1、9 土壤與植物中的中、微量元素營養及中、微量元素肥料本章摘要：本章主要介紹了土壤中硫、鈣、鎂、硼、錳、銅、鋅、鉬的形態及其轉化特征，以及上述元素和鐵在植物生長發育中的功能及其它們的缺素癥狀，還闡述了各中、微量元素肥料中的代表型肥料的性質及其在土壤中的轉化規律，最后也討論了施用中、微量元素的注意事項。9.1 土壤與植物中的中量元素營養及中量元素肥料9.1.1 土壤中的硫、鈣、鎂素營養9.1.1.1 土壤中的硫素營養土壤硫素含量 土壤全硫含量因土壤形成條件、粘土礦物和有機物含量不同而有很大變化。在溫濕條件下，土壤風化及淋溶程度較強，含硫礦物分解淋失，土壤中可溶性硫酸鹽很少聚集，土壤硫主要存在于有機

2、質中。而在干旱地區，土壤中的鈣、鎂、鉀、鈉的硫酸鹽常常大量積累在土層中。含有1:1型粘土礦物及水化氧化鐵(鋁)的土壤，可以吸收一定量的代換性SO42-。世界耕地全硫含量在0600mg/kg范圍內。富含有機質的土壤中可超過500mg/kg。中國土壤的硫含量在100500mg/kg之間。在南部和東部濕潤地區，有機硫占全硫的比例可達到85%94%。在干旱的石灰性土壤上，則以無機硫占優勢，一般約占全硫的39%62%，并以易溶性硫酸鹽和與碳酸鹽共沉淀的硫酸鹽為主。中國南方諸省，因高溫多雨，土壤硫易分解淋失，是缺硫土壤的主要分布區。北方土壤也有相當大比例的土壤存在缺硫或潛在缺硫現象。土壤中的硫素形態 土壤

3、中含硫化合物可分為無機態和有機態兩種。無機硫是指未與碳結合的含硫物質，主要來自巖石的風化過程。根據其物理和化學性質可將之劃分為四種形態：(1)水溶性硫，即溶解于土壤溶液中的硫酸鹽；(2)吸附態硫，即吸附于土壤膠體上的硫酸根；(3)與碳酸鈣共沉淀的硫酸鹽，是指在碳酸鈣結晶時混入其中的硫酸鹽與之共沉淀而形成的，是石灰性土壤中硫的主要存在形式；(4)硫化物，在淹水情況下，由硫酸根還原而來。有機硫是指土壤中與碳結合的含硫物質。其主要來源是：(1)新鮮的動植物殘體；(2)微生物細胞及微生物合成過程中的副產品；(3)土壤腐殖質。土壤有機硫可分為氫碘酸還原硫、碳鏈硫和惰性硫三類。土壤中硫素的轉化 土壤中的含

4、硫物質在生物和化學作用下發生著一系列的轉化作用。無機硫的轉化包括無機硫的氧化與還原作用。硫酸鹽的還原作用主要通過兩種途徑進行：一種是生物將SO42-吸收到體內，在體內將之還原并合成細胞物質，如含硫氨基酸；另一種則是硫酸根在硫還原細菌作用下被還原為還原態硫，如硫化物、硫代硫酸鹽和元素硫等。無機硫的氧化作用，即還原態硫在硫氧化細菌參與下氧化為硫酸鹽的過程。有機硫的轉化也是在微生物作用下進行的生物化學過程，在好氣條件下，其最終產物是硫酸鹽；在嫌氣條件下，則生成硫化物。9.1.1.2 土壤中的鈣素營養土壤鈣素含量 地殼中平均含鈣如36.4g/kg。土壤全鈣含量變化很大，主要受成土母質、風化條件、淋溶強

5、度和耕作利用方式的影響。例如由石灰巖發育的土壤，一般因母質中含有大量的CaCO3而使土壤含鈣豐富；而在溫濕條件下，高度風化和淋溶的土壤含鈣量通常很低。土壤鈣素形態 土壤中含鈣物質的化學形態和存在狀態可分為礦物態鈣、交換態鈣和溶液鈣三種。礦物態鈣存在于土壤礦物晶格中，不溶于水，也不易為溶液中其它陽離子所代換。礦物態鈣在全鈣中的比例為40%90%。土壤中的含鈣礦物主要是斜長石和方解石等幾種，含鈣礦物較易風化。交換態鈣為吸附于土壤膠體表面的鈣離子，是土壤中主要的代換性鹽基離子之一，是作物可利用的鈣。溶液鈣(或水溶態鈣)是指存在于土壤溶液中的鈣離子。溶液鈣與交換態鈣之和稱為有效態鈣。土壤鈣素轉化 土壤

6、中含鈣硅酸鹽礦物較易風化，風化后以鈣離子形式進入溶液。其中一部分為膠體所吸附成為交換態鈣。含鈣碳酸鹽礦物如方解石、白云石、石膏等溶解性很大。含鈣礦物風化以后，進入溶液中的鈣離子可能隨排水而損失，或為生物所吸收，或吸附在土壤固相周圍，或再沉淀為次生鈣化合物。華北及西北地區土壤中含鈣的碳酸鹽和硫酸鹽向土壤溶液提供的鈣離子濃度已足夠植物生長的需要。而華南的酸性土壤則既不含碳酸鈣，又不含硫酸鈣，含鈣硅酸鹽礦物通過風化溶解出來的少量鈣離子又被強烈淋溶，造成土壤缺鈣。交換態鈣與溶液鈣處于平衡之中。土壤中交換態鈣的絕對數量并不十分重要，而交換態鈣對土壤陽離子交換量的比例卻很重要，因為該比例對溶液中鈣濃度有直

