1、第二章第二章. . 土壤養分生物有效性土壤養分生物有效性 土壤養分的有效性土壤養分的有效性1 養分遷移與養分有效性養分遷移與養分有效性2 影響養分有效性的因素影響養分有效性的因素3 4 5有效養分的概念有效養分的概念有效養分的指標有效養分的指標 土壤養分有效性土壤養分有效性1有效養分的概念有效養分的概念能夠被當季作物吸收的養分：可能性，與形態掛鉤能夠被當季作物吸收的養分：可能性，與形態掛鉤，易于操作理論，易于操作理論. .尚不盡合理；尚不盡合理；被當季作物吸收了的養分：結果，數量精確，理論被當季作物吸收了的養分：結果，數量精確，理論上合理；不知養分的形態及來源，事后才了解數量上合理；不知養分的

2、形態及來源，事后才了解數量養分有效性的基本特點養分有效性的基本特點土壤中各種營養元素的全量是很豐富的，但其中絕大土壤中各種營養元素的全量是很豐富的，但其中絕大部分對植物是無效的，只有少部分在短期內能被植物部分對植物是無效的，只有少部分在短期內能被植物吸收的土壤養分才是植物的有效養分。吸收的土壤養分才是植物的有效養分。 土壤中的生物有效養分具有兩個基本特點：一是以礦土壤中的生物有效養分具有兩個基本特點：一是以礦質養分為主；二是位置接近植物根表或短期內可以遷質養分為主；二是位置接近植物根表或短期內可以遷移到根表的有效養分。移到根表的有效養分。土壤有效養分示意圖土壤有效養分示意圖212.化學有效養分

3、化學有效養分1.生物有效養分生物有效養分Root system soil has only 3% of the topsoil volume.有效養分的指標有效養分的指標數量指標數量指標-化學有效養分化學有效養分強度因素與容量因素指標強度因素與容量因素指標緩沖容量指標緩沖容量指標養分位指標養分位指標生物學指標生物學指標數量指標數量指標化學有效養分的提取化學有效養分的提取化學有效養分測定值的相對性化學有效養分測定值的相對性化學有效養分臨界值的確化學有效養分臨界值的確化學有效養分化學有效養分 指采用化學方法從土壤中提取出來的有效養分，主要包指采用化學方法從土壤中提取出來的有效養分，主要包括可容性的

4、離子態與簡單分子態養分，易分解態和交換吸附態括可容性的離子態與簡單分子態養分，易分解態和交換吸附態養分以及某些氣態養分。養分以及某些氣態養分。化學有效養分的含義化學有效養分的含義 土壤養分形態與養分有效性的關系是指土壤中存土壤養分形態與養分有效性的關系是指土壤中存在的礦質養分存在形態，主要包括可溶性的離子態、在的礦質養分存在形態，主要包括可溶性的離子態、簡單分子態養分，易分解態、交換吸附態、難溶態養簡單分子態養分，易分解態、交換吸附態、難溶態養分內以及某些氣態養分。養分的形態通常可以采用不分內以及某些氣態養分。養分的形態通常可以采用不同的化學方法從土壤中提取出來。所以我們通常其為同的化學方法從

5、土壤中提取出來。所以我們通常其為化學有效性。化學有效性。 提取土壤有效養分的化學浸提劑因營養元素和土提取土壤有效養分的化學浸提劑因營養元素和土類型的不同而異。提取原理在化學法之外，還有物理類型的不同而異。提取原理在化學法之外，還有物理化學方法（如電超濾法）。化學方法（如電超濾法）。 化學試劑模擬根系吸收化學試劑模擬根系吸收 有效氮：有效氮： 有效磷：有效磷： 有效鉀：有效鉀：化學有效養分的提取化學有效養分的提取水溶性養分有效性高水溶性養分有效性高交換態養分易被作物吸收交換態養分易被作物吸收難溶性養分有效性低難溶性養分有效性低養分形態與養分有效性的關系養分形態與養分有效性的關系養分形態的相對性養

6、分形態的相對性養養分分的的形形態態是是相相互互轉轉化化化學有效養分測定值的相對性化學有效養分測定值的相對性不同化學浸提方法所測出的不同化學浸提方法所測出的“有效養分有效養分”的數值的數值在很大程度上取決于浸提劑的類型，不同方法間在很大程度上取決于浸提劑的類型，不同方法間缺乏相互比較的基礎。缺乏相互比較的基礎。不同提取劑結果不同不同提取劑結果不同不同方法結果不同不同方法結果不同不同條件結果不同不同條件結果不同 同一結果有效性不同同一結果有效性不同15 15 種土壤有效磷的平均含量（不同提取劑提取）種土壤有效磷的平均含量（不同提取劑提取）方法方法方法方法 提取劑提取劑 有效磷有效磷(mg/kg)

