植物磷素营养与磷肥

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第十一章植物的磷素营养与磷肥 主要内容要求植物的磷素营养了解(掌握磷素的失调症状及其原因)土壤中的磷素及其转化了解磷肥的种类、性质及其施用掌握磷肥的合理施用掌握 第一节植物的磷素营养一、植物体内磷的质量分数、分布和形态1.含量(P2O5)：植株干物重的0.2~1.1%植物种类：油料作物>豆科作物>禾本科作物生育期：生育前期>生育后期器官：幼嫩器官>衰老器官、繁殖器官>营养器官种子>叶片>根系>茎秆生长环境：高磷土壤>低磷土壤 植物体的含磷量一般为干物重的0.2-1.1％其中大部分是有机态磷，约占全磷量的85％，而无机磷仅占15％左右。幼叶中含有机态磷较高，老叶中则含无机态磷较多。虽然植物体内无机磷所占比例不高，但从无机磷含量的变化能反应出植株磷营养的状况。植物缺磷时，常表现出组织（尤其是营养器管）中的无机磷含量明显下降，而有机磷含量变化较小。 2.分布：集中在幼芽和根尖再利用能力强达80％以上有机磷：占85％，以核酸、磷脂、3.形态植素为主无机磷：占15％，以钙、镁、钾的磷酸盐形式存在 植物体内含量与分布的变化与供磷水平有密切关系，因此可通过测定植物某一部位中的的含量来判断其磷营养的状况。磷是运转和分配能力很强的元素，在植物体内表现有明显的顶端优势。 二、磷的生理作用（一）磷是植物体内重要化合物的组分核酸和核蛋白、磷脂、植素、ATP、辅酶（二）磷能加强光合作用和碳水化合物的合成与运载（三）促进氮素代谢1.促进蛋白质合成.2.利于体内硝酸的还原和利用3.增强豆科作物的固氮量 （四）促进脂肪代谢（五）提高作物对外界环境的适应性如抗旱、抗寒、抗病等 多种重要化合物的组分1.核酸和核蛋白核酸是核蛋白的重要组分，核蛋白是细胞核和原生质的主要成分，它们都含有磷。核酸和核蛋白是保持细胞结构稳定，进行正常分裂、能量代谢和遗传所必需的物质。 多种重要化合物的组分2.磷脂生物膜是由磷脂和糖脂、胆固醇、蛋白质以及糖类构成的。生物膜具有多种选择性功能。它对植物与外界介质进行物质交流、能量交流和信息交流有控制和调节的作用。此外，大部分磷酸酯都是生物合成或降解作用的媒介物，它与细胞的能量代谢直接有关。 3.植素植素是磷脂类化合物中的一种，它是植酸的钙、镁盐或钾、镁盐，而植酸是六磷酸肌醇，它是由环己六醇通过羟基酯化而生成的。OHOHOHOHOHOHOHOPOO(-6H)2OPO34+6HOHOPOOHOPOOOHOPOOOHOPOOOHOPOOO环己六醇植酸 4.腺苷三磷酸(ATP)植物体内糖酵解、呼吸作用和光合作用中释放出的能量常用于合成高能焦磷酸键，ATP就是含有高能焦磷酸键的高能磷酸化合物。ATP能为生物合成、吸收养分、运动等提供能量，它是淀粉合成时所必需的。ATP和ADP之间的转化伴随有能量的释放和贮存，因此ATP可视为是能量的中转站。 积极参与体内的代谢1、碳水化合物代谢在光合作用中，光合磷酸化作用必需有磷参加；光合产物的运输也离不开磷;大分子碳水化合物合成需要磷，否则合成受阻，形成花青素。磷的营养功能 磷参与光合磷酸化，将太阳能转化为化学能，产生ATPCO2的固定和同化产物形成要磷参加蔗糖在筛管中以磷酸脂形态运输 磷不足影响蔗糖运输，植株内糖相对积累，并形成较多的花青素，使植株呈紫红色。（缺磷症状） 蔗糖合成不同途经的示意图葡萄糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖蔗糖磷酸蔗糖果糖磷酸蔗糖合成酶Pi蔗糖合成酶 2.氮素代谢:★磷是氮素代谢过程中一些重要酶的组分。