7、接的控制及緩沖作用。溶液鈣還與土壤固相鈣(尤其是CaSO3和CaSO4等)形成平衡。9.1.1.3 土壤中鎂素營養土壤鎂素含量 地殼平均含鎂量為19.3g/kg，而土壤全鎂含量平均為5g/kg。土壤鎂含量高低主要受成土母質及風化條件等的影響，我國土壤全鎂含量地區性差別很大。由于鎂大多存在于較細的土粒中，粘粒和粉砂所含的鎂占全鎂量的95%以上，砂質土全鎂含量一般很低。水成土因水的灌、排及溶漏的影響而導致鎂的損失，以及強烈的還原條件使礦物表面的氧化鐵膠膜減少促進了鎂的釋放和淋洗，而使其全鎂含量明顯降低。土壤鎂素形態 土壤中的鎂包括礦物態、非交換態、交換態及溶液態鎂幾種形態。礦物態鎂指存在于原生礦物

8、和次生粘土礦物中的鎂，是土壤中鎂的主要來源，約占全鎂含量的70%90%。土壤中含鎂的原生礦物主要有：橄欖石、輝石、角閃石、黑云母等。含鎂礦物都是較易風化的，因而在風化程度較高的土壤中，很難找到含鎂的原生礦物。土壤礦物態鎂主要存在于粘土礦物中，如蛇紋石、滑石、綠泥石、蛭石、蒙脫石、伊利石等。此外，土壤中還含有許多非硅酸鹽含鎂礦物，如菱鎂石、白云石、硫酸鎂等，它們在土壤中部分溶于水，能為植物提供相當數量的鎂。中國南方大多數土壤的含鎂礦物已遭受強烈的風化，而含量頗豐的高嶺石和三水鋁石等粘土礦物又不含鎂，故土壤全鎂含量低。非交換態鎂(又稱酸溶態鎂、緩效態鎂)是指能被0.05mol/L HCl、1mol

9、/L HNO3或0.1mol/L HCl等浸提的部分礦物態鎂，其數量與浸提所用酸的強弱及濃度有關。這部分鎂的含量可作為植物能利用的潛在有效鎂 。土壤交換態鎂是指被土壤膠體吸附，并能為一般交換劑所交換下來的鎂。交換性鎂含量與土壤的陽離子交換量、鹽基飽和度以及礦物性質等有關。溶液態鎂是指存在于土壤溶液中的鎂離子，其含量一般為每升幾毫克到幾十毫克，也有高達幾百毫克者，是土壤溶液中含量僅次于鈣的一種元素。溶液態鎂與交換態鎂之和稱為有效性鎂。此外，土壤中還存在少量有機態鎂，并以非交換態存在。土壤鎂素的轉化 土壤中各種形態鎂之間的關系可用下式示意：風化緩慢迅速礦物態 非交換態 交換態 液態 礦物態鎂在生物

10、、化學和物理風化作用下破碎分解，參與土壤中各種形態鎂之間的轉化與平衡。交換態和非交換態之間存在著平衡關系，非交換態可以釋放為交換態，反之也可以產生固定。溶液鎂與交換態鎂之間也可以發生吸附與解吸的平衡過程，且速度較快。9.1.2 植物體內硫、鈣、鎂元素的主要營養功能9.1.2.1 硫素的主要營養功能硫被植物吸收利用的主要形態為SO42-，空氣中的SO2也可以被植物吸收。進入體內的硫被同化后以硫氫基、雙硫基存在于胱氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸和蛋氨酸等化合物中。硫參與多種重要物質的組成，幾乎所有的蛋白質都含有硫氨基酸。因此，硫在植物細胞的結構和功能中都有重要作用。如硫辛酸、硫胺素、乙酰輔酶A、鐵氧還素

11、等生物活性物質中都含有硫。輔酶A中的硫氫基在植物能量轉化中具有突出效應。硫能促進豆科作物形成根瘤，參與固氮酶的形成，增強固氮活力。此外，氨基酸轉換酶、羧化酶、脂肪酶、蘋果酸脫氫酶都是含硫氫基的酶，這些酶對植物的多種代謝有重要影響。缺硫時可引起作物體內蛋白質合成受阻，出現硝酸鹽、可溶性有機氮和胺的積累現象。加強作物硫營養在許多植物上均可改善農產品品質，如提高氨基酸、蛋白質含量，及油料作物產品的油分含量。油菜是需硫較多的作物之一，正常情況下相當于大麥等禾谷類作物需硫量的310倍，在供氮充足的條件下，作物需要更多的硫以進行正常的代謝和生長發育。充足的硫素營養有利于改善小麥面粉的烘烤品質，尤其是在高氮

12、水平下，若硫素供應不足，烤出的面包體積小、口味差。充足的硫營養有利于作物對水分的高效利用。一般來說，每生產1噸谷類籽粒需吸收硫16kg，豆科作物種子需513kg，油料作物種籽需520kg。籽粒作物總吸硫量中約有一半左右存在于基葉中，其帶走的比例介于氮、鉀之間。缺硫時，作物生長受阻，尤其是營養生長，其癥狀為株型矮小，分蘗分枝小，葉片失綠黃化，并向上卷曲，變硬、易碎，過早脫落。缺硫癥狀常出現在植物頂部較幼嫩的部位，這是因為硫在植物體內的移動性較小，這一點與氮素明顯不同。9.1.2.2 鈣素的主要營養功能植物吸收的鈣主要是呈二價陽離子形態。進入植物體內的鈣對胞間層的形成和穩定性具有重要意義，它以果膠

13、酸鈣的形態粘結兩相鄰細胞，使細胞與細胞能夠聯結起來形成組織，并使植物的器官或個體具有一定的機械強度。缺鈣影響細胞壁和紡綞絲形成，并使細胞分裂不能正常進行。鈣還能參與維持生物膜的穩定性，對膜電位、膜透性、離子運轉及原生質粘滯性、膠體分散度都有一定效應。鈣能中和作物體內代謝過程產生過多且有毒的有機酸，調節細胞pH。鈣是一些重要酶類的激活劑。鈣能加強有機物的運輸，如加速糖分運輸，增強光合效率。Ca2+與作物鈣調素結合具有多種調節細胞功能的作用。缺鈣時，會引起許多營養失調癥。如缺鈣導致番茄、辣椒的臍腐病，大白菜、生菜的干燒心，馬鈴薯的褐斑病，蘋果的苦陷病和鴨梨的黑心病等。適當增加采收后果實中的鈣水平，

