土壤化学与农牧业
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发布时间：2022-05-07 09:46
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时间：2023-07-31 07:05
土壤不仅是植物生长的载体，也是植物所需营养元素的主要来源。作物生长离不开土壤养分，而土壤中各种养分的供给水平关系到作物的产量和品质。因此，土壤肥力水平、土壤养分的来源和形态，不仅影响了土壤养分的丰缺状况，同时也是作物产量和品质重要的控制因素。
（一）植物营养及植物养分的吸收
1.植物营养元素的类型
目前，国际公认的植物必需营养元素有16种，其中C、H、O、N、P、K为大量营养元素，Ca、Mg和S为中量营养元素，这9种元素在植物中的含量约大于植物干重的0.1%。Cu、Fe、Zn、Mn、B、Mo、Cl为微量营养元素，它们在植物干重中的含量一般小于0.1%。除上述16种元素外，还有一些对某些植物有益的元素，如Si、Na、Co、Ni、V、Se、Al、Ti、稀土元素等。Si和Mg是植物生长必需的元素，缺Si或Mg时植物易倒伏。Na是某些盐土植物必需的元素，在非盐土植物中，Na也具有部分取代K的功能。稀土元素具有促进植物种子生根发芽的作用。
在植物必需的营养元素中，C、H、O主要来自大气和水，除某些植物可通过固氮作用直接从大气中获得氮外，其他的营养元素主要从土壤中获取。一般来讲，农耕土壤中N、P、K的有效供应量少，而作物的需求量大，必须通过施肥来满足作物的需求。因此，N、P、K被称为植物营养三要素或肥料三要素。有些植物生长对某些微量元素需求量较大，若土壤中这些元素含量不足，可通过施用含微量元素肥料来满足植物的需求。
虽然植物体内营养元素的数量差别较大，但它们在植物的生长发育过程中所起的作用是同等重要的，某些元素的特殊生理功能是不能被其他元素所替代的。如氮是蛋白质的主要成分，植物体内细胞的形成和增长都必须有蛋白质。当植物体内氮的含量不足时，蛋白质的合成受到影响导致植物体内叶绿素的含量减少，植株生长缓慢，严重时叶片小且发黄，种子小而少，粒重低，只有通过施用氮肥才能缓解上述症状。
2.植物对养分的吸收
植物主要是通过根系从土壤中吸收养分的。根系从土壤中吸收养分后的供应方式有两种。一种是单向供应，即由根部将养分供应给茎和叶，这是多数植物输送养分的方式。另一种是双向循环，由根部吸取养分后，先输送至茎部和叶部，再将多量养分输回根部，如马铃薯等。
（二）土壤养分的来源及养分的有效性
1.土壤养分的来源
土壤中养分的主要来源有：①土壤中无机矿物通过风化作用释放养分；②土壤中有机质分解提供养分；③土壤中由生物的固氮作用获得养分；④通过施肥补充养分；⑤大气降水或灌溉带入养分；⑥植物根系从深层土壤聚集养分。在耕作过程中，施肥已经成为土壤养分的重要来源和确保作物高产、稳产等的基础。
2.养分的有效性及其影响因素
土壤中养分的有效性是指土壤中可被植物直接吸收利用的特定形态的养分。土壤中养分的形态有：水溶态养分、交换态养分、有机态养分、缓效态养分和无效态。其中水溶态养分和交换态养分统称为速效养分。
土壤中速效养分的数量是评价土壤养分的供给能力和判断是否需要施肥的重要依据。同时，植物缺乏营养时的一些症状也能反映土壤中养分的丰缺状况，当植物缺乏某些大量必需元素时，其症状先从下部老叶表现出来，而植物缺乏某些微量元素时，其症状先从上部嫩叶上表现出来。只有把植物缺乏营养的症状同土壤和植株中元素的测定结合起来，才能科学合理的指导施肥。我国土壤中N、P、K养分和微量元素养分的分级分别见表5-4和表5-5。
表5-4 土壤供氮、磷、钾丰缺指标
表5-5 土壤中微量元素的丰缺指标（10-6）
影响土壤养分有效性的因素主要有：土壤pH、Eh、土壤的水分、土壤的通气性、土壤中有机质和粘土矿物的含量等。