硝酸还原酶含有磷，磷能促进植物更多的利用硝态氮。★氮素代谢过程中，无论是能源还是氨的受体都与磷有关。能量来自ATP，氨的受体来自与磷有关的呼吸作用。★磷也是生物固氮所必需。因此，缺磷将使氮素代谢明显受阻。 3.脂肪代谢:脂肪代谢同样与磷有关。脂肪合成过程中需要多种含磷化合物(图2-8)。此外，糖是合成脂肪的原料，而糖的合成、糖转化为甘油和脂肪酸的过程中都需要磷。与脂肪代谢密切有关的辅酶A就是含磷的酶。实践证明，油料作物需要更多的磷。施用磷肥既可增加产量，又能提高产油率。 脂肪合成途径示意图糖↑↓1,6-二磷酸果糖↑↓3-磷酸甘油醛→磷酸二羟丙酮→磷酸甘油→甘油↓3-磷酸甘油酸脂肪↓丙酮酸───→乙酰辅酶A───→脂肪酸 1.抗旱和抗寒抗旱:磷能提高原生质胶体的水合度和细胞结构的充水度，使其维持胶体状态，并能增加原生质的粘度和弹性，因而增强了原生质抵抗脱水的能力。抗寒:磷能提高体内可溶性糖和磷脂的含量。可溶性糖能使细胞原生质的冰点降低，磷脂则能增强细胞对温度变化的适应性，从而增强作物的抗寒能力。越冬作物增施磷肥，可减轻冻害，安全越冬。提高作物抗逆性和适应能力 施用磷肥能提高植物体内无机磷酸盐的含量，有时其数量可达到含磷总量的一半。这些磷酸盐主要是以磷酸二氢根和磷酸氢根的形式存在。它们常形成缓冲系统，使细胞内原生质具有抗酸碱变化能力的缓冲性。当外界环境发生酸碱变化时，原生质由于有缓冲作用仍能保持在比较平稳的范围内.这有利于作物正常生长发育。这一缓冲体系在pH6-8时缓冲能力最大，因此在盐碱地上施用磷肥可以提高作物抗盐碱的能力。缓冲性: 三、植物对磷的吸收和利用（一）吸收形态：1.主要是正磷酸盐：H2PO4－>HPO42－>P043－2.偏磷酸盐、焦磷酸盐3.少量的有机磷化合物 吸收：一般认为磷的主动吸收过程是以液泡膜上H+-ATP酶的H+为驱动力，借助于质子化的磷酸根载体而实现的，即属于H+与H2PO4共运方式。进一步的试验证明，根的表皮细胞是植物积累磷酸盐的主要场所，并通过共质体途径进入木质部导管，然后运往植物地上部。。作物对磷的吸收和利用 四、植物对缺磷和供磷过多的反应 （一）磷素营养缺乏症＊叶片变小，叶色暗绿或灰绿，缺乏光泽。（细胞发育不良，细胞变小的程度大于叶绿素减少程度，叶绿素密度相对提高。缺磷有利于植物对铁的吸收和利用，间接促进叶绿素合成，使叶色深暗）＊植株生长迟缓，矮小、瘦弱、直立，分蘖延迟或不分蘖，形成僵苗，长相似一炷香。延迟开花成熟。落花落果多＊糖分运输受阻，糖分相对积累形成花青苷，多种作物茎叶呈紫红色条纹或斑点。＊植物缺磷的症状常首先出现在老叶 1、叶片肥厚而密集，叶色浓绿；植株矮小，节间过短；出现生长明显受抑制的症状；2、繁殖器官常因磷肥过量而加速成熟进程，并由此而导致营养体小，茎叶生长受抑制，也会降低产量。地上部与根系生长比例失调，在地上部生长受抑制的同时，根系非常发达，根量极多而粗短。3、谷类作物的无效分蘖和瘪籽增加；叶用蔬菜的纤维素含量增加、烟草的燃烧性差等品质下降；4、施用磷肥过多还会诱发缺铁、锌、镁等养分。（二）供磷过多植物呼吸作用加强，消耗大量糖分和能量，对植株生长产生不良影响。 缺磷使小麦锈病加重 +P-Zn+P+Zn 磷肥促进玉米成熟中磷高磷 缺磷导致作物植株矮小，禾谷类作物分蘖减少，叶色暗绿缺磷正常 缺磷使柑桔果实变小 缺磷导致小麦成熟期推迟 缺磷导致成熟期禾谷类作物籽粒退化较重，如玉米秃尖， -K+K葡萄 自左至右，依次为油菜幼叶至老叶，缺磷油菜叶片从暗紫发展至紫红色。幼叶老叶缺磷图为缺磷的油菜叶片，缺磷使体内碳水化合物代谢受阻，糖分积累，形成紫红色。 黄瓜缺磷左边为缺磷植株右边为正常植株 左为缺磷的最老叶右为缺磷的较老叶 缺磷的苹果叶：叶片小、叶色暗淡、发紫色或青铜色。 