14、能明顯抑制采后果實的呼吸、乙烯的釋放、軟化以及其它生物病害，并提高果實品質。采前鈣處理和采后噴鈣均對果實保鮮和貯運有良好效果。雙子葉植物體內含鈣量通常高于單子葉植物，尤其是豆科植物含鈣量更高。由于鈣在植物體內極難移動與再利用，因此植物缺鈣時，首先在新根、頂芽、果實等生長旺盛而幼嫩的部位表現出癥狀，輕則凋萎，重則壞死。9.1.2.3 鎂素的主要營養功能二價鎂離子是植物吸收鎂的主要形態。因為鎂是植物體內多種重要成分的組成元素。葉綠素的形成需要鎂，鎂是葉綠體的中心金屬離子，在葉綠體中10%左右的鎂包含在葉綠素里。缺鎂時，葉綠素及B類胡蘿卜素含量下降，葉片褪綠，對CO2的同化能力下降，光合能力降低。大

15、麥葉片內鎂濃度低于0.12mg/g時，葉片凈同化力等于零。鎂離子和鉀離子在光合電子傳遞過程中共同作為H+的對應傳遞離子，以維持類囊體的跨膜質子梯度。鎂離子轉移至葉綠體間質，則可以活化二磷酸核酮糖羧化酶和5-磷酸核酮糖激酶等。鎂參加活化糖酵解和三羧酸循環過程中的磷酸已糖激酶等許多酶。鎂是丙酮酸激酶、腺苷激酶等的組成分，在氮素同化中，谷氨酰胺合成酶的激活也需要鎂，在蛋白質生物合成中，鎂的作用是促進核糖體亞單位的結合，鎂不足將影響核糖體的正常結構而使蛋白質合成能力降低。鎂的缺乏癥狀首先是出現在中下部葉片，因為鎂在植物體內有較高的再利用性。缺鎂植物葉片脈間失綠，嚴重時葉緣死亡，葉片出現褐斑。缺鎂的葉子

16、往往僵硬且脆，葉脈扭曲，常過早脫落。不同作物表現的癥狀也有所不同。如玉米缺鎂時，下部葉片則出現典型的葉脈間條狀失綠癥。水稻缺鎂首先在葉尖、葉緣出現色澤退淡變黃、葉片下垂、脈間出現黃褐色斑點，隨后向葉片中間和莖部擴展。小麥缺鎂葉片脈間出現黃色條紋，心葉挺直，下部葉片下垂，葉緣出現不規則的褐色焦枯，仍能分蘗抽穗但穗小。柑桔缺鎂常使老葉葉脈間失綠，沿中脈兩側產生不規則黃化斑，逐漸向葉緣擴展。番茄缺鎂新葉發脆并向上卷曲，老葉脈間變黃而后變褐、枯萎，進而向幼葉發展，結實期葉片缺鎂失綠癥加重，果實由紅色褪變為淡橙色。作物缺素的形態癥狀總是滯后于生長所受影響，況且作物遭受一定程度的缺鎂往往在形態上并不表現出

17、癥狀，而產量已受到嚴重影響。所以，配合植株、土壤的化學診斷，以彌補形態診斷之不足是必要的。關于鎂素營養臨界指標的研究已積累不少資料，但須注意應用條件，因為鎂素營養臨界指標隨作物種類及品種、取樣時期與部位、整體營養水平或產量水平等而異。9.1.3 硫、鈣、鎂肥的性質及其施用9.1.3.1 硫肥的肥效及其施用硫肥（sulfur fertilizer）的肥效 自然界中具有多種含硫礦物，如硫黃礦、硫鐵礦、石膏礦等都是高含硫的礦物。經開采、加工，或直接用于肥料，或用于生產其它化學硫肥。常用的化學硫肥包括普通過磷酸鈣、硫酸銨、含硫微肥等。此外，還有一些其它含硫的農家肥，以及自然沉降、灌溉水等也能向土壤補充

18、一定量的硫。在上世紀60年代，報道缺硫的國家共有36個，到80年代增至70多個，而且這種趨勢還在繼續發展。缺硫面積不斷增大的主要原因包括：(1)復種指數的增加及作物產量的提高，從土壤中移走硫的強度明顯增加，而得不到相應的補充；(2)副成分含硫的肥料用量大幅度減少，如過磷酸鈣被其它磷肥所替代，硫酸銨被尿素替代，導致土壤中硫的補給量逐年減少；(3)大氣污染治理；(4)高含硫農藥被替代；(5)秸稈作為燃料，硫不能歸還土壤等。在中國，已有三分之二的省份報道缺硫，硫肥的研究已受到重視。施用硫肥增產的作物已有20多種，包括谷物、油料作物、綠肥、牧草、經濟作物等。硫肥的施用 硫肥的施用包括硫肥施用量的估算、

19、硫肥品種的選擇及施肥時間的確定。關于硫肥施用量各地報道差距很大，主要應依據土壤、作物間供需矛盾大小確定。在水稻上，一般每公頃施用80190kg石膏或30kg硫黃；如果沾秧根，則用410kg石膏。具體用量視土壤有效硫水平高低而定。就一般作物而言，土壤有效硫低于16mg/kg時，施硫才會有增產效果，若有效硫大于20mg/kg，除喜硫作物外，施硫一般無增產效果。在不缺硫的土壤上施用硫肥不僅不會增產，甚至會導致土壤酸化和減產。十字花科、豆科作物以及蔥蒜、韭菜等都是需硫較多的作物，對施肥的反應敏感。而谷類作物則比較耐缺硫脅迫。硫肥用量的確定除了應考慮土壤、作物硫供需狀況外，還要考慮到各元素間營養平衡問題

