植物施肥的理论基础
第一节 植物的营养成分
一. 植物体的组成
植物体 水(75-95%)
干物质(5-25%)(占鲜体重)
干物质： 挥发性气态元素 C H O N (90%以上)
不挥发物质(灰分) P、K、Ca、Mg、S、Fe、Mn、Cu、Zn、Mo、B、Cl、Si、Na、Co、Al、Ni、V、Se等。
目前已在植物体内检出70余种矿质元素.
盐土中生长的植物含Na多，酸性土壤上的植物Al多，水稻.小麦等禾谷类作物Si多.马铃薯.甘薯含K多.豆科作物N多，籽粒中P K多于茎杆.茎杆中Ca Si Cl Na多于籽粒.
二. 营养元素的分类
(一). 必需营养元素： 营养元素在植物体内的含量不同，所引起的作用也不同，有些是偶然进入 植物体内，有些元素在植物体内含量很少，但是是不可缺少的(溶液培养可以鉴别).判断必需营养元素的三个依据
1. 如缺少某种营养元素，植物就不能完成生活史;
2. 必须营养元素的功能不能由其它营养元素代替;
3. 必须营养元素直接参入植物代谢作用.
同等重要律：必需营养元素在植物体内不论数量多少都是同等重要的.
不可代替律：任何一种营养元素的特殊功能都不能为其它元素所代替，
目前已发现16种必需营养元素：
大量营养元素： C H O N P K Ca Mg S(占植物干重的0.1%以上)。
微量营养元素： Fe Mn Cu Zn B Mo Cl(一般占植物干重的0.1%以下)。
大量与微量没有严格的界限，随着环境的变化微量元素含量可超过大量元素含量。
三．植物必需的矿质元素的生理作用
A．大量元素：
元素
N
吸收形式
氨态氮：NH4+；硝态氮：NO3＋、NO2＋；有机态氮（尿素）
生理作用
蛋白质的组成；核酸、磷酯、辅酶、叶绿素和一些维生素及植物激素；生物碱的组成
缺素病症
植株矮小；叶小呈淡黄色，尤其老叶更黄，影响叶绿素合成；叶片呈紫红色，影响蛋白质的合成，较多的糖积累，转为花青素
元素
P
吸收形式
正磷酸盐（H2PO4－）
生理作用
核酸、核苷酸组成成分；促进三大物质的转变、合成、运输。；提高植物的抗逆性（抗寒、抗旱）
缺素病症
深绿或紫红色；植株矮小；产量低
元素
K
吸收形式
K+（主要是离子形式）
生理作用
某些重要反应酶的活化剂；促进糖的合成、运输；提高植物的抗逆性（抗寒、抗旱）；促进气孔的开放
缺素病症
茎杆柔弱；叶片上有坏死的斑点；产量低
元素
S
吸收形式
SO42－
生理作用
形成含S氨基酸；是CoA、VB1、VB7成分
缺素病症
影响蛋白质的合成；影响叶绿素合成
元素
Ca
吸收形式
Ca2+
生理作用
某些酶的活化剂（水解酶）；构成细胞壁的中胶层（缺时会出现双核细胞；维持膜结构的稳定性；与向性运动有关，会引起系统的关闭；延缓作物的衰老、提高抗性，调节细胞质环流。
缺素病症
生长受抑制；幼嫩器官溃烂坏死
元素
Mg
吸收形式
Mg2+
生理作用
是叶绿素的组成成分；是某些酶的活化剂。
缺素病症
叶脉间变黄或紫红色；形成褐斑坏死
元素
Si
吸收形式
Si(HO)4
生理作用
1、以非结晶水化合物的形式沉积在内质网、细胞壁和细胞间隙，也可多酚类物质形成复合物成为细胞壁加厚的物质，增加细胞壁刚性和弹性。
缺素病症
极易受真菌感染，易倒伏。
B．微量元素：主要作为酶的成分和活化剂。
元素
Fe
吸收形式
氧化态铁（Fe3+）
生理作用
是氧化还原酶的成分；影响叶绿体的构造形成
缺素病症
幼叶黄叶病
元素
Mn
吸收形式
Mn2+
生理作用
是某些酶的活化剂；水的光解需要锰；维持叶绿体的结构
缺素病症
叶绿体结构破坏、解体