油菜缺磷：深紫色的叶片正在转红色 芹菜缺磷：生长矮小，叶色发暗，蓝绿色、老叶发黄、提前死亡脱落。 图为缺磷的大豆叶片，缺磷使体内碳水化合物代谢受阻，糖分积累，形成紫红色 一炷香型水稻 玉米缺磷出现紫苗 缺磷植株瘦小，茎叶大多呈现紫红色，叶尖枯萎呈褐色，花丝抽出迟，结实率低 磷素过多引起的水体富营养化及其结果 第二节土壤中的磷素及其转化一、土壤中磷的质量分数我国耕地土壤的全磷量：0.2~1.1g/kg，呈地带性分布规律：从南到北、从东到西逐渐增加影响因素：土壤母质、成土过程、耕作施肥等土壤供磷状况以土壤有效磷含量表示：土壤有效磷（P）>10mg/kg，表示有效磷较高土壤有效磷（P）<5mg/kg，表示有效磷不足 二、土壤中磷的形态1.有机态磷含量：占土壤全磷量的10～50％来源：动物、植物、微生物和有机肥料影响因素：母质的全磷量、全氮量、地理气候条件、土壤理化性状、耕作管理措施等2.无机态磷含量：占土壤全磷量的50～90％包括：土壤液相中的磷(以H2PO4－和HPO42－为主)、固相的磷酸盐、土壤固相上的吸附态磷 三、土壤中磷的转化施肥有机态磷(影响矿化率的因素)H2PO4－无定形磷酸盐结晶态磷酸盐HPO42－闭蓄态磷(有效性降低)吸附态磷矿物矿化Eh交替变化老化生物矿化固定作用化学沉淀释放作用解吸吸附作用固定 第三节磷肥的种类、性质和施用磷矿分级与磷肥的制造方法P2O5含量磷矿品位制造方法磷肥种类及品种>28%高酸制法水溶性磷肥－过磷酸钙18～28％中热制法枸溶性磷肥－钙镁磷肥<18%低机械法难溶性磷肥－磷矿粉我国目前使用的磷肥品种主要为过磷酸钙（SSP），约占总磷用量的75％。 摩洛哥磷矿 一、水溶性磷肥Ca10(PO4)6F2+7H2SO4+3H2O→3Ca(H2PO4)2·H2O+7CaSO4+2HF↑（一）过磷酸钙（普钙）1.成分与性质成分：一水磷酸一钙：占30～50％硫酸钙：占40％杂质：少量磷酸或硫酸，以及硫酸铁和硫酸铝性质：灰白色粉末，呈酸性反应，具有腐蚀性磷酸退化作用 过磷酸钙的退化作用过磷酸钙吸湿后，磷酸一钙与制造时生成的硫酸铁铝生成溶解度低的铁铝磷酸盐以形成磷酸铁为例，反应式如下：Ca(H2PO4)2·H20十Fe2(SO4)3+5H20→2FePO4·4H20+CaSO4·H20+2H2SO4因此，过磷酸钙在贮、运过程中应防潮，贮存时间不宜过长。 过磷酸钙的质量标准%成分特级一级二级三级四级有效P2O5>2018161412游离酸<3.544.555水分<3.010121414由于含有游离酸使肥料呈酸性，并具有腐蚀性，易吸湿结块，散落性差。 2.在土壤中的转化1）异成分溶解反应式：Ca(H2PO4)2·H2O+H2O→CaHPO4·2H2O+H3PO4特点：1mol一水磷酸一钙溶解时，溶液中生成1mol二水磷酸二钙和1mol磷酸。 饱和溶液中磷酸离子的浓度可高达10～20mg·kg-1，比土壤溶液中磷酸离子高数百倍，出现局部土壤溶液中磷的浓度梯度，形成以施肥点为中心，磷酸离子向周围扩展的扩散区，使溶液pH值急剧下降为1.5左右，从而使土壤中铁、铝或钙、镁等固相迅速溶解，并与磷酸起化学反应,发生磷的固定作用有效态磷转变为无效态磷的过程，称为磷的固定作用 2)磷酸沉淀作用(化学固定作用)：土壤中铁铝钙镁磷酸盐沉淀。其主要反应式如下：Ca(H2PO4)2·H20+2Fe(OH)3→2FePO4↓+Ca(OH)2+5H20Ca(H2PO4)2·H20+2Al(OH)3→2A1PO4↓+Ca(OH)2+5H20 2)磷酸沉淀作用(化学固定作用)：土壤中铁铝钙镁磷酸盐沉淀。