20、，尤其是氮、硫的平衡。一些試驗表明，只有在氮、硫比接近7時，氮、硫才能都得到有效的利用。當然，這一比值應隨不同土壤氮、硫基礎含量不同而作相應調整。關于硫肥品種的選擇，同樣也是重要的。硫酸銨、硫酸鉀及金屬微量元素的硫酸鹽中的硫酸根都是易于被作物吸收利用的硫形態。普鈣中的石膏肥效要慢些。施用硫酸鹽肥料的同時不應忽視由此帶入的其它元素的平衡問題。施用硫黃雖然元素單純，但須經微生物轉化后才能有效，其肥效與土壤環境條件及肥料本身的細度有密切關系，而且其后效也比硫酸鹽肥料大得多，甚至可以隔年施用。硫肥施用的時間也直接影響著硫肥效果的好壞。在溫帶地區，硫酸鹽類等可溶性硫肥春季使用效果比秋季好。在熱帶、亞熱帶

21、地區則宜夏季施用。硫肥一般可以作基肥，于播種或移栽前耕地時施入，通過耕耙使之與土壤混合。根外噴施硫肥僅可作為補硫的輔助性措施。使用微溶或不溶于水的石膏或硫黃的懸液進行沾根處理是經濟用硫的有效方法。9.1.3.2 鈣肥的肥效及其施用鈣（lime fertilizer）肥的肥效 酸性土壤施用石灰在我國已有悠久的歷史，施用石灰一方面矯正了過低的土壤pH，另一方面向作物提供了豐富的鈣素營養。在我國南方酸性土壤上施用石灰也成為農業生產中一項基本的施肥措施。除少數鹽漬土外，施用石灰普遍表現出改土培肥、增產增收的良好效果。其中大豆、大麥、棉花、紫云英等作物對施用石灰較敏感，且表現出對鈣的需要量多、肥效好；小

22、麥、水稻、花生、芝麻等作物次之；油菜反應不敏感，甘薯產生負效應。有人建議采用pH5.5作為是否需要施用石灰的土壤臨界值，低于該值則應施用石灰。近年來，部分蔬菜作物因缺鈣引起的生理病害在不斷增加，甚至在華北的石灰性土壤上，施用鈣肥對蔬菜作物都表現出增產、改善品質、減輕病害的作用。鈣肥的施用 土壤酸性加劇了土壤鈣的貧瘠，調節土壤酸度和提供鈣水平最理想的物料莫過于石灰物質。因為石灰物質不僅資源豐富，而且能起到治酸增鈣雙重效果。在酸性土壤上確定出一個適宜的石灰用量并非易事。首先要考慮到土壤總酸度，因為活性酸量與之比較簡直是微不足道。施用石灰既中和了土壤的活性酸，也中和了土壤的潛在酸，并給土壤溶液與膠體

23、增加了Ca2+，且通過反應將代換出來的Al3+形成Al(OH)3沉淀而消除活性鋁的危害。要確定石灰的需要量就必須了解土壤中代換性H+和Al3+的量，這就需要測定土壤陽離子交換量及鹽基飽和度，計算出代換性酸飽和度，根據陽離子交換量、代換性酸飽和度及單位面積土壤耕層總質量計算出總的潛在酸量，以此作為施用石灰物質的直接依據。考慮到不同石灰物質的溶解性能、目標土壤酸性以及施用均勻性問題，田間應用時還須進行校正。生石灰取校正系數0.5，石灰石粉取1.3。在這一經典方法之后，中國科學院南京土壤研究所根據我國土壤酸堿度劃分等級，對不同質地的酸性土壤第一年的石灰需要量提出了一個經驗標準，簡化了石灰施用量的確定

24、方法（見表9-1）。 表9-1不同質地的酸性土壤第一年石灰施用量(kg/ha) 土壤酸度類型粘土壤土砂土強酸性（pH4.55.0）酸性(pH5.06.0)微酸性(pH6.07.0)225011251875750150075011253757507501125375750375盲目過量地施用石灰可能導致石灰板結田或次生碳酸鹽土壤，土壤理化性狀變劣，并造成多種營養元素失調。因此，一定要合理施用石灰，最好是配合有機肥及其它營養元素肥料的施用。由于各種石灰物料的性質不同，中和酸的能力也不同，這就需要對各種石灰物質提出一個可供相互比較的統一標準，于是就提出了一個中和值的概念，它是以CaCO3的摩爾質量為

25、100，其余物料與之相比的摩爾質量百分率，如CaO的摩爾質量為56，則CaO的中和值為100/56100=179，也就是說100克CaO中和酸的能力相當于179克CaCO3。以此類推，則菱鎂礦(MgCO3)為119，白云石(CaCO3MgCO3)為109，熟石灰(Ca(OH)2)為136，硅酸鈣(CaSiO3)為86。在改善土壤作物鈣營養方面，石膏是另一種重要的肥料。石膏不僅供應鈣，而且還含有18%的硫。在我國西北、華北、東北地區，干旱、半干旱地區還分布許多堿化土壤，土壤溶液含濃度較高的碳酸鈉、重碳酸鈉等鹽類，土壤膠體被代換性Na+所飽和，鈣離子很少，土壤膠體分散。這類土壤需要施用石膏來中和堿

26、性、改良土壤理化性狀、降低Na+毒害。一般來說，當土壤代換性Na+的比例達到10%20%時，就需增施石膏來調節作物鈣素營養，代換性Na+達到20%以上時，就需施用石膏來改良土壤。改良土壤時石膏施用量大約在375450kg/ha。9.1.3.3 鎂肥的肥效及其施用鎂肥（magnesium fertilizer）的肥效 鎂肥肥效的高低主要取決于土壤有效鎂供應水平及作物對鎂肥的反應程度，同時也受到施肥技術、環境條件等因素的影響。上世紀60年代初，在我國南方酸性紅壤上施用鎂肥使水稻、大豆明顯增產。70年代，海南島的大面積橡膠出現缺鎂黃葉癥狀，花生、油菜、馬鈴薯、甜菜、玉米等作物也相繼出現對鎂肥的良好反