7、(mg/kg) OlsenOlsen法法 NaHCO3 NaHCO3 24.9 24.9 MachiqinMachiqin法法 (NH4)CO3 (NH4)CO3 23.923.9Al-AbbasAl-Abbas法法 NaOH+Na2C2O4 NaOH+Na2C2O4 30.430.4雙酸法雙酸法 HCl+H2SO4 HCl+H2SO4 29.429.4MehlichMehlich法法 Hac+NH4NO3+NH4F+HNO3+EDTA Hac+NH4NO3+NH4F+HNO3+EDTA 70.1 70.1 SoltanpourSoltanpour法法 NH4HCO3+DTPA NH4HCO3

8、+DTPA 14.814.8MeugepqkobMeugepqkob法法 (NH4)2C2O4+NH4HCO3 (NH4)2C2O4+NH4HCO3 46.946.9化學有效養分臨界值的確定化學有效養分臨界值的確定通過生物實驗確定臨界值通過生物實驗確定臨界值測定值往往與作物吸收量不一致測定值往往與作物吸收量不一致根據作物、土壤條件校正根據作物、土壤條件校正不同地區土壤有效磷含量與建議施磷量的關系不同地區土壤有效磷含量與建議施磷量的關系80160240255075土壤含磷量土壤含磷量(pmg/kg)(pmg/kg)建議施磷量建議施磷量(kg/ha)(kg/ha) 由于化學浸提法測得有效養分是相對

9、值，在應由于化學浸提法測得有效養分是相對值，在應用前需要與生物試驗的結果進行相關研究。化學有用前需要與生物試驗的結果進行相關研究。化學有效養分測定數值有時很難反映植物的生長狀況和產效養分測定數值有時很難反映植物的生長狀況和產量水平。量水平。 化學有效養分與植物吸收的相關性化學有效養分與植物吸收的相關性化學有效養分在推薦施肥中的應用化學有效養分在推薦施肥中的應用 在實際中常用化學有效養分含量作為在實際中常用化學有效養分含量作為推薦施肥的依據。推薦施肥的依據。強度因素與容量因素強度因素與容量因素強度因素強度因素容量因素容量因素養分的強度因素（養分的強度因素（I I） 強度因素是指土壤溶液中養分的濃

10、度強度因素是指土壤溶液中養分的濃度, , 是土是土壤養分內供應的主要因子。壤養分內供應的主要因子。養分的容量因素（養分的容量因素（Q Q） 容量因素是指土壤中有效養分的數量，也就是容量因素是指土壤中有效養分的數量，也就是不斷補充強度因子的庫容量。不斷補充強度因子的庫容量。 強度因素與容量因素強度因素與容量因素 容量因素對強度因素的補充不僅取決于養分庫容容量因素對強度因素的補充不僅取決于養分庫容里量的大小，還決定于儲存養分釋放的難易程度。這里量的大小，還決定于儲存養分釋放的難易程度。這要受到土壤、水分、溫度、通氣等土壤條件以及植物要受到土壤、水分、溫度、通氣等土壤條件以及植物根系生長的影響。根系

11、生長的影響。土壤溶液中養分濃度土壤溶液中養分濃度活性養分庫活性養分庫在生長期內在生長期內釋放的養分釋放的養分土壤礦物和土壤礦物和有機殘留物有機殘留物田間根系體積田間根系體積強度強度容量容量快快慢慢很慢很慢土壤養分強度與土壤養分強度與容量因素示意圖容量因素示意圖緩沖容量緩沖容量(緩沖因素緩沖因素Q/I ) 表示土壤保持一定養分強度的能力。它關系著養表示土壤保持一定養分強度的能力。它關系著養分供應的速度，反映強度隨數量變化的關系。可以用分供應的速度，反映強度隨數量變化的關系。可以用Q/Q/I I 的比率來表示，比率越大，土壤養分的緩沖的比率來表示，比率越大，土壤養分的緩沖力就越強。力就越強。 應用

