土壤与植物生长

LM0318 2012-03-07

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土壤与植物生长

一粒种子落人士中，在适当的条件下，它就要发芽、生根，长成一棵植物，在经历几个生育阶段以后，它又会结出丰硕的籽实。在植物生长的过程中，它需要各种生活条件，如空气、热量（温度）、光、机械支撑、养分和水分。
植物在沙地里不能很好地生长，因为它们从沙里得不到足够的水分。植物在粘土里也不能很好地生长，粘土里保存有太多的水，它的颗粒间的小孔隙都充满了水，没有地方可以再容纳空气。使得植物的根无法适当地进行呼吸，根会腐烂。

沃土是最佳类型的土壤，因为它含有适量的水、空气和养分，使植物能健康茁壮地生长。就养分来讲，它对植物所起的作用，犹如人类需要粮食一样重要。养分供应不足，常是产量不能进一步提高的重要因素。为了增产就必需供给植物充足的养分。在土壤养分不足的情况下，就得通过施肥来满足植物对养分的要求。

植物必需的营养元素

植物生长发育必需供给16种化学元素，否则植物就不能维持生命。最早发现的10种必需元素是碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、磷（P)、钾（K）、钙（Ca）、镁（Mg)、硫（s）、铁（Fe）。后来由于科学实验方法的不断改进，所使用的试剂纯度和培养器皿质量的提高，减少了杂质混入营养溶液的可能性，人们发现要使植物正常生长发育，除以上10种元素外，还应包括硼（B）、锰（Mn）、铜（Cu）、锌（Zn）、钼（Mo）以及氯(Cl) 这6种化学元素。所有这16种化学元素就称为必需营养元素。
碳（C)、氢（H）、氧（O）存在于大气和水中，它们被用于光合作用。光合作用产生各种有机物，它在植物体中占大多数。二氧化碳、水或光不足都会降低作物的生长。

   来自土壤的13种矿质营养元素，可分成三类：
     大量营养元素：氮、磷、钾。
     中量营养元素：钙、镁、硫。
     微量营养元素的含量则只占干物质重量的千分之几以到十万分之几。它们是铁、硼、锰、铜、锌、钼、氯七种。
     由于作物利用大量营养元素数量较大，这些元素通常在土壤中容易出现短缺。中量营养元素和微量营养元素的利用量小，不常表现缺乏。但是在作物产量提高后，一些中量和微量元素也会缺乏。另一方面，各种土壤供给养分的能力是不相同的。这主要是受成土母质种类和土壤形成时所处环境条件等困素的影响，使它们在养分的含量上有很大差异，尤其是植物能直接吸收利用的有效态养分的含量更是差异悬殊。

在各种营养元素之中，氮、磷、钾三种是植物需要量和收获时带走量较多的营养元素，而它们通过残茬和根的形式归还给土壤的数量却不多。因此往往需要以施用肥料的方式补充这些养分。

正常与缺氮的大麦

缺氮的叶细小，淡黄，老叶尖干枯，基部叶片枯黄

氮

氮是植物生长的必需养分，它是每个活细胞的组成部分。植物需要大量氮。
氮素是叶绿素的组成成分，叶绿素a和叶绿素?都是含氮化合物。绿色植物进行光合作用，使光能转变为化学能，把无机物（二氧化碳和水）转变为有机物（葡萄糖）是借助于叶绿素的作用。葡萄糖是植物体内合成各种有机物的原料，而叶绿素则是植物叶子制造“粮食”的工厂。氮也是植物体内维生素和能量系统的组成部分。
氮素对植物生长发育的影响是十分明显的。当氮素充足时，植物可合成较多的蛋白质，促进细胞的分裂和增长，因此植物叶面积增长炔，能有更多的叶面积用来进行光合作用。
此外，氮素的丰缺与叶子中叶绿素含量有密切的关系。这就使得我们能从叶面积的大小和叶色深浅上来判断氮素营养的供应状况。在苗期，一般植物缺氮往往表现为生长缓慢，植株矮小，叶片薄而小，叶色缺绿发黄。禾本科作物则表现为分孽少。生长后期严重缺氮时，则表现为穗短小，籽粒不饱满。在增施氮肥以后，对促进植物生长健壮有明显的作用。往往施用后，叶色很快转绿，生长量增加。但是氮肥用量不宜过多，过量施用氮素时，叶绿素数量增多，能使叶子更长久地保持绿色，以致有延长生育期、贪青晚熟的趋势。对一些块根、块茎作物，如糖用甜菜，氮素过多时，有时表现为叶子的生长量显著增加，但具有经济价值的块根产量却少得使人失望。