27、應。80年代之后，隨著復種指數提高、作物產量增加，以及含鎂化肥和農家肥使用量比例的降低，鎂肥顯效的作物種類和土壤普遍性擴大，缺鎂現象日益加重，施用鎂肥的增產效果越來越明顯。鎂肥肥效與土壤有效鎂含量之間密切相關，見表9-2。表9-2代換性鎂含量與鎂肥肥效 土壤 pH 代換性鎂 (Mg,mg/kg) 稻谷產量(kg/ha) CK +Mg增產率(%) 黃泥田 5.5 16 5899.0 6913.5 17.4 灰砂田 6.0 23 4957.5 5775.0 16.5 灰砂田 5.3 29 5833.5 6211.5 6.5 灰黃泥田 5.4 44 5579.5 6060.0 4.8 灰泥田 5.4

28、 49 6507.0 6617.0 1.7 灰黃泥田 5.6 51 5628.0 5565.0 -1.1鎂肥的施用 土壤、作物之間鎂素供需矛盾的大小是決定鎂肥用量的重要依據。一般認為，土壤有效鎂含量小于40mg/kg即需要施用鎂肥。土壤缺鎂條件下，對于需鎂較多的作物，施用硫酸鎂(MgSO47H2O)的量一般在150225kg/ha為宜。盛果期的柑桔每穴施用0.20.3kg。根外噴施硫酸鎂的濃度為1%2%，每公頃噴375750kg溶液。鎂肥施用不宜過多，以免引起多種營養元素失衡而影響作物正常生長發育，導致作物產量與品質的降低。在選擇鎂肥品種時，應注意到不同鎂素化肥對土壤酸堿性的不同影響。接近中性

29、或微堿性土壤宜選擇硫酸鎂或氯化鎂肥料，而在酸性土壤上則宜選用碳酸鎂為好。試驗證明，在酸性土壤上，等量施用四種鎂肥，肥效高低順序為MgCO3Mg(NO3)2MgCl2MgSO4。在缺鎂的酸性土壤上，由白云巖燒制的生石灰是理想的鎂肥，既供應鎂，又兼有供應鈣和改良土壤酸性的作用。如果施用白云石粉，則可平穩地供給作物鎂、鈣營養。此外，草木灰、鈣鎂磷肥、硫酸鉀鎂肥等也都是理想的含鎂肥料。對于那些酸性強、質地粗、淋溶強的缺鎂土壤，以及大量施用鈣、鉀肥的土壤，鎂肥的施用往往是十分必要的。近年來，有人發現在某些輕質脫鹽土上作物對鎂肥也有良好的反應。鎂肥的施用方式靈活，可以作基肥或追肥，也可以根區土施或根外追肥

30、。鎂肥與有機肥或其它化肥配施，其增產效果更大。9.2 微量元素營養與微肥微量元素(microelements) 這是針對大量元素和中量元素而言的一個相對概念。它是指在土壤中的含量及其可給性較低，植物對它們的需要量很少的一類植物必需元素。植物體內微量元素的含量通常在n10-1 n10 mg/kg之間，最高不超過n103 mg/kg。作物對微量元素的需要量雖然很少，但是，它們同大量元素一樣，也直接參與植物體內的代謝過程。以微量元素為主要成分的肥料稱為微量元素肥料，簡稱微肥。如鋅肥、鐵肥、硼肥、鉬肥、銅肥、錳肥等。只有在施用大量元素肥料的基礎上施用微肥，才能較好地發揮微肥的肥效。同時，作物對微量元素

31、的反應也因大量元素的供應水平不同而異。通常隨著大量元素肥料施用量的增加，作物對微量元素的吸收數量也會相應增多，若此時施用微量元素肥料則可以促進作物對大量元素的吸收利用，充分地發揮其增產作用；如果沒有補充微量元素肥料，就可能會影響作物對大量元素肥料的吸收利用。此外，大量元素肥料施用不合理也會誘發微量元素的缺乏，例如過量施用磷肥會誘發作物缺鋅，這需要通過施用相應的微肥去解決。因此，在農業生產中必須協調好微量元素肥料與大量元素肥料之間的關系，只有將二者合理配合施用才能更好地發揮它們的增產效益。9.2.1 土壤中的微量元素9.2.1.1 土壤中微量元素的含量與形態1.土壤中微量元素的含量 微量元素在土

32、壤中的含量一般為百萬分之幾到十萬分之幾，最高不超過千分之幾，只有鐵例外，土壤中鐵的含量可高達4%。土壤中的微量元素主要來自于成土母質，其含量受成土母質種類與成土過程影響。成土母質種類決定了土壤中微量元素最初的含量水平，而成土過程則促使最初含量發生變化，并影響著微量元素在土壤剖面中的分布。因此，不僅在不同土類中，微量元素含量存在差異，而且即使在同一土類中，因成土母質不同，微量元素含量也往往有較大差異。例如在赤紅壤和紅壤中，由花崗巖、片麻巖和砂巖發育的，硼含量都很低，而由石灰巖、頁巖發育的，硼含量可高出10倍以上。我國一些土壤的微量元素含量范圍和平均含量列于表9-3。 表9-3 中國土壤中微量元素

33、含量 （單位： mg/kg）硼鉬鋅銅錳土壤0500(64) 0.16.00(1.7)0790(100)3300(22)109478(710)磚紅壤赤紅壤紅 壤黃 壤紫色土紅色石灰土棕 壤黃棕壤草甸土黑 土958 (20)0.572(24)1125(40)5453(52)2043(31)20351(113)3192(61)56100 (85)3272(54)3669(54)0.503.10(1.94)0.143.03(1.83) 0.3011.9 (2.43)0.104.49 (1.53)0.321.10 (0.55)0.502.83 (1.83)04.0(2.3)0.31.4(0.8)0.25

