保肥性与供肥性

第三节 土壤保肥性与供肥性一、土壤的保肥性和供肥性概念（一）土壤保肥性是指土壤将一定数量和种类的有效性养分保留在耕作层的能力。（二）土壤供肥性是指耕作层土壤供应植物生长发育所需要的速效养分的种类和数量的能力。一般而言，供肥能力强的土壤，其保肥能力也强；但保肥能力强的土壤，其供 肥能力不一定强。土壤的保肥性和供肥性是评价土壤肥力的重要指标，是农业土壤的重要生产性 能。二土壤吸收性能的类型（一）土壤吸收性能概念是指土壤能吸收和保留土壤 溶液中的分子和离子，悬液中的悬浮颗粒、 气体以及微生物的能力。施入到土壤中的肥料，无论是有机的或无机的，还是固体、液体或气 体，都会因土壤吸收能力而被较长久地保存在土壤中，可以随时释放供植 物利用，所以土壤吸收性与土壤的保肥供肥能力关系非常密切。此外，土壤 吸收性能还影响土壤的酸碱度和缓冲能力等化学性质，土壤结构性、物理机 械性、水热状况等也都直接或间接与吸收性能有关。土壤的吸收能力越强，其保肥能力也越强；反之，保肥能力越弱。（二）土壤吸收性类型土壤吸收性能产生的机制，可以分为以下五种类型。1 .机械吸收性机械吸收性是指土壤对进入其内部的固态物质的机械阻留作用，使这部 分物质保留在表层土壤中。例如施用有机肥时，其中大小不等的颗粒，均可被保留在土壤 中，污 水、洪淤灌溉等所含的土粒及其他不溶物，也可因机械吸收性而被保留在 土壤中。这种吸收能力的大小，主要决定于土壤的孔隙状况，孔隙过粗， 阻留物少，过细又造成下渗困难，易于形成地面径流和土壤冲刷，故土壤 机械吸收性能与土壤 质地、结构、松紧度等状况有关。阻留在土层中的物 质可被土壤转化利用，起到保 肥的作用其保留的养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 表面积对分子态物质的吸附而 起到的保肥作用，它表现在某些养分聚集在胶体表面，其浓度比在溶液中 大；另一些物质则是胶体表面吸附较少而溶液中浓度较大，前者称为正吸 附，后者称为负吸附。质地越是黏重的土壤，物理吸收性越明显；反之则 弱。许多肥料中的有机分子，如马脲酸、脲酸、碳水化合物、氨基酸等， 都因有物理吸收作用而被保留在土壤中，这种 性能能保持一部分养分，但 能力不强。土壤也能吸附水气、CO2、NH3等气体分子。此外，土壤吸附细 菌也是一种物理吸附。生产上很多肥料施用后要立即盖土。3. 化学吸收性化学吸收性是指水溶性养分在土壤溶液中与其他物质发生反应生成 难溶性化合物而沉淀保存在土壤中的过程。这种吸收作用是以纯化学作用 为基础的，所以叫做化学吸收性。通过化学吸收保留的养分一般对当季作 物无效，但可缓慢释放出来供以后的作物吸收利用，例如，可溶性磷酸盐 可被土壤中的铁、铝、钙等离子所固定，生成难溶性的磷酸铁、磷酸铝或 磷酸钙。因此，通常在生产上应尽量避免有效养分的固定作用发生。4. 物理化学吸收性（离子交换吸收）物理化学吸收性是指土壤对可溶性物质中离子态养分的保持能力，由于土壤胶 体带有正电荷或负电荷，能吸附溶液中带异号电荷的离子，这些被吸附的离子又可 与土壤溶液中的同号电荷的离子交换而达到动态平衡。这一作用是以物理吸附为基 础，而又呈现出与化学反应相似的特性，所以称之为物理化学吸收性或离子交换作 用。因土壤大多带负电荷，所以土壤主要吸收的为阳离子。土壤中胶体物质愈多， 电性愈强，物理化学吸收性也愈强，则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种生物将速效性养分吸收保留在其体内的过程， 生物吸收的养分可以通过其残体重新回到土壤中，且经微生物的转化可被植物吸 收利用，所以，这部分养分是缓效性的。不同的土壤，由于生物量的不同，通过 生物吸收保留的养分数量不等。生物吸收作用的特点是有选择性和创造性地吸收， 并且具 有累积和集中养分的作用。