第四章 土壤-作物-养分系统的相互关系 1.土壤-作物-养分系统的相互关系了解了植物营养成分及其分类和作用，了解了植物吸收的过程和特点，我们现在必须探讨另一个重要课题。在农业生态系统，即土壤-
作物-
养分系统中，许多物理、化学和生物土壤特性之间存在着一定的关系。理解这些相互关系对于提高作物产量是绝对必要的。但是，这些过程当然不是完全孤立发生的，因此它们受到几个环境条件的影响:
温度、供水和其他。一般说来，矿物和有机胶体表面在这些过程中起决定性作用。 这些相互关系在大多数情况下是相当复杂的。首先，两种或两种以上的营养物质之间存在着各种各样的相互关系。但是，营养物质和耕作方式(
如耕作、病虫害和杂草控制等)
之间也存在相互关系。另一个重要的相互关系领域是养分率和给定的作物品种。最后但并非最不重要的是，我们必须提到营养和环境因素(
供水、温度等)
也以各种方式相互作用。 由于上述因素之间的相互作用也可以分为几种类型，情况就更加复杂了。第一种类型通常被称为零相互作用，这意味着在作物中观察到的产量反应等于各个因素单独产生的反应的总和。然而，积极的相互作用会产生一种屈服反应，这种屈服反应大于单独给予的反应的总和。最后，负相互作用是指作物的产量反应小于不同因素单独产生的反应的总和。 举一个营养物质之间正相互作用的例子，我们可以提到氮和钾。增加施氮量对产量的影响在钾源水平较高时较好。 在3个施钾水平下提高施氮量对大麦产量的影响。钾供应、地上部生长与植物养分含量的关系 梢的生长正交互作用:K
供给-
嫩枝生长负交互作用:
钾供应-
钙，镁供应和钾供应-
氨基酸 现在让我们看看最重要的关系是什么。首先是土壤因素。离子交换是植物养分供应的重要环节。这是一个可逆的过程，其中离子与其他离子交换(
具有相同的电荷)
从土壤的解决方案。离子交换可以有两种形式:
阳离子交换和阴离子交换。阳离子交换能力和阴离子交换能力是影响土壤养分有效性和土壤保持性的最重要的土壤化学性质(
表示为每100
克干土的(-)
毫当量= meq 100 g-1)
。常用的缩略语有:CEC
表示阳离子交换容量，AEC
表示阴离子交换容量。 非常值得注意的是，离子的性质决定了吸附强度和解吸条件。 另一个土壤因素，也是最重要的关系之一是缓冲能力，通常简称为BC。当植物根系从土壤中吸收离子时，吸附和交换离子将从交换位点被解吸。土壤溶液的浓度是由土壤的缓冲能力来维持的。通过向土壤溶液补充离子，可以保持土壤溶液中相对恒定的离子浓度。不同土壤的缓冲能力取决于阳离子交换能力(CEC)
和土壤有机质(SOM)
。因此，粘土矿物和腐殖质的数量将决定缓冲的程度。以2:1
粘土矿物为主的土壤具有较高的缓冲能力(BC)
，而砂土的缓冲能力较差。 表18
不同表面CEC
和AEC meq
每100g
干重的离子吸附能力 重点• •通常观察到双子叶植物比单子叶植物具有更高的CEC。 表19
不同土壤质地CEC meq/100g
干重典型CEC
值 土壤养分对作物供应能力的概念植物根系所能吸收的土壤养分的多少，往往在很大程度上取决于几种土壤和其他因素，如气候和其他环境条件等。然而，这些数量也受到施肥强度(
即土壤中添加的量)
和养分转化过程的影响。土壤有其养分动态特征:
保持、固定和向根系提供有效养分的能力。 重要的是要了解土壤中养分的转化是在移动和固定之间的动态平衡中进行的。这些过程包括被称为土壤有机质(SOM)
的有机物质的矿化或分解以及土壤微生物的化学固定和生物固定。 
移动性 固定性矿化 沉淀（不可溶物质）分解 生物固定 需要调动的营养素数量(A)
容易获得-
养分潜力(B)
养分能力(A+B) (C)
养分强度-
转化速率(w)
不同的字母表示以下内容:
需要动员的营养量为(A)
速效-
养分潜力称为(B)
，营养容量(A+B)
由(C)
表示。养分强度-
转化速率用(w)
表示。这些过程可以用以下简化的平衡来解释:
w1 =
移动率w2 =
固定率 重点:•
土壤养分转化过程是可逆的。•
当移动率与固定率相同时，即W1 = W2