12、強度應用強度/ /容量關系描述土壤養分有效性，可以容量關系描述土壤養分有效性，可以從養分轉化的動態過程來考慮養分的有效性。從養分轉化的動態過程來考慮養分的有效性。土壤溶液中土壤溶液中K+K+的強度的強度(I)(I)兩種不同容量土壤對兩種不同容量土壤對K+K+緩沖力比較的圖示緩沖力比較的圖示QII土壤土壤A 土壤土壤B土壤土壤A土壤土壤B養分釋放速率養分釋放速率測定養分釋放速率，目前用了一個新的方法：測定養分釋放速率，目前用了一個新的方法： 樹脂法樹脂法 樹脂法樹脂法t t樹指吸收的磷量樹指吸收的磷量t t時間時間常數常數b b起始磷的濃度起始磷的濃度電超濾電超濾()采用模擬植物吸收的方式，測定

13、植物吸收養分后，土壤采用模擬植物吸收的方式，測定植物吸收養分后，土壤固相養分的釋放，這一方法可以測定不同吸收強度下養分釋固相養分的釋放，這一方法可以測定不同吸收強度下養分釋放的速率。放的速率。）土壤與水的懸濁液裝滿中心槽）土壤與水的懸濁液裝滿中心槽）用半透膜與兩邊的電極模隔開）用半透膜與兩邊的電極模隔開）在控制電壓的情況下通直流電）在控制電壓的情況下通直流電）溶液中的離子向兩極運動）溶液中的離子向兩極運動）土壤固相離子釋放出來）土壤固相離子釋放出來 即養分自由能，定是用熱力學能量的觀念來表示土即養分自由能，定是用熱力學能量的觀念來表示土壤溶液中養分的有效性，用自由能的大小表示養分被植壤溶液中養

14、分的有效性，用自由能的大小表示養分被植物吸收的難易程度，自由能越大，吸收越容易，有效性物吸收的難易程度，自由能越大，吸收越容易，有效性越高。越高。決定養分的效性大小的不是土壤中養分的多少，而決定養分的效性大小的不是土壤中養分的多少，而是養分的自由能。是養分的自由能。作物吸收養分如用人們從水井中打水，其難易程度作物吸收養分如用人們從水井中打水，其難易程度決定于水位（勢能）的高位，而不決定于井中水的多少。決定于水位（勢能）的高位，而不決定于井中水的多少。養分位養分位養分位養分位 即養分自由能，定是用熱力學能量的觀念來表示土即養分自由能，定是用熱力學能量的觀念來表示土壤溶液中養分的有效性，用自由能的

15、大小表示養分被植壤溶液中養分的有效性，用自由能的大小表示養分被植物吸收的難易程度，自由能越大，吸收越容易，有效性物吸收的難易程度，自由能越大，吸收越容易，有效性越高。越高。 養分的自由能受土壤中養分的數量，土壤的性質，養分的自由能受土壤中養分的數量，土壤的性質，土壤中的水分及其它因素的影響是一個較為合理的有效土壤中的水分及其它因素的影響是一個較為合理的有效性指標。性指標。自由能是一系列變數的函數自由能是一系列變數的函數包括：溫度、壓力、各組分的質度包括：溫度、壓力、各組分的質度即：（）即：（）溫度壓力溫度壓力各組分質度各組分質度養分位的原理養分位的原理 有效氮等指標通常不能反映土壤氮素的有效有

16、效氮等指標通常不能反映土壤氮素的有效性，故通常用以下指標。性，故通常用以下指標。礦化量礦化的數量，絕對量礦化量礦化的數量，絕對量礦化率礦化量占有機氮的百分比，相對量礦化率礦化量占有機氮的百分比，相對量土壤氮素的有效性土壤氮素的有效性生物學指標生物學指標用生物作為指標用生物作為指標, , 如如: :幼苗值幼苗值幼苗值幼苗值=- *100%施肥區生物量施肥區生物量-不施肥區生物量不施肥區生物量施肥區生物量施肥區生物量施肥區施肥區不施肥區不施肥區各有優點，也有缺陷各有優點，也有缺陷有效性指標的優劣有效性指標的優劣 養分遷移與養分有效性養分遷移與養分有效性2養分的位置與有效性養分的位置與有效性養分向根

17、表的遷移養分向根表的遷移土壤養分的空間有效性土壤養分的空間有效性 養分遷移與養分有效性養分遷移與養分有效性2養分位置與有效性養分位置與有效性 土壤中有效養分只有達到根系表面才能為植物吸收，土壤中有效養分只有達到根系表面才能為植物吸收，成為實際有效養分。對于整個土體來說，植物根系僅成為實際有效養分。對于整個土體來說，植物根系僅占據極少部分空間，平均根系土壤容積百分數大約為占據極少部分空間，平均根系土壤容積百分數大約為3%3%。因而。養分的遷移對提高土壤養分的空間有效性。因而。養分的遷移對提高土壤養分的空間有效性是十分重要的。是十分重要的。位置影響養分有效性的原因位置影響養分有效性的原因作物根系分