元素
B
吸收形式
BO33－、B4O72－、H2BO3－
生理作用
参与糖的运输；促进花粉的萌发的花粉管的伸长；有利于受精作用的顺利进行；抑制酚类化合物的形成
缺素病症
嫩芽和顶芽坏死
元素
Zn
吸收形式
Zn2+
生理作用
参与生长素的合成；参与叶绿素的合成；是某些酶的组分和活化剂。
缺素病症
节间短、莲丛状，叶小变形、缺绿。玉米花白呈病，果树小叶病
元素
Cu
吸收形式
Cu 2+
生理作用
许多氧化酶的组成成分；是质体蓝素（PC）的组成成分，参与光合电子传递
缺素病症
元素
Mo
吸收形式
Mo2+
生理作用
是硝酸还原酶的组分；是钼铁蛋白的组分。主要在氮代谢方面
缺素病症
元素
Cl
吸收形式
Cl-
生理作用
参与光合作用的水解过程；维持各种生理平衡
缺素病症
叶小、叶间干枯、黄化，最终坏死；根生长慢、根尖粗
元素
Ni
吸收形式
Ni2+
生理作用
脲酶组成成分；固氮脱氢酶的组成成分
缺素病症
叶尖出现坏死现象（叶尖处积累较多的脲）
元素
Na
吸收形式
Na+
生理作用
C4/CAM植物生长所必需的；对C3植物的生长好有益；部分代替K的作用（调节气孔开闭）
缺素病症
黄化和坏死
第二节 植物的营养特性
一. 植物营养的共性
共性： 所有植物生长发育必需16种元素。
个性： 植物不同生育期，不同植物所需养分差别，如水稻Si，豆科植物Co，块茎、块根类植物K。豆科植物需N少。棉、麻Na。油菜、糖用甜菜B等。
肥料不同的形态：水稻在营养生长期适于NH4-N，到生殖生长期则适于NO3-N。烟草则以NO3-N 较合适.不仅可提高产量，而且还可改善品质，增强燃烧醒。
花卉硝酸盐型：一串红、百日草、牵牛。
共存型： 香石竹、秋海棠、百合类20-40%铵态氮
共用型： 唐菖蒲
二. 植物各生育期的营养特性
1、植物营养期： 植物通过根系由土壤中吸收养分的整个时期，就叫植物营养期.
2、植物营养阶段性： 一般作物吸收三要素的规律是： 生长初期吸收的数量和强度都较低，随着生长期的推移，对营养物质的吸收逐渐增加，到成熟阶段，又趋于减少.
3.植物营养临界期： 是指营养元素过多或过少或营养元素间的不平衡，对于植物生长发育起着明显不良的那段时间。磷的临界期在幼苗期。
4．植物营养最大效率期：最高生产效率期。对于氮素来说，玉米氮素最大效率期在喇叭口到抽穗初期； 小麦氮素最大效率期在拔节到抽穗期；棉花氮素最大效率期是在开花结铃期。
三. 植物营养的选择性
植物常根据自身的需要对外界环境中的养分有高度的选择性.一般土壤Si、Fe、Mn含量较多，而植物吸收很少；相反，土壤中N、P、K 含量较少，植物却需要很多。因而施入的肥料必然会出现阴阳离子吸收不平衡的现象.
由于植物的选择性吸收肥料中的某一离子，而使土壤变酸或变碱的肥料称为生理酸(碱)性肥料. (NH4)2SO4生理酸性肥料 NaNO3生理碱性肥料.
四. 植物根系的特性
1. 根的阳离子交换量(CEC)：每百克干重(根)所含全部交换性阳离子(Ca、Mg、K、Na)的毫克当量数，称为根的阳离子交换量。
作物吸钙的能力：是指作物能吸收难溶性磷酸盐中磷的能力.
根的CEC较大的作物，对难溶性磷酸盐具有较大的吸收能力，因为它与Ca的结合能力较大，故能利用难溶性磷酸盐中的磷，根据CaO/P2O5的比率来衡量这一能力。
CaO/P2O5>1.3作为可利用难溶性磷的一个生理指标，各种作物对磷灰石的相对感应的递减次序为： 萝卜菜>大豆>豌豆>荞麦>小白菜>番茄>燕麦>紫苜蓿>菠菜>黑麦草
五. 根际和根内微生物与作物营养的关系.