其主要反应式如下：Ca(H2PO4)2·H20+2Fe(OH)3→2FePO4↓+Ca(OH)2+5H20Ca(H2PO4)2·H20+2Al(OH)3→2A1PO4↓+Ca(OH)2+5H20 各种水溶性磷肥饱和溶液的化学性质不同，其中，过磷酸钙饱和溶液的pH值最低。因此，它的化学固定作用也比其他水溶性磷肥强，这是过磷酸钙当季利用率低的主要原因。 水溶性磷肥饱和溶液的化学性质(25C)磷肥品种PH值磷/mol·L-1伴随离子浓度/mol·L-1Ca(H2PO4)2·H2O1.483.98Ca2+1.44NH4H2PO43.472.87NH4+2.87(NH4)2HPO47.983.82NH4+7.64K2HPO43.991.69K+1.69K2HPO410.16.10K+12.2 过磷酸钙的异成分溶解及化学沉淀作用 化学沉淀作用 化学反应式Ca(H2PO4)2·H20+H20→CaHPO4·2H20+H3PO4CaHPO4·2H20→CaHPO4+2H208CaHPO4·2H20→Ca8(H2PO4)6·5H20+11H20+2H3PO410CaHPO4·2H20→Ca10(H2PO4)6·（OH）2+13H20+4H3PO4 磷酸沉淀作用(化学固定作用)：酸性土：过程：水溶性无定形结晶态闭蓄态溶解度：大小有效性：高低中性、石灰性土：一钙二钙八钙十钙结果：过磷酸钙的当季利用率低 (2)磷的吸持作用包括吸附作用和吸收作用一般地：P土液P土粒结果：磷肥的有效性降低吸持作用解吸作用 3.施用方法目的：提高过磷酸钙的利用率。原则：减少与土壤的接触面积。增加与作物根群的接触面积方法：集中施用减少固定和吸持，有利扩散分层施用磷移动性小，根系不断扩展与有机肥料混合施用减少吸持和固定早施用幼苗期（植素，根弱）生长期前1/3吸2/3.作根外追肥与其他肥料配合施用(二)重过磷酸钙（重钙）（不含硫酸钙） 二、弱酸溶性肥料特点：溶于弱酸，肥效较水溶性磷肥慢(一)钙镁磷肥成分：无定形磷酸钙[Ca3(PO4)2](含P2O514～18％)、氧化钙、氧化镁、二氧化硅等性质：①灰绿色或灰棕色粉末(90％过0.177mm筛)②溶于2％柠檬酸溶液③呈碱性反应(化学碱性，pH8.0～8.5)④吸湿性小，无腐蚀性 先溶解（主要受介质pH值影响），后吸收：酸性土：在土壤酸的作用下逐步溶解Ca3(PO4)2CaHPO4Ca(H2PO4)2可中和部分酸，调节了土壤反应，提高了磷素的有效性中性或石灰性土壤：在微生物和作物根分泌的酸的作用下逐步溶解Ca3(PO4)2Ca(H2PO4)2溶解释放磷酸的速度较缓慢，肥效较长施用后较长一段时间内，溶解>固定H+H+微生物和作物根分泌的酸 （二）其它枸溶性磷肥钢渣磷肥脱氟磷肥沉淀磷酸钙偏磷酸钙 三、难溶性磷肥特点：所含磷酸盐不溶于水，只溶于强酸，肥效迟缓而稳长，属迟效性磷肥(一)磷矿粉成分：主要是氟磷灰石[Ca10(PO4)6·F2]性质：灰褐色或黑褐色粉末、难溶于水、呈化学中性 磷矿粉直接施用的条件：磷矿的结晶性质（枸溶率>15％；粒径细度90％过0.149mm筛）土壤条件（主要是土壤pH）、作物特性（宜吸磷能力较强的及多年生经济林木和果树）磷矿粉的施用方法和后效方法：宜作基肥用量：750～1500kg/ha（50～100公斤/亩）措施：与酸性或生理酸性肥料混施，与过磷酸钙配施后效：肥效持久，连施几年后，可暂停施用 小结：土壤有效磷增加和减少的途径施肥有机质难溶性(有机、无机)矿化磷释放植物吸收生物固定化学沉淀闭蓄态固定淋失吸附固定我国磷肥的利用率平均为10～25％土壤有效磷 