18、布的范圍有限作物根系分布的范圍有限作物根系周圍的有效養分有限作物根系周圍的有效養分有限養分必須向根表的遷移養分必須向根表的遷移123土壤土壤根根地上部地上部（1 1、截獲、截獲 2 2、質流、質流 3 3、擴散）、擴散）植物根獲取土壤養分的模式圖植物根獲取土壤養分的模式圖養分向根表的遷移養分向根表的遷移 土壤中養分到達根表有兩種機理：其一是根對土土壤中養分到達根表有兩種機理：其一是根對土壤養分的主動截獲；其二是在植物生長與代謝活動壤養分的主動截獲；其二是在植物生長與代謝活動（如蒸騰、吸收等）的影響下，土壤養分向根表的遷（如蒸騰、吸收等）的影響下，土壤養分向根表的遷移。移。 截獲是指根直接從所接

19、觸的土壤中獲取養分而不截獲是指根直接從所接觸的土壤中獲取養分而不經過運輸。截獲所得的養分實際是根系所占據土壤容經過運輸。截獲所得的養分實際是根系所占據土壤容積中的養分，它主要決定于根系容積大小和土壤中有積中的養分，它主要決定于根系容積大小和土壤中有效養分的濃度。效養分的濃度。養分向根表的遷移的方式養分向根表的遷移的方式質流質流擴散擴散質流質流 植物的蒸騰作用和根系吸水造成根表土壤與土植物的蒸騰作用和根系吸水造成根表土壤與土體之間出現明顯水勢差，土壤溶液中的養分隨水體之間出現明顯水勢差，土壤溶液中的養分隨水流向根表遷移。其特點是運輸養分數量多，養分流向根表遷移。其特點是運輸養分數量多，養分遷移的

20、距離長。養分通過質流到達根部的數量取遷移的距離長。養分通過質流到達根部的數量取決于植物的蒸騰率和土壤溶液中該養分的濃度。決于植物的蒸騰率和土壤溶液中該養分的濃度。質流的動力質流的動力-水分蒸騰水分蒸騰質流輸送的養分量質流輸送的養分量 質流運送的養分質流運送的養分= =土壤溶液養分濃度土壤溶液養分濃度* *植物植物全生育期水分蒸騰量全生育期水分蒸騰量影響質流的因素影響質流的因素土壤溶液養分濃度土壤溶液養分濃度植物全生育期水分蒸騰量植物全生育期水分蒸騰量1)1)土壤飽和水溶液中幾種養分的濃度土壤飽和水溶液中幾種養分的濃度* *養分種類養分種類NONO3 3- -NHNH4 4+ +H H2 2PO

21、PO4 4- - +HPO+HPO4 42-2-K K+ +CaCa 2+2+SOSO4 42-2-MgMg 2+2+養分濃度養分濃度(mmol/L)(mmol/L) 0.1-2.00.1-2.00.1-2.00.1-2.00.001-0.020.001-0.020.1-1.00.1-1.00.1-5.00.1-5.00.1-10.00.1-10.00.1-5.00.1-5.0*土壤是美國北部中性淋溶土土壤是美國北部中性淋溶土作物全生育期的水分蒸騰量作物全生育期的水分蒸騰量玉米的水分吸收與根際鈉，氯積累的關系玉米的水分吸收與根際鈉，氯積累的關系 水分吸收水分吸收（蒸騰（蒸騰ml/cm10）氯（

22、氯（Cl -）（ mg/Kg ）鈉（鈉（Na+）（mg/kg） 根表電導率根表電導率（nS/cm）土體土體 根際根際 根表根表 土體土體 根際根際 根表根表0.380.460.820.95310 410 580 220 340 410 1.38360 430 650 280 330 450 2.28430 660 970 360 490 680 3.79440 640 1280 380 570 900 5.02當根系截獲和質流作用不能想植物提供足夠的當根系截獲和質流作用不能想植物提供足夠的養分時，根系不斷的吸收可使根表有效養分的濃度養分時，根系不斷的吸收可使根表有效養分的濃度明顯降低，并在根表