根际：是指作物根系对土壤理化、生物性质能产生显著影响的那部分特殊的”根区域”，通常指根表周围1-4mm土壤。
各种作物生长期间，根部常分泌各种代谢产物，由于作物种类不同，以及不同的生育期，其代谢方式不同，所以根部分泌的种类和数量也是经常更换着的.
小麦根分泌物有各种糖，氨基酸.有机酸.核苷酸和酶;豆科植物根分泌物有含氮化合物，氨基酸.酰胺比禾本科植物要多些，因此与根部相适应的微生物无论在种类或数量上必然也会更替改变着.在一般情况下，分布在根群附近的微生物比其它部分要多10倍或数十倍。微生物参入植物的营养作应，不少微生物能把有机质矿质化，产生大量CO2和无机养分，根际微生物能间接地供给植物养分。
细菌化营养类型： 固氮菌。
真菌化营养类型：菌根，不仅能吸收水分和养分，转而营养植物，有的还能形成生长素，促进植株根系生长。植物接种菌肥，如： 根瘤菌剂.固氮菌剂以及菌根的菌剂，以利于作物的生长。
五．合理施肥的生理基础——施肥增产的原因
促进光合作用，增加光合产物积累。施肥可扩大叶面积，提高叶绿素含量，延长叶片寿命，提高光合性能，改善光合产物的分配利用，提高经济系数。
调节代谢和生长发育
N：促进营养生长；P、K促进光合产物运输到其它器官。
因此，茎叶为主的蔬菜：N；种子、块根、块茎为主：N、P、K。
改善土壤环境
如有机肥可改善土壤结构，改善土壤温度、pH值、使土壤水气热协调，促进土壤微生物的活动。
第三节 影响植物吸收养分的外界环境条件
环境对于植物和动物都有影响，但接受方式不一样，动物能动地避免，寻求合适的环境，植物只能被动地、有限地改变一些生理状况来适应。
一. 光照
1. 能量的供应： 吸收养料需要能量，光照充足，光合作用强度大，吸收的能量多，养分吸收也多；
2. 酶的诱导和代谢途径上需要光照、硝酸还原酶的激活需要光；
3. 蒸腾作用： 光可调节叶子气孔的开关，而影响蒸腾作用。
二. 温度
低温对植物的作用主要表现为：①影响呼吸②增大原生质粘性③影响微生物活动，从而影响主动吸收。
在一定温度范围内，温度增加，呼吸作用加强，植物吸收养分的能力也随着增加。植物根系要求适宜的土壤温度为15-25℃。大麦根际温度以18℃ 为好，棉花28-30℃，玉米25-30℃，水稻30-32℃，马铃薯20℃，烟草22℃，甜瓜、西瓜、甜椒、番茄、茄子、菜豆适温28-34℃，洋葱、胡萝卜、甘蓝等适温24-30℃。
温度对小麦幼苗吸收钾的影响
三. 水分
水分对植物养分有两方面的作用：一方面可加速肥料的溶解和有机肥的矿化，促进养分释放；另一方面释放土壤中养分的浓度，并加速养分的流失。所以雨天不宜施肥，钾肥在不正常气候条件下的肥效远远超过正常年份，这是由于钾能增强作物抗胁迫性。
四. 通气
通气有利于有氧呼吸，也有利于养分的吸收，因为有氧呼吸可形成较多的ATP，供阴阳离子的吸收，反之，土壤排水不良，呈嫌气状态，作物非但吸收养分少，甚至根部还有外渗，排水通气后才能恢复，施肥常结合中耕除草，促使作物更好地吸收养分，提高肥料的利用率。
五. 土壤反应
①直接影响：由于组成细胞质的蛋白质是两性电解质，在酸碱环境中带电荷不同，对外液中离子的吸收也不同。（pH较低时，带正电荷，利于吸收阴离子；pH较高时，带负电荷，利于吸收阳离子）
②间接影响：pH影响溶液中养分的溶解或沉淀。碱性环境中，Fe、Ca、Mg、Cu、Zn等形成不溶性化合物，被吸收减少；酸性环境中，PO4、K、Ca、Mg易溶解，但植物往往来不及吸收，就被雨水冲走，因此，酸性土壤易缺上述四种元素。
PH的间接影响比直接影响更大。
土壤反应直接影响土壤微生物的活动(生物作用)和土中矿物质的溶解和沉淀(化学作用)因而间接影响了土壤中有效养分的多寡。
氮： 氨化作用最适反应pH 6.6-7.5
硝化作用 6.5-7.9
氮的固定作用 6.0-7.8
总的反应约在6.0-8.0范围内，土壤在此反应范围内，土壤中有效氮含量较多。
磷： 磷在土壤中，pH以5.5-6.5最适当.
