增 大表3-11.可見,在測定土壤陽離子交換量時,限制 pH是 很重要的.4 . 土壤的鹽基飽和度base saturation percentage土壤膠體 吸附的陽離子分為兩類,

13、一類是鹽基離子, 包括4 Ca+、Mg2+、K+、Na+、NH +等；另一類是致酸離子, 即H+ A13+.當(dāng)土壤膠體上吸附的陽離子全部是鹽基離子 時,土壤呈鹽基飽和狀態(tài),稱之為鹽基飽和的土壤；當(dāng)土壤 膠體吸附的陽 離子僅局部為鹽基離子,而其余局部為致酸 離子時,該土壤呈鹽基不飽和狀態(tài),稱之為鹽基不飽和土壤. 鹽基飽和的土壤具有中性或堿性反響, 而鹽基不飽和土壤那么 呈酸性反響.土壤中鹽基飽和程度通常用鹽基飽和度來表示.土壤的鹽基飽和度指土壤中交換性鹽基離子總量占陽離 子交換量的百分?jǐn)?shù),即：例如：測得某土壤的CEC為50cmol/kg ,交換性陽離子Ca2+、Mg2+、K+、Na +的含量分別

14、為10、5、10、5c mol/kg,那么該土壤的鹽 基飽和度為？由鹽基飽和度的定義可看出,土壤鹽基飽和度的上下也 反映了土壤中致酸離子的含量,即決定著土壤的酸堿性,一 般而言,鹽基飽和度大的土壤pH較高,飽和度小的土壤pH較 低.從土壤肥力角度來看,以鹽基根本飽和飽和度為70% 90%為較好.我國土壤的鹽基飽和度有自西北、 華北往東南和華南逐 漸減小的趨勢,這與土 壤酸堿性的分布根本上是一致的. 在干旱、半干旱和半濕潤氣候地區(qū),鹽基淋溶作用弱,飽和度大,養(yǎng)分含量較豐富,土壤偏堿性.而在濕熱的南方, 因鹽基淋溶強 烈,多屬鹽基不飽和土壤,有的紅壤和黃壤 飽和度低到20%以下,甚至 到10%,呈

15、強酸性.土壤鹽基飽和度的上下也反映了土壤的保肥水平和 成土作用的強度.一般來講,鹽基飽和度高,那么土壤的保肥水平強,成土作用的強度弱；反之,保肥水平弱 而成土 作用的強度大.5 .交換性陽離子的有效度由于被土壤膠體外表吸附的養(yǎng)別離子,可以通過離子交 換作用回到溶液中,供植物吸收利用,仍不失其對植物的有 效性.但被土壤膠體吸附的交換性陽離子的有效度并不完全 相同.交換性陽離子對植物的有效性如何,在很大程度上取決于它們從膠體上解吸或交換的難易,影響這些過程的因素 主要有以下幾種.交換性陽離子的飽和度土壤吸附的某陽離子量占土壤陽離子交換量的百分 數(shù)叫交換性陽離子的飽和度.植物根主要吸收土壤溶液中的離

16、子態(tài)養(yǎng)分土壤膠體吸附的離子須先解吸到溶液中,但也可通過根部外表離子與膠 體上的離子進行接觸交換而直接吸收. 交換性離子的有效度, 不僅與某一種交換性離子的絕對數(shù)量有關(guān), 而且與該離子的 飽和度的關(guān)系較大.某離子的飽和度愈大,被交換而解吸的 時機愈多,那么有效度愈大表3-12.從表3-11可知：雖然甲土交換性Ca2+數(shù)量小于乙土,但 其飽和度大,因此鈣在 甲土的有效度也大于乙土.如果我們 把同一種作物以同樣的方法種植于甲、乙兩種 土壤中,顯而易見,乙土更需要施鈣肥.這一例子告訴我們,在施肥技術(shù)上應(yīng)采用 集中施肥的原 那么,如將肥料以條施或穴施方法施于植物根系附近,使局部 土壤中該 離子濃度較高,

17、飽和度增大,以提升肥效.正如農(nóng) 民群眾所說,“施肥一大片,不 如一條線.另一方面,同 樣數(shù)量的化肥分別施入砂土和黏土中, 結(jié)果砂土的肥效 快而 黏土的肥效慢,這是由于砂土陽離子交換量比黏土小,交換 性營養(yǎng)離子飽和度 大,有效度也大,所以施肥后見效快.2陪補離子效應(yīng)一般來講,土壤膠體總是同時吸附著多種交換性陽離子 如 AI3+ H+、Ca2+、Mg2+、K+、Na+等,對其中某一指定 離子如K+來說,其余同時存在 的各種離子Al3+、H +、Ca2+、 Mg2+、Na+等都認(rèn)為是它的陪補離子,也稱互補離子. 交 換性營養(yǎng)離子的有效度,與陪補離子的種類有關(guān).從表 3-13 看出,甲土以H+作為Ca