23、垂直方向上出現養分濃度梯度明顯降低，并在根表垂直方向上出現養分濃度梯度差，從而引起土壤養分順濃度梯度向根表運輸。土差，從而引起土壤養分順濃度梯度向根表運輸。土壤養分的擴散作用具有速度慢距離短的特點。擴散壤養分的擴散作用具有速度慢距離短的特點。擴散速率主要取決于擴散系數。速率主要取決于擴散系數。擴散擴散擴散的動力擴散的動力養分濃度梯度養分濃度梯度擴散輸送的養分量擴散輸送的養分量直接法：直接法： 直接測定擴散系數計算直接測定擴散系數計算, ,很難很難間接法：間接法： 擴散輸送的養分量植物吸收總量根系截獲量擴散輸送的養分量植物吸收總量根系截獲量養分質流量養分質流量部分養分離子在不同介質中的擴散系數部

24、分養分離子在不同介質中的擴散系數K+K+H H2 2POPO4-4-NO3-NO3-Ca2+Ca2+Mg2+Mg2+K+K+H2PO4-H2PO4-NO3-NO3-25250 0C C水水25250 0C C水水25250 0C C水水25250 0C C水水25250 0C C水水土土 壤壤土土 壤壤土土 壤壤1.981.981010-5-50.890.891010-5-51.901.901010-5-50.780.781010-5-50.700.701010-5-51010-7-71010-8-81010-8-81010-11-111010-6-61010-7-7離子種類離子種類 介介 質

25、質 擴散系數擴散系數D D（cmcm2 2/s/s）影響擴散的因素影響擴散的因素濃度梯度濃度梯度土壤性質土壤性質不同養分不同不同養分不同不同作物不同不同作物不同不同時期不同不同時期不同質流與擴散的貢獻質流與擴散的貢獻不同遷移方式對植物養分供應的貢獻不同遷移方式對植物養分供應的貢獻 在植物養分吸收總量中，通過根系截獲的數量很在植物養分吸收總量中，通過根系截獲的數量很少。大多數情況下，質流和擴散是植物根系獲取養少。大多數情況下，質流和擴散是植物根系獲取養分的主要途徑。對于不同各種營養元素來說，不同分的主要途徑。對于不同各種營養元素來說，不同供應方式的貢獻是各不相同的，鈣、鎂和氮（供應方式的貢獻是各

26、不相同的，鈣、鎂和氮（NO3-NO3-）主要靠質流供應，而主要靠質流供應，而H2PO4-H2PO4-、K+K+、NH4+NH4+等擴散是主等擴散是主要的遷移方式。在相同蒸騰條件下，土壤溶液中濃要的遷移方式。在相同蒸騰條件下，土壤溶液中濃度高的元素，質流供應的量就大。度高的元素，質流供應的量就大。不同遷移方式對小麥根系養分的相對貢獻不同遷移方式對小麥根系養分的相對貢獻* * *根據根據BaeberBaeber（19741974）估計，根容積等于土壤容積的）估計，根容積等于土壤容積的1%1% “available”in Total uptake Supply (kg/ha) by the tops

27、oil by cropsNutrient (kg/ha) (k/ha) Interception Mass flow DiffusionCalcium 4000 45 40 90 -Magnesium 800 35 8 75 -Potassium 300 110 3 12 95Phosphorus 100 30 1 0.12 28.9不同遷移方式對根系養分的相對貢獻不同遷移方式對根系養分的相對貢獻* *影響養分移動的因素影響養分移動的因素 養分向根表的遷移受到根系吸收和土壤供應兩養分向根表的遷移受到根系吸收和土壤供應兩方面的影響方面的影響, ,影響因子包括多個方面影響因子包括多個方面土壤濕度土

28、壤濕度增加土壤濕度，可使土壤表面水膜加厚，一增加土壤濕度，可使土壤表面水膜加厚，一方面這能增加根表與土粒間的接觸吸收；另一方方面這能增加根表與土粒間的接觸吸收；另一方面又可減少養分擴散的曲徑，從而提高養分擴散面又可減少養分擴散的曲徑，從而提高養分擴散速率。速率。土壤含水量對土壤含水量對K+K+擴散率的影響（擴散率的影響（mg/cm2mg/cm2天）天）土壤交換性鉀含量土壤交換性鉀含量（K K+ +cmol/kgcmol/kg）0.41 2 4 8 100.41 2 4 8 104.10 40 55 78 754.10 40 55 78 75土壤含水量土壤含水量4% 10% 20% 30%4%