34、.0(2.4)0.52.1 (1.4)0323(103)0750(84)11492(177)14182 (81)48131(109)93374(213)44770(98)55122 (94)51130 (87)5866 (61)2118(44)044(17)0.191 (22)1122 (25)754 (23)22283(57)1833 (23)1465 (22)1835 (26)1978 (26)105000(636)114232(565)105532(373)425920(548)2823627(1520)3401000 (270)2001500 (741)4801300 (940)590

35、1100 (990)注：括號中數字為平均含量。土壤微量元素含量也受土壤質地影響。質地很細的土壤或土壤的細粒部分，多來自易風化的礦物，是微量元素的主要來源。砂質土壤和土壤的砂粒部分，則來自抗風化能力強的礦物（例如石英等），它們的微量元素含量較低。因此，微量元素含量低或者缺乏微量元素的土壤，往往是質地粗松的土壤。土壤微量元素含量還與土壤有機質含量有關。有機質含量高時，微量元素的含量相應較多，當土壤有機質含量為5%15%時，微量元素含量將達到最高值；有機質含量繼續增加，微量元素含量反而減少。純泥炭土中微量元素含量最低，這種情況主要出現在高位泥炭中；而中位和低位泥炭中則有微量元素積聚；只有鋅例外，它在

36、高位泥炭中最高（表9-4）。表9-4 泥炭中微量元素的含量 （單位：mg/kg）元 素高 位 泥 炭中 位 泥 炭低 位 泥 炭錳鋅銅鉬硼25.419.22.30.50.461.016.45.41.10.620810.38.42.23.3對于有生物學意義的微量元素來說，土壤微量元素總含量只能看作潛在供給能力和儲備水平的指標。而其可溶部分，即對植物有效部分，對于供給能力的評價則有更重要的意義。土壤微量元素的可溶部分，約占全量的百分之幾或者更低（表9-5）。實際上因土壤類型和所用的提取劑的不同，這些指標有很大差異。我國土壤中微量元素的可溶部分的含量見表9-5。表9-5 土壤微量元素全量與可溶部分的

37、比率元素全量（g/g）可溶部分（%）硼錳銅鋅鉬64710221001.7約10或10約110約1約0.1約12.土壤中微量元素的形態與轉化（1）土壤中微量元素的形態 各種微量元素在土壤中的存在形態可分為：水溶態、交換態、氧化物結合態（包含氧化錳、無定型氧化鐵和晶型氧化鐵結合態）、有機結合態（包含松結有機態與緊結有機態）和礦物態（包含原生與次生礦物結合態）等，在石灰性土壤中還可分出碳酸鹽結合態。在上述各形態中，水溶態和交換態的活性最強，其占總含量比例不到5%10%。不同的元素種類、不同的土壤類型與土壤環境條件都會影響微量元素在各形態中的分配比例（表9-6，表9-7）。表9-6土壤中鋅、銅在各形態

38、中的分配比例（%）元素交換態（含水溶態）碳酸鹽結合態氧化錳結合態有機結合態無定型氧化鐵結合態晶型氧化鐵結合態礦物結合態Zn0.30.21.35.82.328.561.2Cu0.23.21.510.913.331.041.1表9-7不同pH土壤中銅、鋅在各形態中的分配比例（%）土壤元素交換態碳酸鹽結合態氧化錳結合態有機結合態無定型氧化鐵結合態晶型氧化鐵結合態礦物結合態黃紅壤Cu0.01-31141962pH5.04Zn2-3611673黃棕壤Cu0.2-317133136pH6.55Zn0.5-191.53057黃潮土Cu0.330.012143843pH8.25Zn0.0111133064可見

39、，有機質對銅的結合力遠大于鋅，而鋅則主要存在于礦物結合態中。提高土壤pH對降低交換態鋅的作用明顯高于銅。（2）土壤中微量元素的形態轉化 上述各種結合態的微量元素，在土壤中保持動態平衡。當植物由土壤溶液中吸收某一微量元素時，土壤溶液中這一元素存在于交換性復合體中，于是有部分離子釋放出來，使土壤溶液中這一元素保持原有水平；同時也會有礦物和沉淀溶解，來補充土壤溶液和重新占有交換位置。微生物的代謝活動中從土壤溶液吸收微量元素，而當有機物分解時，又會釋放出微量元素到土壤溶液中。在上述的平衡體系中，有許多化學反應同時進行著，而土壤溶液則是所有的重要土壤化學反應過程的中心，同時又是植物吸收養分的介質。9.2

40、.1.2 影響土壤微量元素有效性的因素土壤中微量元素供應不足的原因有二，其一是含量過低；其二是有效性過低，微量元素大多以植物不能吸收利用的形態存在。前者是土類類型和成土母質決定的，后者則是受土壤中許多因子如pH值、氧化還原電位、質地、通透性、水分狀況以及有機質和微生物活動等的影響所致。1. 土壤pH 土壤微量元素的有效性與酸堿度的關系因元素種類而異。以陽離子形態存在的元素和硼的有效性隨著土壤pH值的降低而加大，以陰離子存在的微量元素如鉬等則隨著土壤pH值的提高，有效性增大。土壤pH值從5上升到8時，植物吸收的硼、錳、鋅、鐵、銅減少。因此，在我國北方的石灰性土壤地區，農作物易發生缺鋅、缺鐵癥狀。

41、2. 土壤Eh 土壤的氧化還原電位對一些變價微量元素的有效性有明顯的影響，尤其是在水稻土中更為突出。氧化還原電位改變時，具有多種原子價的元素如鐵、錳的原子價和結合形態都會發生改變。在還原條件下，錳還原為Mn2+而進入土壤溶液，或者在酸性反應下被交換性復合體吸附，而在中性條件下Mn2+開始沉淀成氫氧化物、氧化物或形成碳酸鹽。pH值與電位間常有交互作用，例如在堿性條件下，氧化過程進行迅速。土壤中的Mn2+受pH和電位的雙重控制；在pH 5以下的通氣良好的土壤中，pH可單獨控制它的溶解度。 3. 土壤水分狀況 土壤含水量高或漬水時，由于氧化還原電位降低，對微量元素的有效性有較大的影響，尤其是在水稻土