如上述四种吸收性都不能吸收硝酸盐，只有生 物吸收性才能吸收硝酸盐，生物的这种吸收作用，无论对自然土壤还是农业土壤， 在提高土壤肥力方面都有着重要的意义。总之，上述五种吸收性不是孤立的，而是互相联系、互相影响的，同样都具有 重要意义。三、土壤阳离子交换吸收作用阳离子交换吸收作用是土壤的主要保肥机理，对供给植物养分起着重要作用。阳离子交换作用就是各种阳离子在土壤胶体颗粒表面和土壤溶液之间不断地进行 吸收和解吸的动态过程。（一）阳离子交换作用的特点（1）可逆反应阳离子交换作用是一个可逆反应，一般能迅速达到动态平衡。当溶液中的离 子被土壤胶体吸附到它的表面并与溶液达成平衡后，如果溶液的浓度减小，则胶体 上的交换性离子就要与溶液中的离子产生逆向交换，把已被胶体表面吸 附的离子 重新归还到溶液中，建立新的平衡。板书：土壤保肥性和供肥性过程。等价交换它是指等量电荷对等量电荷的反应，即等价交换。如一个二价的阳离子可以 交换两个一价的阳离子等。如用质量计算，则20gCa2句以和23g的Na+或1g的H域 39弊”进行交换。换句话说，胶粒上吸附一个正电荷，必须等量地解吸一个正电荷。（二）阳离子交换能力1、概念阳离子交换能力是指溶液中一种阳离子将胶体上另一种阳离子交换出来 的能力。土壤中各种阳离子交换能力大小的顺序为： Fe3+A13+H+Ca2+Mg?+NH +K+Nah阳离子交换能力的强弱主要反映了各种阳离子与胶体颗粒的结合强度。 交换能力越强，则该离子与胶粒的结合力越大，反之，结合力弱。随着风 化作用和成土作用的强度增加，交换性强的阳离子在土壤中的含量越来越高。2、影响阳离子交换能力的因素： 电荷的数量 根据库仑定律，离子的电荷价愈高，受胶体电性的吸持力愈 大，交换能力也愈大。即三价阳离子大于二价阳离子，二价阳离子又大 于一价阳离子。 离子半径和离子水化半径 同价的离子，离子半径越大，其水化半径 趋于减小，则交换能力越强（表3-9）。其原因是，同价离子的半径增大，则 单位表面积的电 荷量（即电荷密度）减小，电场强度减弱，故对极性水分子 的吸弓I力小。离子外围的 水膜薄，水化半径小，因而离负电胶体的距离较 近，相互吸引力较大而且具有较强 的交换能力。但是H+的交换能力比两价 的Ca2+、Mg2+离子大。因为H+虽是一价，但 水化很弱（一个氢离子与一个 水分子结合成H O+离子），水化半径很小，运动速度大（离子运动速度愈大， 交换力愈强），故易被胶体吸附。 离子浓度 阳离子交换作用受质量作用定律支配，交换力弱的离子， 若溶液中浓度增大，也可将交换力强的离子从胶体上交换出来，这就是盐 碱土土壤胶体上Na+能占显著地位的原因。（三）.土壤阳离子交换Hationexchangeapacity , CEC） 1、概念阳离子交换量（或吸收容量）是指在一定pH值条件下每干克干土所能吸 附的全部交换性阳离子的厘摩尔数（cmol / kg）。2、意义土壤保肥力的指标，阳离子交换量越大，则土壤的保肥性越强；反之， 保肥性越弱。3、阳离子交换量评价土壤保肥能力的标准一般而言，阳 离子交换量大于20cm（b/kg的土壤，保肥性强；10 20cm（b/kg的土壤，保肥性中 等；小于1mol/kg的土壤，保肥性弱。不 同地区的土壤由于自然条件和耕作方式 的不同其阳离子交换量相差很大。思考：在田间如何判断某种土壤的保肥能力？（2）影响阳离子交换量大小的因素不同的土壤，其阳离子交换量是不同的。因为土壤阳离子交换量实际 上是土壤所带负电荷的数量。影响土壤所带负电荷的因素主要有以下3个 方面。 胶体数量。土壤胶体物质越多（包括矿质胶体、有机胶体和复合胶 体），则CEC越大。就矿质胶体而言，CEC随着质地黏重程度增加而增加， 所以黏质土 CEC较砂质土要大得多。 胶体类型。不同类型的土壤胶体，所带的负电 荷差异很大，因此 阳离子交换量也明显不同。如有机胶体（腐殖质）的CEC远比矿质 胶体要大， 而且有机质含量可通过人为措施而加以调控，所以生产中注意增施有机 肥， 可以大幅度提高土壤保肥能力。