29、10% 20% 30%施肥可增加土壤溶液中養分的濃度，直接增加質施肥可增加土壤溶液中養分的濃度，直接增加質流和截獲的供應量。同時，施肥加大了土體與根表間流和截獲的供應量。同時，施肥加大了土體與根表間的養分濃度差，也增加了養分擴散遷移量。的養分濃度差，也增加了養分擴散遷移量。施肥施肥交換性鉀交換性鉀 (mmol/kg (mmol/kg 土土) )2 26 6D =27D =271010-7-70 04 4 6 68 8 1010 1212距根表距離距根表距離 (mm)(mm)8 8101012124 42 20 0施肥土壤施肥土壤D = 5.3D = 5.3 10-7 10-7未施肥土壤未施肥土

30、壤D = 1.2D = 1.210-710-7耗竭土壤耗竭土壤施鉀對提高土壤鉀有效性的影響施鉀對提高土壤鉀有效性的影響（D D為擴散系數為擴散系數 單位：單位：cm2/scm2/s）養分的吸附與固定養分的吸附與固定吸附與固定使磷、鉀、鋅、錳吸附與固定使磷、鉀、鋅、錳 鐵等營養元鐵等營養元素的移動性變小。向土壤直接供應有機螯合態素的移動性變小。向土壤直接供應有機螯合態肥料，或者施用有機肥，可減少養分的吸附和肥料，或者施用有機肥，可減少養分的吸附和固定。固定。燕麥對無機態與有機態磷源的吸收量燕麥對無機態與有機態磷源的吸收量來自肥料中的磷來自肥料中的磷 吸收量（吸收量（P mg/P mg/盆）盆）

31、占總百分率占總百分率Ca(HCa(H2 2POPO4 4) )2 2 1 12 2.1 2.3 19 .1 2.3 19 BAPABAPA* * 16.5 6.4 39 16.5 6.4 39 磷肥種類磷肥種類 磷總吸收量磷總吸收量（P mg/P mg/盆）盆）* *BAPABAPA系有機態含磷化合物系有機態含磷化合物土壤養分生物有效性土壤養分生物有效性3土壤養分生物有效性的含義土壤養分生物有效性的含義 指土壤中礦質態養分受生物的影響而使其有效指土壤中礦質態養分受生物的影響而使其有效性發生變化。如在根系生長與吸收的作用下，土壤性發生變化。如在根系生長與吸收的作用下，土壤中養分的有效化過程以及環

32、境因素對養分有效化的中養分的有效化過程以及環境因素對養分有效化的影響發生改變。影響發生改變。 指土壤中礦質態養分的濃度、容量與動態變化；指土壤中礦質態養分的濃度、容量與動態變化；指根對養分的獲得與養分向根表遷移的方式和速度指根對養分的獲得與養分向根表遷移的方式和速度是在根系生長與吸收的作用下，土壤中養分的有效是在根系生長與吸收的作用下，土壤中養分的有效化過程以及環境因素對養分有效化的影響。化過程以及環境因素對養分有效化的影響。生物因子生物因子環境因子環境因子影響養分有效性的因素影響養分有效性的因素生物因子生物因子土壤動物土壤動物土壤微生物土壤微生物植物植物如如: :蚯蚓蚯蚓土壤動物土壤動物養分

33、的活化養分的活化養分的保存養分的保存礦物的分解礦物的分解有機養分的礦化有機養分的礦化養分的轉化養分的轉化土壤微生物土壤微生物植物植物根系活力根系活力根系微域變化根系微域變化環境因子環境因子pHpH水分狀況水分狀況土壤土壤 性質性質 根系特性與養分有效性根系特性與養分有效性4植物根系的特性植物根系的特性形態結構形態結構根毛根毛根系深度與底層土壤養分的有效性根系深度與底層土壤養分的有效性根系密度與養分空間有效性根系密度與養分空間有效性根系特性根系特性 ( (須根系須根系) ) ( (直根系直根系) )形態結構形態結構 單子葉植物的根屬須根系，粗細比較均勻，根長單子葉植物的根屬須根系，粗細比較均勻，

34、根長和表面積都比較大。雙子葉植物的根屬直根系，粗細和表面積都比較大。雙子葉植物的根屬直根系，粗細懸殊較大，根長和總吸收表面積都小于須根系。懸殊較大，根長和總吸收表面積都小于須根系。根毛根毛 除洋蔥、胡蘿卜等少數植物沒有根毛或根毛少而除洋蔥、胡蘿卜等少數植物沒有根毛或根毛少而短之外，大多數農作物的根系都有根毛。根毛的存在短之外，大多數農作物的根系都有根毛。根毛的存在縮短了養分遷移到根表的距離，增加總吸收表面積。縮短了養分遷移到根表的距離，增加總吸收表面積。根毛的另一作用是加強共質體的養分運輸。根毛的另一作用是加強共質體的養分運輸。根根 毛毛根毛長度：根毛長度： 0.1-1.5 mm, 0.1-1