作物需氮量（每生产100千克产品的氮需要量，kg）

水稻	2.1
小麦	3.1
玉米	2.6
棉花	15.6
油菜	6.2

我国土壤全氮含量的分布

植物养分的主要来源是土壤。我国土壤全氮含量的基本分布特点是：东北平原较高，黄淮海平原、西北高原、蒙新地区较低，华东、华南、中南、西南地区中等。大体呈现南北较高，中部略低的分布。但南方略高主要指水稻土，旱地含氮量很低。
    一般认为土壤全氮含量<0.2%即有可能缺氮，从右图可知，我国大部分耕地的土壤全氮含量都在0.2%以下，这就是为什么我国几乎所有农田都需要施用化学氮肥的原因。
   我国农田相对严重缺氮的土壤主要分布在我国的西北和华北地区。如果把土壤全氮含量等于 0.075% 作为严重缺氮的界限，严重缺氮耕地超过面积一半的有山东、河北、河南、陕西、新疆等五个省区。

磷 你知道吗？

磷在植物体中的含量仅次于氮和钾，一般在种子中含量较高。磷对植物营养有重要的作用。植物体内几乎许多重要的有机化合物都含有磷。
磷在植物体内参与光合作用、呼吸作用、能量储存和传递、细胞分裂、细胞增大和其他一些过程。
磷能促进早期根系的形成和生长，提高植物适应外界环境条件的能力，有助于植物耐过冬天的严寒。
磷能提高许多水果、蔬菜和粮食作物的品质。
磷有助于增强一些植物的抗病性。
磷有促熟作用，对收获和作物品质是重要的。

正常与缺磷的水稻

缺磷的稻苗（右），生长矮小，直立，叶色暗绿。

作物需磷量(每生产100千克产品的磷需要量，kg）

水稻	0.4
小麦	0.5
玉米	0.4
油菜	0.9

我国缺磷土壤的分布

我国缺磷土壤面积约为10.09亿亩，主要是北方石灰性土壤、东北白浆土、红壤、紫色土和低产水稻土。所谓缺磷土壤一般是指土壤有效磷(P)小于10mg/kg的土壤。从左图可以看出，缺磷土壤面积大于该省区耕地面积75%的省份遍布我国东南西北，这就是磷肥为我国第二大化肥工业的根本原因。

钾
钾是植物的主要营养元素，同时也是土壤中常因供应不足而影响作物产量的三要素之一。农作物含钾与含氮量相近而比含磷量高。且在许多高产作物中，含钾量超过含氮量。钾与氮、磷不同，它不是植物体内有机化合物的成分。迄今为止，尚未在植物体内发现含钾的有机化合物。钾呈离子状态溶于植物汁液之中，其主要功能与植物的新陈代谢有关。

土壤供钾水平不同对水稻缺钾的影响
由左至右依次是：正常，轻度缺钾，严重缺钾，长势递减，老叶枯黄的程度递增。

    钾能够促进光合作用，缺钾使光合作用减弱。钾能明显地提高植物对氮的吸收和利用，并很快转化为蛋白质。钾还能促进植物经济用水。由于钾离子能较多地累积在作物细胞之中，因此使细胞渗透压增加并使水分从低浓度的土壤溶液中向高浓度的根细胞中移动。在钾供应充足时，作物能有效地利用水分，并保持在体内，减少水分的蒸腾作用。
    钾的另一特点是有助于作物的抗逆性。钾的重要生理作用之一是增强细胞对环境条件的调节作用。钾能增强植物对各种不良状况的忍受能力，如干旱、低温、含盐量、病虫危害、倒伏等。
     植物最常见的缺钾症状是沿叶缘的灼伤状，首先从下部的老叶片开始，逐步向上部叶片扩展。缺钾植物生长缓慢，根系发育差。茎杆脆弱，常出现倒伏。种子和果实小且干皱。植株对病害的抗性低。