第五节磷肥的合理分配与施用一、土壤供磷状况与磷肥的分配全磷含量在0.08~0.1%以下，施用磷肥均有增产效果有效磷含量更能反映土壤磷素的供应水平有效磷含量的测定方法：中性和石灰性土壤：0.5MNaHCO3，P<5mg/kg酸性土壤：0.03MNH4F－0.025MHCl，P<15mg/kg水稻土：0.3MNaOH－0.5MNaC2O4 土壤有效磷含量与磷肥反应的分级指标测定方法有效磷（P）含量作物对磷肥的反应0.5MNaHCO3浸提法<5ppm<10ppm10~15ppm>15ppm严重缺磷，对磷肥反应极好，磷是限制因子缺磷，磷肥有良好的反应对需磷迫切的豆科及绿肥作物，磷肥有效，对水稻小麦效果不显著一般无效 影响土壤有效磷的因素：1.土壤有效氮与有效磷的比值：>4，磷肥效果明显2.土壤有机质含量：与有效磷含量呈正相关，每增加0.5％的有机质，可相应提高5mg/kg的有效磷3.土壤pH：在pH5.5~7.0范围，磷的有效性最大4.土壤熟化程度：高，有效磷含量也高，磷肥的效果就差。5.水田淹水后，Eh降低，磷酸高铁被还原为磷酸亚铁，溶解度提高；酸性土壤pH提高，促进磷酸铁、铝水解，可使磷的有效性增加；闭蓄态铁膜消失；有机阴离子与磷酸铝铁中磷酸离子发生代换。总之，应把磷肥优先分配于有效磷含量低的低产土壤上。 二、作物需磷特性与轮作中磷肥的分配作物的需磷特性需磷较多的作物，如：豆科作物、豆科绿肥作物、糖用作物（甘蔗、甜菜）、纤维作物中的棉花、油料作物中的油菜、块根块茎作物（甘薯、马铃薯）、瓜类、果树、桑树和茶树等施磷肥效果较好，既能提高产量，又能改善品质。大田作物对磷肥的反应顺序如下：冬季绿肥作物>一般豆科旱地作物>大麦、小麦>早稻>旱稻 （一）水旱轮作中的磷肥施用我国稻区的轮作制度：麦类、油菜－－水稻绿肥－－水稻在水旱轮作中，磷肥的分配应掌握“旱重水轻”的原则，将磷肥重点分配在旱作上。原因？当绿肥与水稻轮作时，更应该将磷肥施在绿肥上，特别是豆科绿肥，更能充分发挥“以磷增氮”的效果。以磷增氮：？ （二）旱作轮作中的磷肥施用有绿肥或豆类的轮作中，优先施在绿肥或豆科作物上，其间接作用很明显。在麦－棉轮作地区，重点施在棉花上。需磷特性相似的作物轮作时，磷肥用于秋播的越冬作物比用于春播的效果明显。因为秋播后，温度逐步降低，土壤微生物活动能力差，土壤供磷能力差，增施磷肥有利于壮苗，增强抗寒能力，促进早发。 三、磷肥品种与其合理分配和施用施用原则：减少水溶性磷肥的固定，增加非水溶性磷的释放。表磷肥品种的合理分配和施用磷肥品种作物品种生长期土壤类型难溶性磷肥吸磷能力强作基肥酸性土壤如荞麦、萝卜菜、油菜及豆科植物枸溶性磷肥吸磷能力较强多作基肥酸性土壤有效磷低的非酸性土壤水溶性磷肥吸磷能力较差苗期、适于各种土壤对磷反应敏感生长前期中性或如甘薯、马铃薯根外追肥碱性土更好 多数作物苗期是磷素的营养临界期，所以在苗期应分配少量水溶性磷肥。在旺盛生长期植物虽然对磷素需求增加，但此时根系发达，吸收磷的能力强，可以利用作为基肥的难溶性或弱酸溶性磷肥；生长后期可以通过磷在体内的再利用来满足需要。 四、改进施肥方法（一）相对集中施用目的：减少磷肥与土壤的直接接触，增加与根系的接触面积要求：以基肥为主，配施种肥，早施追肥（二）磷肥与其它肥料配合施用在中低肥力土壤上N、P的配施，比在高肥力土壤上显著与钾肥和有机肥配施酸性土壤中适当增施石灰或微量元素肥料 五、磷肥施用与环境污染1、水体污染从土体中淋失到水体中，造成富营养化，例如赤潮。封闭的水体，含氮>0.2mg/kg，PO43->0.015mg/kg就会出现“藻化”，使水质恶化。 2、其他有害元素污染主要是原矿中镉、氟、铅等在磷肥的制造过程中所造成的。 思考题磷的营养作用磷缺乏或过剩症状制造磷肥方法，磷肥分类及概念标准磷肥、过磷酸钙品质检验标准退化作用、化学沉淀作用磷肥合理施用与分配（施肥方法，重旱轻水）