矿质胶体部分的2:1型矿物的CEC要比1 :1型大得多，在2:1型矿物中，蒙脱石类又大于伊利石类，这与蒙脱石类 矿物不仅带有 大量的永久负电荷，而且可胀缩的晶层间还有巨大的内表面 有关（表3-10）。 由于土壤pH是影响可变电荷的重要因素，因此土壤pH的改变会导致土 壤阳离子交换量的变化。在一般情况下，随着土壤pH的升高，土壤可变电 荷增加，土壤阳离子交换量增大（表3-11）。可见，在测定土壤阳离子交换量 时，控制pH是很重要的。4 .土壤的盐基饱和度basesaturation percentage）土壤胶体吸附的阳离子分为两类，一类是盐基离子，包括Ca+、Mg2+、 K+、Na+S4NH+等；另一类是致酸离子，即H+、A13+。当土壤胶体上吸附 的阳离子全部是盐基离子时，土壤呈盐基饱和状态，称之为盐基饱和的土 壤；当土壤胶体吸附的阳 离子仅部分为盐基离子，而其余部分为致酸离子 时，该土壤呈盐基不饱和状态，称之为盐基不饱和土壤。盐基饱和的土壤 具有中性或碱性反应，而盐基不饱和土壤则呈酸性反应。土壤中盐基饱和 程度通常用盐基饱和度来表示。土壤的盐基饱和度指土壤中交换性盐基离子总量占阳离子交换量的百 分数，即：例如：测得某土壤的CEC为50cmol/kg，交换性阳离子Ca2+、Mg2+、K+、 Na+的含量分别为10、5、10、5cmd/kg,那么该土壤的盐基饱和度（） 为？由盐基饱和度的定义可看出，土壤盐基饱和度的高低也反映了土壤中致 酸离子的含量，即决定着土壤的酸碱性，一般而言，盐基饱和度大的土壤pH 较高，饱和度小的土壤pH较低。从土壤肥力角度来看，以盐基基本饱和饱和 度为70% 90%）为较好。我国土壤的盐基饱和度有自西北、华北往东南和华南逐渐减小的趋势， 这与土壤酸碱性的分布基本上是一致的。在干旱、半干旱和半湿润气候地 区，盐基淋溶作用弱，饱和度大，养分含量较丰富，土壤偏碱性。而在湿 热的南方，因盐基淋溶强烈，多属盐基不饱和土壤，有的红壤和黄壤饱和 度低到20%以下，甚至到10% ,呈强酸性。土壤盐基饱和度的高低也反映了土壤的保肥能力和成土作用的强度。一般来讲，盐基饱和度高，则土壤的保肥能力强，成土作用的强度弱；反 之，保肥能力弱 而成土作用的强度大。5.交换性阳离子的有效度由于被土壤胶体表面吸附的养分离子，可以通过离子交换作用回到溶液 中，供植物吸收利用，仍不失其对植物的有效性但被土壤胶体吸附的交 换性阳离子的有效度并不完全相同。交换性阳离子对植物的有效性如何， 在很大程度上取决于它们从胶体上解吸或交换的难易，影响这些过程的因素 主要有以下几种。交换性阳离子的饱和度土壤吸附的某阳离子量占土壤阳离子交换量的百分数叫交换性阳 离子的饱和度。植物根主要吸收土壤溶液中的离子态养分（土壤胶体吸附的离子须先解 吸到溶液中），但也可通过根部表面离子与胶体上的离子进行接触交换而直接 吸收。交换性离子的有效度，不仅与某一种交换性离子的绝对数量有关，而 且与该离子的饱和度的关系较大。某离子的饱和度愈大，被交换而解吸的机 会愈多，则有效度愈大（表3-1瓦从表3-11可知：虽然甲土交换ttCa2+ft量小于乙土，但其饱和度大， 因此钙在甲土的有效度也大于乙土。如果我们把同一种作物以同样的方法种 植于甲、乙两种土壤中，显而易见，乙土更需要施钙肥。这一例子告诉我们，在施肥技术上应采用集中施肥的原则，如将肥料以 条施或穴施方法施于植物根系附近，使局部土壤中该 离子浓度较高，饱和 度增大，以提高肥效。正如农民群众所说，施肥一大片，不如一条线”。 另一方面，同样数量的化肥分别施入砂土和黏土中，结果砂土的肥效 快而 黏土的肥效慢，这是由于砂土阳离子交换量比黏土小，交换性营养离子饱和 度大，有效度也大，所以施肥后见效快。陪补离子效应一般来讲，土壤胶体总是同时吸附着多种交换性阳离子（如AI3+、H+、 Ca2* M#+、K+、Na+等），对其中某一指定离子（如K+）来说，其余同时存在 的 各种离子（Al3+、H+、Ca2+ Mg2+、Na+等）都认为是它的陪补离子，也称互 补离子。