作物需钾量（每生产100千克产品的钾需要量，kg）

水稻	1.8
小麦	1.7
玉米	1.8
油菜	3.8
大豆	2.8

我国缺钾土壤的分布

虽然大多数土壤含有大量的钾，但是在整个生长季节中对植物有效的比例很小。对植物生长有效的有两种土壤钾：存在于土壤水中的可溶性钾和疏松地被土壤粘粒和有机质以可交换态保持着的交换性钾。土壤交换性钾是衡量土壤钾素供应能力的重要指标。一般来说，土壤交换性钾低于100mg/kg,就有可能缺钾。我国目前缺钾土壤主要集中在海南、广东、广西、江西。这几个省缺钾面积都在75%以上，其次是福建、浙江、湖南、湖北和四川，而广大的东北、西北和西藏等地区缺钾所占比例小于25%。

中量和微量营养元素

钙

正常与缺钙的水稻根系
缺钙（右）的根系少而短，新根长出
后，根尖即坏死变褐。

植物功能：钙能促进根和叶子发育，形成细胞壁的化合物，加固了植物结构。钙有助于减少植物中的硝酸盐。钙不仅能影响代谢作用，而且能中和代谢过程中所产生的有机酸，起到调节体内pH值的功能。它能消除某些离子过多所产生的毒害。对酸性土，它能减少土壤中氢离子（H）、铝离子（Al）的毒害；对碱性土它能减少钠离子（Na”）过多的毒害。
缺钙症状：缺钙时，植株矮小，根系生长很差，茎和根尖的分生组织受损。严重缺钙时，植物幼时卷曲，叶尖有粘化现象，叶缘发黄，逐渐枯死，根尖细胞则腐烂、死亡。植物缺钙往往并不是土壤缺钙，而是由于植物体内钙的吸收和运输等生理作用失调而造成的。

土壤中的钙：我国土壤全钙含量不同的地区差异很明显。高温多雨湿润地区，不论母质含钙多少，在漫长的风化、成土过程中，钙受淋失后含钙量都很低，如红壤、黄壤的全钙含量在4g/kg以下；而在淋溶作用弱的干旱、半干旱地区，土壤含钙量通常在10g/kg,土壤一般不缺钙。

镁

正常与缺镁的大麦根系
缺镁大麦地上部分已显示明显的症状，但根系
症状不明显。

植物功能镁是一切绿色植物所不可缺少的元素，因为它是叶绿素的组成成分。叶绿素a和叶绿素?中均含有镁。可见，镁对光合作用有重要作用。镁是许多酶的活化剂，能加强酶促反应，因此有利于促进碳水化合物的代谢和植物的呼吸作用。镁在磷酸盐代谢、植物呼吸和几种酶系统的活化中也有辅助作用。
缺镁症状：钾肥使用过量会影响植物对镁的吸收，同时施用大量的石灰和锗态氮肥也会影响镁的吸收，缺镁首先表现出叶绿素减少，叶片失绿，而且最先表现在老叶上，症状为黄色、青铜色、或红色。

土壤中的镁： 缺镁常发生在质地轻的沙土和沙壤土上。我国南方地区受其生物气候条件的影响，大部分土壤中的含镁矿物已分解殆尽，土壤有效镁含量较低，供镁潜力也较低。南方地区大量使用的钙镁磷肥是镁素的主要来源，长期大量施用的地区不缺镁。此外，钾肥的施用，增加了对镁的需求。经济作物也需要较多的镁。