42、上。當漬水后，氧化還原電位降低，pH值上升，CO2分壓升高，會導致鐵錳氧化物還原而溶解，同時釋放出所吸附和包蔽的微量元素；另一方面，在還原條件下，鋅、銅、鐵等會形成難溶的硫化物；此外，漬水后土壤有機質因分解緩慢而積累，一些微量元素如銅，被有機質緊密吸附而固定，使其有效性下降。 4. 土壤有機質 有機質具有離子交換和配合能力，可與某些微量元素如銅、鋅、鐵、錳、鉛等形成穩定的可溶或難溶性的配合物。有時可作為微量元素的可溶絡合劑的來源。另一方面，在富含有機質的土壤上，一些微量元素例如銅常被固定而導致農作物缺銅，進入此類土壤的有害重金屬污染元素，則因鈍化而變得難以被植物吸收，使其毒害減輕。5. 土壤質

43、地 質地對微量元素有效性的影響是多方面的。由于成土母質的種類和成土過程的緣故，質地粗的土壤微量元素含量往往很低，同時由于通透性良好，使某些微量元素如錳以高價形態存在，有效性降低。而質地粘重的土壤有較大的表面積和離子交換量，對微量金屬離子有較大的吸持力和保肥力，有效性亦較高；該類土壤對于有害的重金屬元素同樣也有較大的容許含量。當陽離子交換量分別為15cmol（+）/kg時，對鎘、銅、鋅、鎳、鉛的容許含量約可提高1倍而不至于對植物有害。6. 吸附作用 與常量元素一樣，在粘粒礦物、二、三氧化物和有機質表面上都存在著微量元素的吸附現象，對控制微量元素的有效性有重要意義。陽離子態微量元素如鋅、鉬、錳等在

44、負電荷的表面上發生陽離子交換反應；硼、鉬、等含氧陰離子也會被交換物質所吸附。這種由于靜電引力而發生的吸附反應，為交換性吸附，是一個可逆的和按當量進行交換的過程。此外，強選擇性吸附即專性吸附，屬于化學吸附，被吸附離子為非交換性的，不能以常用的交換劑來提取，需要使用親和力更強的吸附劑進行提取。專性吸附的微量元素不易為植物吸收。粘粒礦物在吸附反應中起著重要作用。微量陽離子被交換的難易順序為：Cu Ni Co Zn 。上述順序因交換活性物質和溶液濃度和酸度不同而常改變。微量陰離子的吸附有類似的情況，鉬酸根（MoO42-）在陰離子交換物質中，比磷酸根和硫酸根弱，比硼酸根和鹵素強，一般是與OH基間的交換。

45、其難易程度可排成下面的順序： P S Mo Cl土壤中的鐵、錳氧化物包蔽和吸附著許多微量元素。氧化錳具有很大的吸附容量，富集了許多微量元素，尤其是鉬、鋅。這些元素在氧化錳中的含量有時會占其總含量的20%，遠高于同層次土壤中的含量。有機質對微量元素的吸附固定比較突出，尤其在有機土中。在未墾的有機質較多的土壤上，可觀察到表層有銅、鉬等的富集現象（按礦物部分為基礎計算）。在一定情況下，有機質對微量元素的固定較無機固定顯著。7. 土壤微生物 微生物活動對土壤中微量元素有效性的影響主要表現在下列幾個方面： 微生物活動對其它微量元素有效性的重要影響是促進有機質分解，使有機結合態的微量元素分解釋放出來。 同

46、化吸收微量元素到微生物體內，因暫時固定而不能為高等植物利用。 在嫌氣條件下使微量元素還原成易溶的低價態。 在好氣條件下氧化微量元素使之成為高價狀態。 在改變pH值和氧化還原電位過程中起間接作用。鐵和錳的微生物氧化還原作用最為突出。土壤中的一些微生物可使鐵和錳氧化成高價狀態，有效性降低。當土壤不發生化學氧化時仍然有生物氧化進行著。在中性到堿性土壤中有機物分解得緩慢，而生物氧化鐵錳進行得比較迅速；在酸性土壤中，有機物分解迅速，生物氧化鐵錳進行得很緩慢。9.2.1.3 土壤微量元素的評價方法與指標（1）熱水溶性硼（hot water-soluble boron） 用沸水浸提。（2）有效態鋅、銅（av

47、ailable zinc and copper） 石灰性土壤用pH 7.3的DTPA+CaCl2+TEA（三乙醇銨）溶液提取；酸性土壤用0.1mol/L的HCl溶液提取。（3）有效態鐵（available iron） 常用pH 7.3的DTPA+CaCl2+TEA溶液提取。（4）有效態錳（available manganese） 交換性錳用pH 7.0的1mol/LHOAC+NH4OAC 溶液提取，易還原態錳用pH 7.0的1mol/LHOAC+NH4OAC +0.2%C6H4(OH)2 溶液提取。 （5）有效態鉬（available molybdenum） 草酸+草酸銨(pH3.3)。據上述

48、測定方法，可將土壤有效態微量元素的分級和評價指標列于表9-8。 表9-8 土壤有效態微量元素的分級和評價指標 （單位：mg/kg）元 素很低低中 等高很高臨界值水溶態硼2.000.50有效態鉬0.300.15交換態錳易還原態錳1.05.03003.0100有效態鋅*有效態鋅*1.05.05.01.50.5有效態銅*有效態銅*1.06.01.82.00.2*適用于石灰性土壤， *適用于酸性土壤 9.2.2 植物的微量元素營養9.2.2.1 植物體內微量元素的含量、形態和分布（1）硼 植物體內硼含量通常在2100mg/kg之間，各種植物間的含量差異很大，其中雙子葉植物的含量比單子葉植物高。煙草含硼