交换性营养离子的有效度，与陪补离子的种类有关。从表3-13看出， 甲土以H+作 Ca2+的陪补离子，乙土和丙土则分别以/lg2+和版+作为&2+ 的陪补离子。表3-13陪补离子对交换性钙有效性的影响（小麦盆栽试验）由此得到的结果是：即使三种土壤的Ca2+饱和度相等（均为40%），但甲 土的Ca2+有效度远大于乙土和丙土，因而影响到作物的吸钙量。因此，当某 种交换性离子与 不同类型的互补离子共存时，该离子的有效度也会不一样。 一般来讲，某离子的互补离子被土壤胶体的吸附力越强，该离子的有效度 越高，这实际上是一个竞争吸附问题。陪补离子和被陪补离子吸附的先后顺 序也影响有效度。如胶体上K+的饱和度相同，如先施铵盐后施钾盐，因为 K+被吸附在外，结合松弛，易于被交换释放，所以K+的有效度高；如先施 钾盐而后施铵盐，则NH +被吸附在外，易于交换释放，从而 降低了 K+的有 效度。所以说，陪补离子的种类和吸附顺序，对于施肥都有一定的参 考价 值。（3）黏土矿物类型不同类型的黏土矿物具有不同的晶体构造特征，因而对阳离子吸附的 牢固程度也不同。在一定的盐基饱和度范围，蒙脱石类矿物吸附的阳离子一 般处于晶层之间，吸附比较牢固，故而有效性较低；而高岭石类矿物吸附的 阳离 子通常处于晶格的外表面，故吸附力较弱，因此，有效性高。阳离子的非交换性吸收土壤中所有阳离子均可发生非交换性吸收或固定，但以K坪和NH的固定最为 明显，而且与植物营养关系密切，在生产实践中应予以注意。发生这种钾（铵）固定的机制是：层状铝硅酸盐黏粒矿物晶层表面，具有六个 硅 氧四面体联成的网穴，穴半径约为0.14nm，其大小与K+（0.133nmgn NH+（0.143nm的半径相近，原来吸附在晶层表面的可被交换的K+、NH +，当黏 粒矿物脱水收缩时，极易被挤压陷入网穴中，成为非交换性离子，降低了对植物 的有效性 在土壤交换 性离子总量中，钾（铵）的饱和度愈大，则愈易发生上述的固 定作用。四、土壤阴离子交换吸收土壤阴离子交换作用是指土壤中带正电荷胶体吸附的阴离子与土壤溶 液中阴离 子相互交换的作用。阴离子交换作用的原理与阳离子交换一样， 但只发生在带正电荷的胶体中。目前对阴离子交换的机理了解不多，且阴 离子交换量远小于阳离子交 换量。但是土壤中的阴离子往往和化学固定作 用等交织在一起，很难截然分开，所 以它不具有像阳离子交换作用那样明 显的数学关系。1 .土壤阴离子交换吸收的类型根据阴离子在土壤中及土壤胶体颗粒表面的吸附特点可分为三种类型。（1）易于被土壤吸附的阴离子如磷酸根（H2PC4、HPC4、PC4、硅酸 根（HSiO3s2-）及某些有机酸的阴离子（如草酸根、柠檬酸根等）。通常这些酸根离子是与阳 离子反应生成不溶性化合物而沉淀在土粒表面，并不是真正的离子交换作用。很少或根本不被吸附的阴离子 如氯离子（C1-）、3硝酸根四。-）、 亚硝酸根（NO ）等。它们不能和溶液中的阳离子形成难溶性盐类，而且 不被土壤带负电胶体 所吸附，甚至出现负吸附，极易随水流失，所以硝态 氮肥一般不在水田施用，否则 易造成氮素损失。介于上述两者之间的阴离子 如SO4 、CO3、HCO3及某些有机酸的阴离子，土壤吸收它们的能力很弱。2. 影响土壤对阴离子吸收的因素(1) 阴离子的价数 一般价数越大，吸收力越强。土壤对一些常见阴离 子的吸收力的大小顺序如下：(2) 胶体组成成分 随着土壤胶体中铁、铝氧化物增多，土壤吸收阴离 子的能力也逐渐增大。(3) 土壤pH值 酸碱度变化会引起胶体电荷改变。碱性加强，增大负电 荷量，而酸性增强，则正电荷增多。因此，在酸性条件下，土壤胶体吸收 阴离子能力增大，反之，在碱性条件下，吸收力则减弱。特别应引起我们 注意的是，磷酸根极易被吸收固定，而硝酸根很易流失，这在施肥技术中都 是需要重点考虑的问题。