钾、钙、镁：pH值在6.0以上时含量增加.
硫： 酸性土壤中往往缺硫.
微量元素： 酸性土壤中Fe、Mn、Cu、Zn含量较多，pH超过6.0时，土壤有效钼含量增高。
B的情况较复杂， 4.7-6.7时有效性最高。施用石灰，有利于微生物繁殖，引起作物竞争养分包括B，过量的石灰又影响作物对硼的吸收。
六.养分浓度
植物对土壤溶液中某些养分的吸收速率，决定于该养分的浓度，这种关系不是直线关系，而是一种渐近曲线。
七. 离子间的相互作用
离子间的拮抗作用： 是指某一离子的存在能抑制另一离子的吸收。
如 Ca2+对Mg2+ 、H+、Al3+、Mn2+、K+
Mg2+对K+、Ca2+、 Zn2+、 Mn2+
Fe3+或Fe2+ 对Zn2+、 Mn2+
K+对Mg2+ 、Ca2+ 、NH4+
PO43-对 Zn2+（化学反应生成沉淀，降低吸收）
Cu2+对Mo2+
NO3- —Cl- ——H2PO4-之间相互拮抗
离子间的协助作用：某一离子的存在能促进另一离子的吸收。
某一离子的存在，能促进另一离子被吸收，叫做离子间的协助作用。据研究表明，钙离子在低浓度度情况下能促进K+、NH4+等一价阳离子的被子吸收。但浓度太大则有抑制作用。阴离子对阳离子一般都有协助作用。如Cl-能促进K+的被吸收，NO3-可促进Mg2+的被吸收。
八. 耕作管理
耕作管理方式也对植物对矿质营养的吸收有重要作用。
第四节 施肥的基本原理
一、 养分归还学说
第一、随着作物的每次收获（包括籽粒和茎杆）必然要从土壤中取走一定的养分，
第二、如果不正确地归还养分于土壤，地力必然会下降；
第三、要想恢复地力，就必需归还从土壤中取走的全部 东西；
第四、为增加产量，就应该向土壤中施加灰分元素
二、 最小养分律（李比西1843年）
植物为了生长发育，需要吸收各种养分，但是决定植物产量的却是土壤中那个相对量最小的有效养分，无视这个限制因素，即使继续增加其它营养成分，也难以提高产量。
我国建国初期缺N、60年代缺磷、70年代缺钾、目前缺微量元素。
三 限制因子律
是最小养分律的引用和发展，1905年美国布来克曼（Blakman）将其扩大到养分以外的生态因子如光照、温度、水分、空气、养分和机械支持等。其内容是：增加一个因子的供应，可以使作物生长增加，但是遇到另一生长因子不足时，即使增加前一因子也不能使作物生长增加，直到缺乏的因子得到补充，作物才能继续增长。
四、 报酬递减律与米采利学说，
报酬递减律是一个经济学上的学说，一般表述是：从一定土地上所得报酬随着向该土地投入的劳动和资本量的增大而有所增加，但随着投入的单位劳动和资本量的增加，报酬的增加却在逐渐减少，亦即最初的劳动和投资所得到的报酬最高，以后递增的单位投资和劳力所得报酬是渐次递减的。德国的农业化学家米采利希（ E.A.Mitscherlich 1909）等人通过燕麦施用磷肥试验证明：
1、在其它技术相对稳定的前提下，随着施磷量的渐次增加，燕麦的干物质量也随之增加，但干物质的增产量却随施肥磷量的增加而呈递减趋势，这与报酬递减律相一致。
2、增加一个单位某一生长因素（其它生长因素恒定时），所引起作物产量增长率与该因素所能达到的最高产量和现有产量之差成正比。
附：有关植物生产以及施肥的参考资料
表1、主要作物百公斤产量所吸收氮磷钾养分量
作物
氮（N）
磷（P2O5）
钾（K2O ）
作物
氮（N）
磷（P2O5）
钾（K2O ）
冬小麦
3.00
1.25
2.50
卷心菜
0.41
0.05
0.38
春小麦
3.00
1.00
2.50
胡萝卜