49、25mg/kg，甜菜可達100mg/kg，而谷類植物只有410mg/kg。同一植株的不同組織，其含量也有較大差異，硼比較集中分布在莖尖、根尖、葉片和花器官中。據華中農業大學測定，棉花初鈴期各器官含硼量平均為：葉片30.9 mg/kg，葉柄18.7 mg/kg，主莖1834 mg/kg，繁殖器官22.2 mg/kg。硼以B(OH)3形態被植物吸收，運輸到植物各部位的硼幾乎不再移動，難以再利用。當介質供硼少時，往往在新生部位首先產生缺硼癥狀。而當供硼過量時，硼首先在老組織中積累，出現中毒癥狀。硼不是植物體的結構成分，硼的一切生理功能是與其能和糖或糖醇絡合形成硼酯化合物有關，這些硼的化合物參與各種代

50、謝活動。（2）鋅 鋅在植物體內的含量約為25150mg/kg，主要分布在植物的幼嫩部位。正常植物頂芽含鋅量最高，葉片次之，莖最少。整個植株中鋅的含量分布有由下而上遞增的趨勢，它的分布與生長素的分布基本是平行的。鋅在植物體內以離子態及蛋白復合體兩種形態存在，它可以由老葉向新葉運輸。植物吸收鋅的形態是Zn2+和螯合態鋅。（3）錳 植物體內錳的含量一般在10300mg/kg。根據植物對錳的需要，可將其分成三組（表9-9）。錳在植物體內一般有兩種形態存在：一是以Mn2+形態進行運輸的；二是結合態錳，即錳與蛋白質結合，存在于酶及生物膜上。錳在植物體內再利用的程度較差，因此缺錳癥狀首先發生在幼葉上。錳有價

51、態變化，在植物體內積極參與代謝中的氧化還原過程。錳是許多酶的活化劑，并且通過這種作用間接參與各種代謝過程。 表9-9 植物體內含錳量分組 組 別 含錳量（mg/kg） 植 物 最敏感的 中度敏感的 不敏感的 50260 30128 3060燕麥、甜菜、煙草、馬鈴薯等小麥、亞麻、豌豆、蠶豆等水稻、大麥等（4）鉬 鉬在植物體內的含量范圍為 0.1300mg/kg，一般不到1mg/kg。不同的植物種類其含量差異很大，豆科作物含鉬量較多，其種子含鉬量為0.520 mg/kg，根瘤中含量也較高；十字花科次之（如油菜、花椰菜等），禾本科作物含鉬量較少。植物不同組織的含鉬量也有很大差異，一般幼嫩器官中含量較

52、高，葉片中的含鉬量大于莖和根。植物吸收鉬的形態是MoO42-，在植物體內鉬往往和蛋白質結合，形成金屬蛋白質而存在于酶中。（5）鐵 植物體內的鐵一般為3000mg/kg，比較集中存在于葉綠體中，鐵與葉綠體的克分子比多數植物為14110。鐵在植物體內絕大部分以有機態存在，如含鐵蛋白質、細胞色素、血紅素、有機酸絡合物等，鐵在植物體內移動性很小，它不能被再利用。植物吸收鐵的形態主要是Fe2+和螯合態鐵。（6）銅 植物需銅的數量不多，大多數植物的含銅量范圍為220 mg/kg，而且多集中于幼嫩的組織中。因此，植物種子和生長旺盛部分含銅量高。就銅的分布而言，根系含銅量大于地上部，而地上部分約70%的同分布

53、于葉片中，葉綠體中含銅量也較高。植物吸收銅的形態主要是Cu2+和螯合態銅。9.2.2.2 微量元素的營養功能（1）硼的營養功能 硼能促進碳水化合物的合成和運轉，改善植物各器官有機物質的供應，提高作物的結實率和坐果率。硼促進糖運輸是由于含氮堿基尿嘧啶的合成需要硼，而尿嘧啶二磷酸葡萄糖(UDPG) 是蔗糖合成的前體，硼促進蔗糖的合成，從而有利于它的外運；硼直接作用于細胞膜，影響膜的完整性和活性，從而影響蔗糖的韌皮部裝載。 硼能促進生殖器官的正常發育。人們早就發現，花是含硼量最高的器官，尤其是柱頭和子房。硼有促進花粉萌發和花粉管伸長的作用，硼是通過促進植物花粉對氮和葡萄糖的吸收而使花粉萌發并伸長的，

54、因此硼有利于受精作用。 硼使植物分生組織細胞分化正常。硼影響植物生長部分中核酸的含量，有利于組織內腺嘌呤轉化成核酸，以及酪氨酸轉化成蛋白質，這些都影響植物分生組織中細胞的正常生長和分化。另外硼影響6-磷酸葡萄糖脫氫酶的活性，當缺硼時，酶活性增加，導致含酚化合物的積累，出現褐色壞死組織，如某些植物的頂芽褐腐、根心腐等癥狀。 硼可以提高豆科作物根瘤的固氮活性，增加固氮量。缺硼時根瘤不發達，甚至失去固氮能力。因缺硼時影響根系維管束的形成和分化，碳水化合物運輸受阻，根瘤菌得不到有機養分的充分供應，固氮作用受限制，從而影響豆科作物生長。 硼能提高植物的抗逆性，由于硼能促進碳水化合物的合成與運輸，提高蛋白質的粘滯性，降低透性，增加膠體結合水的含量。因而有利于提高植物的抗寒、抗旱能力。（2）鋅的營養功能 鋅參與生長素的合成，因為鋅能促進吲哚和絲氨酸合成色氨酸，而色氨酸則是合成生長素的前體，所以缺鋅會引起植物生長矮小，導致水稻僵苗，果樹小葉病等生理病害。 鋅是多種酶的成分和活化劑，已經發現的酶有80多種，它們對體內物質水解、氧化還原過程和蛋白質