35、.5 mm, 直徑：直徑： 5-25 mol/L, 5-25 mol/L, 數量：數量：5 5 10107 7-5-510108 8 hairs/cmhairs/cm2 2 root surface, root surface, area of root surface increases 220 timesarea of root surface increases 220 times植物根系形態與施磷生長效應間的關系（地上部干植物根系形態與施磷生長效應間的關系（地上部干物重物重mg/mg/株）株） 植物種類植物種類 根形態根形態直徑（直徑（cmcm） 根毛根毛 施磷量（施磷量（mg/kgm

36、g/kg） 0 10 30 900 10 30 90羅漢松羅漢松龍龍 葵葵1 1 無無0.20.3 0.20.3 無無0.10.2 0.10.2 少量少量0.10.2 0.10.2 多而長多而長9 9 11 299 9 11 293 3 5 713 3 5 7110 16 38 6110 16 38 612 9 60 2432 9 60 2430 0鉀吸收速率鉀吸收速率 (pmolcm(pmolcm-1-1s s-1-1) )0.10.10.20.20.30.30.40.40.50.50 02020404060608080根毛園柱體的容積根毛園柱體的容積 (mm(mm3 3 /cm) /cm)

37、洋蔥洋蔥玉米玉米黑麥草屬黑麥草屬番茄番茄油菜油菜0.60.6在粉沙土壤上，植物根毛容積對吸在粉沙土壤上，植物根毛容積對吸K K+ +速率的影響速率的影響6 6種作物根系和根毛種作物根系和根毛 性狀的比較性狀的比較 作物種類作物種類 根半徑根半徑 （mm mm ） 0.108 0.108 0.124 0.124 0.056 0.056 0.107 0.107 0.225 0.225 0.1070.107 56056012701270890890165016501180118018101810根毛長度根毛長度（umum） 290 290 300 300 600 600 430 430 40 40

38、4040 根毛直徑根毛直徑 （umum） 5.7 5.7 4.8 4.8 3.9 3.9 4.3 4.3 11.0 11.0 4.0 4.0 根毛表面根毛表面/ /根表面根表面 0.7 0.7 1.6 1.6 3.8 3.8 2.5 2.5 0.2 0.2 0.3 0.3 小小 麥麥 萵萵 苣苣 蕎蕎 麥麥 蕃蕃 茄茄 洋洋 蔥蔥 胡蘿卜胡蘿卜根毛數根毛數（條（條/cm/cm根）根）根系深度與底層土壤養分的有效根系深度與底層土壤養分的有效性性 根系分布深度關系著植物從土壤剖面中獲取養分的深度根系分布深度關系著植物從土壤剖面中獲取養分的深度和有效空間。通常農作物的根深為和有效空間。通常農作物的根

39、深為50-100cm50-100cm。植物種類差異。植物種類差異和環境因素對根系分布深度有很大影響。和環境因素對根系分布深度有很大影響。春小麥不同生育期從各土層的相對吸磷率（春小麥不同生育期從各土層的相對吸磷率（% %）生育期生育期孕穗期孕穗期開花期開花期灌漿期灌漿期 舂小麥吸磷總量舂小麥吸磷總量（Kg/haKg/ha天）天）0.3450.3450.2650.2650.1450.145土層深度（土層深度（cmcm）83.3 8.1 5.9 2.783.3 8.1 5.9 2.758.8 17.8 16.3 7.158.8 17.8 16.3 7.167.4 15.5 12.0 5.167.4

40、15.5 12.0 5.1030 3150 5175 7690030 3150 5175 7690根系密度與養分空間有效性根系密度與養分空間有效性土層深度土層深度（cmcm）根系密度根系密度（cm/cmcm/cm3 3）養分供應的相對有效體積（養分供應的相對有效體積（% %）01001010107272 2 2磷磷 鉀鉀20 5020 505 125 12不同根密度情況下，土體向根供應磷、鉀的相對有效體積不同根密度情況下，土體向根供應磷、鉀的相對有效體積根系數量根系數量根毛根毛密度密度根冠比根冠比根體積根體積根表面積根表面積根毛根毛根系的重要形態參數根系的重要形態參數根系的代謝參數根系的代謝參