硫

植物功能：硫是构成蛋自质和酶不可缺少的成分，在植物体内许多蛋白质都含有硫。在蛋白质合成中，硫和氮有密切关系。缺硫时，蛋白质形成受阻，而非蛋白态氮会累积，从而影响作物的产量和产品中蛋白质含量。硫有助于酶和维生素的形成。硫能促进豆科植物上的根瘤形成，并有助于籽粒生产。
缺硫症状：缺硫植株呈淡绿色，一般先呈现在较幼嫩的叶片上。随着缺硫严重，叶片渐趋皱缩。植株虽然在幼苗阶段可能死亡，但叶片只在极度缺硫情况下才死亡。在有机质含量低的砂质土壤上，降雨量中等到高的地区缺硫最常见。植株可能于生育初期特别当天气寒冷潮湿时在许多土壤上表现出淡绿色的缺硫外观。

土壤中的硫：土壤硫主要通过降雨携带的来自大气的二氧化硫得到补充，也通过含硫肥料和杀虫剂补充。我国的南方10省，地处热带和亚热带地区，因高温多雨，土壤硫易分解淋失，因此缺硫的可能性较大。其中江西省土壤含硫量最低，本世纪初赣南等地农民就有硫磺沾秧根的经验。近年来硫肥的研究受到重视，目前已有包括南方和北方18个省份报道硫肥有显著的增产效应。

为什么微量元素变得如此重要

微量元素（硼、铜、氯、铁、锰、钼、锌）与大量和中量营养元素一样，对植物营养同等重要，尽管通常植物对它们的需要量并不多，但它们中有任何一个缺乏也会限制植物生长。对微量元素的需要已经知道多年了，但以肥料形式广泛使用是相当近期的事。为什么近年来微量元素变得如此重要？三个重要原因为：

作物产量。每亩作物产量越高，所带走的微量元素数量就越大。一些土壤不能释放充足的微量元素来满足现在高产作物的需要。
过去的施肥经验。过去作物产量不像现在这么高，所以单施氮磷钾就够了。
肥料技术。高成分肥料增多，微量元素便不常以化肥中的“伴随”成分得到补充了。

硼(B)

植物功能：硼不是植物体内的结构成分，但它对植物的某些重要生理过程有着特殊的影响。
硼能促进碳水化合物的正常运转。缺硼时，叶内有大量碳水化合物积累，影响新生组织的形成、生长和发育，井使叶片变厚、叶柄变租、裂化。硼还能促进生长素的运转，为花粉粒萌发和花粉管生长所必需，也是种子和细胞壁形成所必需的。硼与碳水化合物运输有密切关系，它还有利于蛋白质的合成和豆科作物固氮。
缺硼时，植物生长点和幼嫩叶片的生长，植株生长受抑制并影响产量和品质。严重缺硼时，幼苗期植株就会死亡。硼能促进植物生殖器官的正常发育。

正常与缺硼的春小麦麦穗（开花
后期）
正常（左）的颖壳和麦芒正常收缩；
缺硼（右）的颖壳张开，麦芒外叉。

缺硼症状：在植物体内含硼量最高的部位是花，因此缺硼常表现为甘蓝型油菜“花而不实”，花期延长，结实很差。棉花出现“蕾而无花”、只现蕾不开花。小麦出现“穗而不实”，结实少，子粒不饱满。花生出现“存壳无仁”等现象。果树缺硼时，结果率低、果实畸形，果肉有木栓化或干枯现象。

铜(Cu)

植物功能：铜是作物体内多种氧化酶的组成成分，因此在氧化还原反应中铜有重要作用。它还参与植物的呼吸作用，影响到作物对铁的利用，在叶绿体中含有较多的铜，因此铜与叶绿素形成有关。不仅如此，钢还具有提高叶绿素稳定性的能力，避免叶绿素过早遭受破坏，这有利于叶片更好地进行光合作用。铜能催化若干植物过程。
缺铜症状：缺铜时，叶绿素减少，叶片出现失绿现象，幼叶的叶尖因缺绿而黄化并干枯，最后叶片脱落。缺铜也会使繁殖器官的发育受到破坏。

氯(Cl)