18、2+的陪補離子,乙土和丙土那么分別以 Mg 2+和Na+作為Ca2+的陪補離子.表3-13 陪補離子對交換性鈣有效性的影響小麥盆栽試 驗由此得到的結(jié)果是：即使三種土壤的Ca2+飽和度相等均 為40%,但甲土的Ca2+有效度遠喜于乙土和丙土,因而影響 到作物的吸鈣量.因此,當(dāng)某種交換性離子與 不同類型的互 補離子共存時,該離子的有效度也會不一樣.一般來講,某 離子的互 補離子被土壤膠體的吸附力越強, 該離子的有效度 越高,這實際上是一個競爭吸附問題.陪補離子和被陪補離 子吸附的先后順序也影響有效度.如膠體上K+的飽和度相同, 如先施鏤鹽后施鉀鹽,由于 K+被吸附在外,結(jié)合松弛,易于 被交換釋放,

19、所以 K+的有效度高；如先施鉀鹽而后施鏤鹽, 那么NH +被吸附在外,易于交換釋放,從而降低了 K+的有效度.所以說,陪補離子的種類和吸附順序,對于施肥都有一 定的參考價值.3黏土礦物類型不同類型的黏土礦物具有不同的晶體構(gòu)造特征,因而對 陽離 子吸附的牢固程度也不同.在一定的鹽基飽和度范圍, 蒙脫石類礦物吸附的陽離子一般處于晶層之間,吸附比擬牢固,故而有效性較低；而高嶺石類礦物吸附的陽離 子通常處于晶格的外外表,故吸附力較弱,因此,有效性高.(4)陽離子的非交換性吸收土峨中所有陽離子均可發(fā)生非交換性吸收或固定,但以K+和NH的固定最為明顯,而且與植物營養(yǎng)關(guān)系密切,在生產(chǎn)實踐中 應(yīng)予以注意.4發(fā)

20、生這種鉀(鏤)固定的機制是：層狀鋁硅酸鹽黏粒礦物晶層 外表,具有六個硅 氧四面體聯(lián)成的網(wǎng)穴,穴半徑約為0.14nm ,其 大小與K+(0.133nm)和NH+(0.143nm)的半徑相近,原來吸附在晶層 外表的可被交換的K+、NH+,當(dāng)黏粒礦物脫水收縮時,極易被擠 壓陷入網(wǎng)穴中,成為非交換性離子,降低了對植物的有效性. 在土 壤交換 性離子總量中,鉀(鏤)的飽和度愈大,那么愈易發(fā)生上述的固 定作用.四、土壤陰離子交換吸收土壤陰離子交換作用是指土壤中帶正電荷膠體吸附的 陰離子與土壤溶液中陰離 子相互交換的作用.陰離子交換 作用的原理與陽離子交換一樣,但只發(fā)生在帶正電荷的膠體中.目前對陰離子交換的

21、機理了解不多,且陰離子交換量遠小于陽離子交 換量.但是土壤中的陰離子往往和化學(xué)固 定作用等交織在一起,很難截然分開,所 以它不具有像陽 離子交換作用那樣明顯的數(shù)學(xué)關(guān)系.1. 土壤陰離子交換吸收的類型根據(jù)陰離子在土壤中及土壤膠體顆粒外表的吸附特點, 可分為三種類型.(1)易于被土壤吸附的陰離子 如磷酸根(H2P04、HPO4 、 P04、硅酸根(HSiO 3、2-)及某些有機酸的陰離子(如草酸根、檸檬酸根等).通常這些酸 根離子是與陽離子反響生成不溶性化合物而沉淀在土粒外表,并不是真正的離子交換作用(2)很少或根本不被吸附的陰離子如氯離子3(C1- )、硝2 酸根(NO- )、亞硝酸根 (NO-