41、數根系陽離子代換量根系陽離子代換量根系代謝活力氧化力與還原力根系代謝活力氧化力與還原力根系的重要代謝參數根系的重要代謝參數根數計數法根數計數法根重：現已不常用，用稱重法根重：現已不常用，用稱重法根長：根長：直接法；用尺量直接法；用尺量間接法：方格交叉法間接法：方格交叉法隨意剪斷隨意剪斷當根總長大于米時，用厘米框格當根總長大于米時，用厘米框格當根長總長大于米時，用厘米框格當根長總長大于米時，用厘米框格根長根長11/1411/14交叉數交叉數框格邊長框格邊長根系參數的意義及其研究方法根系參數的意義及其研究方法根表面積最常用的參數根表面積最常用的參數直接法：根長直接法：根長平均直徑平均直徑間接法、光

42、電法、表面積儀間接法、光電法、表面積儀注意：）根不能重疊注意：）根不能重疊）不能透明，通常用染料加深）不能透明，通常用染料加深根系參數的意義及其研究方法根系參數的意義及其研究方法根系參數的意義及其研究方法根系參數的意義及其研究方法吸附法：把洗凈的根系浸入染料中，停留一定時間，吸附法：把洗凈的根系浸入染料中，停留一定時間，根據根系對染料的吸附量來估根據根系對染料的吸附量來估計根系表面積。計根系表面積。傷流量：傷流量：根壓的作用，與根系養分吸收關系密切：根壓的作用，與根系養分吸收關系密切：根莖離地面處切數，收集傷流液。根莖離地面處切數，收集傷流液。根系參數的意義及其研究方法根系參數的意義及其研究方

43、法根系氧化還原能力：根系氧化還原能力：植物生理學用已測定植物生理學用已測定萘胺法測定根系氧化力萘胺法測定根系氧化力法測定根系還原力法測定根系還原力（氮化三苯基四氮唑）（氮化三苯基四氮唑）根系參數的意義及其研究方法根系參數的意義及其研究方法根系活力研究法：根系活力研究法：根系陽離子代換量（）根系陽離子代換量（）用鹽酸代換用鹽酸代換用置換用置換測定濃度中氫離子濃度測定濃度中氫離子濃度根系參數的意義及其研究方法根系參數的意義及其研究方法土壤物理因素土壤物理因素土壤養分狀況土壤養分狀況土壤土壤pHpH與鈣、鋁等陽離子的濃度與鈣、鋁等陽離子的濃度有機物有機物影響根系生長的環境因素影響根系生長的環境因素（

44、一）土壤物理因素（一）土壤物理因素 土壤容重增加意味著緊實度變大，大孔隙減少，土壤容重增加意味著緊實度變大，大孔隙減少，根的伸長速度降低，平均直徑減少。主根伸長受阻根的伸長速度降低，平均直徑減少。主根伸長受阻會激發側根的發展，形成密集的表層根系。會激發側根的發展，形成密集的表層根系。 通常根系生長最適溫度范圍在通常根系生長最適溫度范圍在20250C20250C之間，土之間，土壤溫度過高或過低都可能抑制根系的生長。壤溫度過高或過低都可能抑制根系的生長。不同容重土壤上大麥幼苗根系生長情況不同容重土壤上大麥幼苗根系生長情況1.35g/cm31.50g/cm3根區溫度對馬鈴薯幼苗根形態和地上部生長的影

45、響根區溫度對馬鈴薯幼苗根形態和地上部生長的影響10oC15oC20oC25oC30oC35oC增加養分供應可促進根系生長。一般根系集中生增加養分供應可促進根系生長。一般根系集中生長在養分濃度較高的地方。適當深施肥料有利于根系長在養分濃度較高的地方。適當深施肥料有利于根系下扎和吸收下層土壤水分和養分。在局部根區提高養下扎和吸收下層土壤水分和養分。在局部根區提高養分濃度對根系形態有明顯影響，其中以供應硝酸鹽最分濃度對根系形態有明顯影響，其中以供應硝酸鹽最為突出。為突出。礦質養分的供應對根毛的長度和密度也有很大影礦質養分的供應對根毛的長度和密度也有很大影響。土壤硝酸鹽和土壤磷的濃度與根毛數目及根毛長響。土壤硝酸鹽和土壤磷的濃度與根毛數目及根毛長度之間呈負相關關系；而銨鹽的存在則增加根毛的密度之間呈負相關關系；而銨鹽的存在則增加根毛的密度與長度度與長度。（二）土壤養分狀況（二）土壤養