植物功能：确定氯是植物生长发育所必需的营养元素比其他元素较晚一些，因为对它的生理作用了解得不够，植物对氯的需要量比硫小，但比任何一种微量元素的需要量要大。植物光合作用中水的光解需要氯离子参加。而大多数植物均可从雨水或灌溉水中获得所需要的氯。因此，作物缺氯症难于出现。氯有助于钾、钙、镁离子的运输，并通过帮助调节气孔保卫细胞的活动而帮助控制膨压，从而控制了损失水。
氯离子对很多作物有着某种不良的反应。如烟草施用大量含氯的肥料会降低其燃烧性，薯类作物会减少其淀粉的含量等。这些现象也是很有趣的。

铁(Fe)

植物功能：铁在植物中的含量不多，通常为干物重的千分之几。铁是形成叶绿素所必需的，缺铁时便产生缺绿症，叶于呈淡黄色，甚至为白色。铁还参加细胞的呼吸作用，在细胞呼吸过程中，它是一些酶的成分。由此可见，铁对呼吸作用和代讨过程有重要作用。
铁在植物体中的流动性根小，老叶子中的铁不能向新生组织中转移，因而它不能被再度利用。因此缺铁时，下部叶片常能保持绿色，而嫩叶上呈现失绿症。

缺铁症状：缺铁时，下部叶片能保持绿色，而嫩叶上呈现失绿症。一般认为植物内金属间（例如Mo,Cu,Mn)的不平衡容易引起缺铁。其他引起缺铁的原因有：（1）土壤磷过多，（2）土壤pH高、石灰多、冷凉和重碳酸盐含量高的综合结果。

锰(Mn)
植物功能：锰对植物的生理作用是多方面的，它与许多酶的活性有关。它是多种酶的成分和活化剂，能促进碳水化合物的代谢和氮的代谢，与作物生长发育和产量有密切关系。
锰与绿色植物的光合作用（光合放氧）、呼吸作用以及硝酸还原作用都有密切的关系，缺锰时，植物光合作用明显受到抑制。锰能加速萌发和成熟，增加磷和钙的有效性。

缺锰症状：缺锰症状首先出现在幼叶上，表现为叶脉间黄化，有时出现一系列的黑褐色斑点。在高有机质土壤和锰含量较低的中性到碱性pH土壤中最常发生。

缺锰的水稻叶片（水培）

叶脉间断失绿，出现棕褐色小斑点，
严重时斑点连成条状，扩大成斑块。

钼(Mo)
植物功能：存在于生物催化剂的组成之中，它对豆科作物及自生固氮菌有重要作用，能促进豆科作物固氮。钼在作物体内的生理功能主要表现在氮素代谢方面。钼还能促近光合作用的强度以及消除酸性土壤中活性铝在植物体内累积而产生的毒害作用。

缺钼症状：作物缺钼的共同表现是植株矮小，生长受抑制，叶片失绿，枯萎以致坏死。豆科作物缺钼，根瘤发育不良，瘤小而少，固氮能力弱或不能固氮，由于豆科作物对钼有特殊的需要，故易发生缺钼现象，为此，钼肥应首先集中施用在豆科作物上。
缺钼在酸性土壤的可能性最大，砂质土壤缺钼要比粘质土壤常见。随着土壤pH升高，钼的有效性增大。

锌(Zn)

植物功能：锌是植物某些酶的组成元素。锌也是促进一些代谢反应必需的。锌对于叶绿素生成和形成碳水化合物是必不可少的。

缺锌症状：果树缺锌在我国南北方均有所见，除叶片失绿外，在枝条尖端常出现小叶和簇生现象。称为“小叶病”。严重时枝条死亡，产量下降。在北方常见有苹果树和桃树缺锌，而南方柑桔缺锌现象较普遍。此外，梨、李、杏、樱桃、葡萄等也可能发生缺锌。水稻缺锌表现为“稻缩苗”，玉米白苗有时也是缺锌所引起的。
土壤含锌从每亩几十克到几公斤。细质地土壤通常比砂质土壤含锌高。随着土壤pH升高，锌对植物生长的有效性降低。