22、)等.它們不能和溶液中的陽 離子形成難溶性鹽類,而且不被土壤帶負(fù)電膠體所吸附,甚至出現(xiàn)負(fù)吸附,極易隨水流失, 所以硝態(tài)氮肥一般不在水 田施用,否那么易造成氮素?fù)p失.(3)介于上述兩者之間的陰離子 如SO4 、CO3、 HCO 3及某些有機酸的陰離子,土壤吸收它們的水平很弱.2 .影響土壤對陰離子吸收的因素(1)陰離子的價數(shù) 一般價數(shù)越大,吸收力越強.土壤對 一些常見陰離子的吸收 力的大小順序如下：(2)膠體組成成分 隨著土壤膠體中鐵、鋁氧化物增多, 土壤吸收陰離子的水平 也逐漸增大.3 3) 土壤pH值 酸堿度變化會引起膠體電荷改變.堿性 增強,增大負(fù)電荷量,而酸性增強,那么正電荷增多.因此,

23、 在酸性條件下,土壤膠體吸收陰離子水平增大,反之,在堿性條件下,吸收力那么減弱. 特別應(yīng)引起我們注意的是,磷酸 根極易被吸收固定,而硝酸根很易流失,這在施肥技術(shù)中都 是需要重點考慮的問題.五、土壤的供肥性能土壤供肥水平的大小直接影響到植物的生長.一般來講, 能夠直接被植物吸收利用的養(yǎng)分主要有土壤溶液中的養(yǎng)分 和吸附在土壤膠體顆粒外表的養(yǎng)分等.土壤的供肥性是指土壤供給作物所必須的各種速效養(yǎng)分的水平,也即將緩效養(yǎng)分轉(zhuǎn)化為速 效養(yǎng)分的水平.土壤供肥力的強弱直接影響到作 十一 一k、一一AA八 I-物的生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì),了解土壤供肥性能對于調(diào)節(jié)土壤 肥壤養(yǎng)分和作物營養(yǎng)具有重要的作用.土壤供肥水平可

24、以反映土壤 供肥性的強弱,土壤供肥特性主要受土壤的根本性質(zhì)、氣候特點 和植物根系特性等因素的影響.土壤供肥性能表現(xiàn)的主要內(nèi)容有: 土壤供給速效養(yǎng)分的數(shù)量、各種緩效養(yǎng)分 轉(zhuǎn)變?yōu)樗傩юB(yǎng)分的速率、 各種速效養(yǎng)分持續(xù)供給的時間及植物根系的作用.1 . 土壤供給速效性養(yǎng)分的數(shù)量土壤中速效性養(yǎng)分是指土壤溶液中溶解態(tài)養(yǎng)分,包括土 壤膠體外表容易被植物 吸收利用的養(yǎng)分,又稱有效養(yǎng)分. 土壤中各種速效養(yǎng)分的數(shù)量可反映農(nóng)作物根系直接吸收利用養(yǎng)分的數(shù)量,說明土壤肥勁與供肥水平大小的關(guān)系.反映 土壤養(yǎng)分供給 水平的指標(biāo)有兩個：一是養(yǎng)分的供給容量, 是指土壤中某種養(yǎng)分的總量, 一般指全量養(yǎng)分,反映土壤供 應(yīng)養(yǎng)分潛在水平

25、的大??；二是養(yǎng)分的供給強度,是指土壤中 某種速效性養(yǎng)分的數(shù)量占土壤養(yǎng)分總量的百分?jǐn)?shù),它顯示 土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化供給的水平.如果養(yǎng)分的供給容量大,供給強度也大,說明在一段時間內(nèi)養(yǎng)分供給充足而不至于脫肥；如果二者均小,說明土壤的供肥水平很弱,必須考慮及時施 肥.2 .緩效養(yǎng)分轉(zhuǎn)變?yōu)樗傩юB(yǎng)分的速率土壤中的緩效養(yǎng)分是指土壤中的固態(tài) 礦質(zhì)態(tài)和有機態(tài) 養(yǎng)分須經(jīng)各種化學(xué)和生物化學(xué)作用轉(zhuǎn)化為溶解態(tài)或交換態(tài) 后,才能被植物吸收利用.在多數(shù)情況下,緩效性養(yǎng)分是固定在土壤晶體和土壤有機質(zhì)中的養(yǎng)分.有機質(zhì)經(jīng)礦質(zhì)化后所提供的養(yǎng)分主要是氮、磷、硫等元素,其中又以氮素供 應(yīng)最為重要.緩效性養(yǎng)分轉(zhuǎn)化為速效性養(yǎng)分是土壤供肥能力強弱的另一個重要指標(biāo). 土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化速率快,說明速效 養(yǎng)分供