土壤pH与养分有效性之间的关系见图5-1。在有机土壤中，当pH为5.5左右时，土壤养分的有效性普遍较高。在矿质土壤中，当pH为6.5左右时，N、P、K、Mg的有效性较高；当pH为5.5～6.0时，Cu、B的有效性较高；当pH为酸性时，Al、Fe、Mn、Zn的有效性较高；当pH为碱性时，Ca、Mo的有效性较高。
氧化还原电位（Eh）制约变价元素的有效性。在同一pH条件下，还原态的溶解度要比氧化态的高。
土壤中的有机质可与土壤中的元素形成络合物或螯合物，并具有不同的稳定性。如铜、铁等元素与腐殖酸形成的螯合物的稳定顺序为：Cu＞Fe＞Ca＞Zn＞Mn＞Mg。螯合或络合物越稳定，其养分的有效性越低。
图5-1 土壤的pH与养分有效性的关系
土壤水分对土壤溶液中的养分有稀释作用。在旱地土壤中，水分过多，养分的有效性降低。
各种养分对土壤通气性的敏感度为：K＜N＜P＜Ca＜Mg。通气性通过控制Eh来影响养分的有效性。通气性大，养分的有效性好。
3.地球化学在农牧业生产中的应用
地球化学在农业区划、种植业结构调整、土壤环境质量评价、农产品品质的提高、土壤改良、矿物饲料开发等领域得到了广泛的应用。
（1）因地施种，发展名优特农产品
农作物之所以能在某一区域或地区成为优势作物，是由于农作物在生长过程中适应了当地的气候、土壤等环境条件，形成了农作物对特定生态环境的良性依存，此即所谓的农作物的地域选择性。“隔界不长、易地而竭”，指的就是植物与地域依存关系。尽管育种、栽培条件、土壤类型等相似，但只要离开某地区，农作物就会发育不良，甚至品质退化，许多名优特农产品因仅局限于某些特定地区而成了土特产品。因此，应通过农产品生长的地质地球化学背景研究，查明制约名优特农产品品质的主要因素，创造名优特农产品生长的条件，扩大名优特农产品的种植面积，提高经济效益。据吴功建（2001）报道，我国的优质烟草产于碳酸钙含量低，钾含量较高，有效态B、Mn、Cu、Zn较高的中性土壤中；名茶产在高K，有效态Zn、Cu、B高的酸性土壤中。
（2）合理施肥，提高农产品的品质
在环境因素中，土壤肥力是影响农产品品质的重要因素。提高农产品品质的途径有：改良农产品的品种，培育新的品种，调整种植结构和合理施肥等。合理施肥是使土壤中的养分供应达到最佳水平的主要保证。
合理施肥的依据在于对土壤中有效态养分的含量和土壤提供养分的能力进行测定，并结合农作物对某些养分具选择性吸收的特点和元素之间的相互作用，提出科学合理的施肥方案。这是发展优质高效农业的方向。还应指出，无机和有机肥的合理配比是科学施肥的重要保证。过量施用无机肥将导致农产品质量下降。
（3）地球化学与牧业生产
牧草是农牧结合的纽带，是牧业生产的物质基础，目前，世界上60%的畜产品是由牧草转化而来，所以，牧草的质量关系到能否向人类提供量多、质优、价廉、安全的畜产品。
在草地生态环境中，食草动物主要是通过土壤-饲料（粗饲料和精饲料）-动物这一途径获取营养的。土壤中某种元素特别是微量元素缺乏或过量会通过食物链对食草动物产生影响，造成畜牧业生产下降和产品质量降低。如在澳大利亚、新西兰、美国等国，已发现土壤和牧草中缺Co会使羊患消瘦病。土壤中过量的Mo可引起牛的腹泻，而且Mo过量还会诱发缺Cu；食草动物摄入Se不足时，会患白肌病，但摄入的Se过量时，食草动物会患急性“碱化病”和“眩晕病”。
牛、羊等反刍动物具有独特的消化功能，因而能够利用粗纤维较高的牧草等粗饲料，所以，牛、羊等食草动物的饲养多采用以粗饲料为主，粗饲料中营养不足部分在用精饲料来补充的方法。在我国，由于过度放牧和自然环境的恶化，草场的退化比较严重。在目前放牧和相对集中喂养的生产模式下，对牛、羊的牧草饲料的质量提出了更高的要求。提高牧草质量的主要途径有：选用优质牧草品种，提高土壤肥力、加强管理等。地球化学在牧业生产的应用研究中，首先要查明草地生态环境中必需微量元素的供应水平和营养的平衡状况，然后针对元素的丰缺状况提出补救措施，以促使牧业生产的健康发展。