0.31
0.10
0.50
大麦
2.70
0.90
2.20
茄子
0.33
0.10
0.51
荞麦
3.30
1.60
4.30
番茄
0.45
0.51
0.52
玉米
2.68
1.13
2.36
黄瓜
0.40
0.35
0.55
油菜
5.80
2.50
4.30
萝卜
0.60
0.31
0.50
谷子
2.50
1.25
1.75
洋葱
0.27
0.12
0.23
高粱
2.60
1.30
3.00
芹菜
0.16
0.08
0.42
水稻
2.10
1.25
3.13
菠菜
0.36
0.18
0.52
棉花
5.00
1.80
4.00
甘蔗
0.19
0.07
0.30
烟草
4.10
1.00
6.00
大葱
0.30
0.12
0.40
芝麻
8.23
2.07
4.41
苹果
0.30
0.08
0.32
花生
6.80
1.30
3.80
梨
0.47
0.23
0.48
大豆
7.20
1.80
4.00
柿
0.54
0.14
0.59
甘薯
0.35
0.18
0.55
桃
0.45
0.25
0.70
马铃薯
0.50
0.20
1.06
葡萄
0.55
0.32
0.78
甜菜
0.40
0.15
0.60
西瓜
0.25
0.081
0.286
注：大豆、花生等豆科植物主要借助根瘤菌固定空气中的氮素，从土壤中吸取的氮仅占1/3左右；块根、块茎为鲜重，籽粒为风干重。
表2 每公斤养分折合不同肥料重量（公斤）
养分
肥料名称
数量
养分
肥料名称
数量
养分
肥料名称
数量
氮
N
尿素
2.2
五
氧
化
二
磷
P2O5
过磷酸钙
7.1
氧
化
钾
K2O
氯化钾
2.0
硫铵
5.0
三料过磷酸钙
2.2
硫酸钾
2.0
碳酸氢铵
6.0
硝酸钾
2.2
氯化铵
4.2
钙镁磷肥
7.1
磷酸二氢钾
2.4
硝酸铵
3.0
磷一铵
2.0
石灰氮
5.0
磷二铵
2.2
磷一铵
8.3
磷酸二氢钙
3.2
磷二铵
5.5
表3、肥料主要成分、性质养分含量和当年利用率参考数据表
肥料
氮（N）
磷（P2O5）
钾（K2O ）
性质与使用
利用率（% ）
猪马圈肥
0.5%
0.25%
0.6%
迟效、微碱性、作基肥
20~30
土圈肥
0.2%
0.2%
0.7%
迟效、微碱性、作基肥
10~20
堆肥
0.5%
0.2%
0.6%
迟效、微碱性、作基肥
20~30
人粪肥
0.6~0.8%
0.3%
0.25%
迟效、微碱性、作基肥
30~40
羊圈肥
0.83%
0.23%
0.67%
迟效、微碱性、作基肥
20~30
炕肥
0.1~0.4%
0.1~0.2%
0.3~0.8%
速效、微碱性、作基肥
20~30
鲜苜蓿
0.72%
0.16%
0.45%
迟效、微酸性、作基肥
20~30
鲜紫穗槐
1.3%
3.0%
0.75%
迟效、微酸性、作基肥
20~30
草木灰
1.8%
0.93~1.04%
2.24~6.41%
速效、碱性、基、追肥
20~30
硝酸钠
15%
速效、碱性追肥水田不宜
20~30
尿素
46%
速效、中性、基追肥
50
过磷酸钙
14~16%
速效、酸性、基种追肥
20~30
钙镁磷肥
18%
9~10%
迟效、基肥
15~20
磷酸二铵
46%
速效、弱碱性、基追中肥
30
氯化钾
50~60%
酸性、基种肥忌用于烟草
40~50
硫酸铵
20~21%
酸性、速效、基种追肥
60
硝酸铵
34%
中性、速效、种追肥
60
碳酸氢铵
17%
速效、碱性、基追肥
30