，存在均衡。 2. 场地特征在土壤肥力中的作用 土壤有机质通常被称为SOM，在土壤肥力中起着极其重要的作用。它的多种功能可分为物理功能、化学功能和生物功能。土壤有机质的物理功能范围很广。土壤有机质一方面是植物养分的蓄水池，有助于提高土壤的持水能力。关于土壤有机质的另一个非常重要的事情是，稳定的腐殖质是抗降解的，如果我们考虑到全球每年流失的土壤量，这是一个非常重要的事实。最后，土壤有机质通过对作物有效形态的高养分储存能力和长期养分供应对土壤肥力起决定性作用。 土壤有机质的化学功能也同样重要。在不利环境条件下，保证了土壤的高缓冲能力。这也意味着它可以帮助减少酸化。同样值得注意的是，有机物表面对阳离子和阴离子都有很高的离子交换能力。因此，它可以减少浸出的养分损失，这是一个非常不利的过程，影响到世界各地的大片土地，因此减少了不断增加的人口的粮食生产能力。 土壤有机质的生物学作用是支持土壤微生物的活动，没有微生物的活动，就没有健康的土壤。土壤有机质一个非常典型的特征是它在分解的各个阶段都含有有机化合物。 氮N对土壤有机质的影响高施氮量可刺激土壤微生物活性，但会加快有机质分解速度。氮的添加会导致土壤中碳氮比的降低。在不受干扰的情况下，即没有任何农业活动的土壤中，碳氮比约为12:1
。在相似的土壤条件下，分解微生物的数量处于相对稳定的水平(
受氮供应的限制)
。如果施用高浓度的无机氮肥，微生物会分解更多的土壤有机质，从而降低土壤的碳氮比。如果有效土壤C
含量低，植物吸收的土壤N
含量就低。因此，施氮可能导致浸出增加，而不是植物吸收增加或微生物转化。氮肥施用效率明显降低，会对环境产生影响，即过量氮的浸出。 当C:N
比例高于25:1
时，也会导致养分的不平衡，即不可得氮形态的增加。在不利后果中，环境影响具有突出的重要性。 在适宜的土壤条件下，土壤有机质的分解有利于土壤碳氮比的平衡 土壤氮的快速和不利的分解可以通过增加碳来减少 决定土壤肥力的另一个因素是土壤pH值。某一特定土壤的pH
值以多种方式影响其肥力。首先，我们必须明白，土壤养分的有效性很大程度上取决于土壤的pH
值(
见第3
讲，第18
页)
。我们可以观察到的是，随着土壤酸度的增加，除钼(Mo)
以外的大多数营养元素的有效性降低，这可能成为土壤肥力的一个限制因素。pH
值低于5.5
时，可以看出Al3+
离子的毒性作用增强。pH
值低于或等于4.5 H+
时，毒性也会降低植物的生长。因此，我们可以得出结论，在合理的耕作条件下，通常需要在pH
值低于5.5
的条件下施用石灰。至于黎明的好处，我们可以说它有一些间接的影响。除钼外，还可提高养分利用率，促进硝化、共生固氮等。石灰还会增加土壤结构(
土壤颗粒)
的稳定性。 特别重要的是要注意，为了避免因土壤酸性而造成的产量损失，pH
值应该调整到6.0
以上!
土壤磷动态也受土壤某些特征的影响。在这里，我们可以讨论决定土壤磷(P)动态的主要土壤特性。 土壤磷的形态和比例取决于不同的特征，如母质、土壤形成的程度和强度(
土壤发生)
、土壤结构和耕作强度(
耕作、磷肥等)
。 大多数实验结果表明，无机磷(P)
的形式存在于50- 70%
，虽然它可能在10 - 90%
之间(Sharpley et al. 1987)
。 不同条件下，年化有机磷量有显著差异。例如，在温带地区的土壤中，它达到了5 - 20
公斤磷/
公顷，而在热带地区，它可能达到67 - 157
公斤磷/
公顷(Stewart & Sharpley 1987)
。这是因为在温暖潮湿的气候条件下，大量的有机磷被矿化了。 另一个重要的事实是磷(P)
对铁和铝的不溶性化合物的吸附和沉淀随土壤酸度的增加而增加。酸性土壤中固定的磷(P)
的单位表面积可能是中性或石灰性土壤中固定的磷(P)
的两倍!
土壤的质地和结构也很重要。肥沃的土壤具有良好的质地和良好的结构，这是易于耕作和最佳作物生长(
提供良好的水、氧和养分供应)
所必需的。 现在让我们看看这两项是什么意思。质地是指土壤中粘土、粉砂、砂的相对比例。另一方面，结构描述了土壤颗粒(
集合体)
的排列。 土壤质地和土壤结构的作用肥沃的土壤有良好的质地和良好的结构，这是易于种植和最佳作物生长(
提供良好的水、氧和养分供应)
所必需的。•
质地指的是粘土、淤泥和沙子的相对比例•
结构描述了土壤颗粒(
团聚体)
的排列。