五、土壤的供肥性能土壤供肥能力的大小直接影响到植物的生长。一般来讲，能够直接被植 物吸收利用的养分主要有土壤溶液中的养分和吸附在土壤胶体颗粒表面的 养分等。土壤的供肥性是指土壤供应作物所必须的各种速效养分的能力， 也即将缓效养分转化为速 效养分的能力。土壤供肥力的强弱直接影响到作 物的生长发育、产量和品质，了解土壤供肥性能对于调节土壤养分和作物营 土养具有重要的作用。土壤供肥能力可以反映土壤供肥性的强弱土壤供肥特性主 壤要受土壤的基本性质、气候特点和植物根系特性等因素的影响。土壤供肥性能表 肥现的主要内容有：土壤供应速效养分的数量、各种缓效养转变为速效养分的速 率、各种速效养分持续供应的时间及植物根系的作用。1 .土壤供应速效性养分的数量土壤中速效性养分是指土壤溶液中溶解态养分，包括土壤胶体表面容易 被植物吸收利用的养分，又称有效养分。土壤中各种速效养分的数量可反 映农作物根系直 接吸收利用养分的数量，表明土壤肥劲与供肥能力大小的 关系。反映土壤养分供给 能力的指标有两个：一是养分的供应容量，是指 土壤中某种养分的总量，一般指全量养分，反映土壤供应养分潜在能力的 大小；二是养分的供应强度，是指土壤中某 种速效性养分的数量占土壤养 分总量的百分数，它显示土壤养分转化供应的能力。如果养分的供应容量 大，供应强度也大，表明在一段时间内养分供应充足而不至于 脱肥；如果 二者均小，表明土壤的供肥能力很弱，必须考虑及时施肥。2 .缓效养分转变为速交攵养分的速率土壤中的缓效养分是指土壤中的固态（矿质态和有机态）养分须经各种 化学和生物化学作用转化为溶解态或交换态后，才能被植物吸收利用。在 多数情况下，缓效性养分是固定在土壤晶体和土壤有机质中的养分。有机 质经矿质化后所提供的养分主要是氮、磷、硫等元素，其中又以氮素供应 最为重要。缓效性养分转化为速效性 养分是土壤供肥能力强弱的另一个重 要指标。土壤养分转化速率快，说明速效养分 供应及时，肥劲猛；反之， 说明速效养分供应不及时，肥劲差。3. 速效养分持续供应的时间土壤中速效养分持续供应时间的长短，是土壤肥劲大小的表现。 养分持续供应时间长，说明土壤养分丰实，肥劲长而不易脱肥；养分 供应的时间短，表 明在作物生育的各个时期，特别是中期和后期， 养分供应的数量不足，易产生脱肥现象。4. 植物根系的作用土壤养分的有效化过程是一个对立矛盾的发展过程，如土壤中缓效 养分的分解释放和化学固定的矛盾，土壤胶体上养分元素的释放和吸附保 存的矛盾。实现作物高产的前提之一是在加强土壤养分积累的同时，不断 地促进其分解和释放，增强土壤的供肥能力，以满足作物生长所需。土壤 供肥能力的强弱不但受土壤性质的影响，而且与植物根系的活动密切相关。 植物的根系不但从土壤中吸收养分，而且还向土壤中分泌一些有机化合物， 对养分起到溶解、螯合等作用，这在根际范围内表 现得更明显。如植物的 根系向根际内分泌质子和有机酸，从而降低根际土壤的pH ,对土壤中的一 些养分起到溶解作用，增加了它们的有效性。也有部分植物的根系分 泌一 些激素类物质，通过促进微生物的活动，增加对有机养分的矿化。也有一 些植物通过分泌一些特殊的有机化合物，促进某些离子的溶解和运输，如 部分植物能分泌各种麦根酸类铁载体促进植物对铁的吸收。还有一些植物能够改变根系的构型，如在缺磷胁迫下，白羽扇豆形成排根，增加其对磷的吸收。作业一、概念1、土壤保肥性、2、土壤吸收性、3、土壤供肥性、4、阳离子交换作用、5、阳 离子交换量二、问答题1、土壤吸收性能有哪几种类型？2、阳离子交换量评价土壤保肥能力的标准是什么？3、在田间如何判断土壤保肥能力大小？三、选择题1、某土壤测得阳离子交换量为15cm（b/kg，则这种土 土壤保肥能力：（） A、小；B、中等；C、大；D无法确定。2、下面为盐基离子组是：（）A、H+、Ca2+ ; B、AI3+、Na+ ;C、Ca2+、Mg2+ ; D、H+、Ca2+、 AI3+