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1、土壤肥料学,An Introduction to Soil and Fertilizer,土壤肥料学,An Introduction to Soil and Fertilizer,闫 飞,吉林大学植物科学学院,课程简介（a short,brief introduction to this course）,课时安排：50学时（其中实验课16学时）教学要求：以提高土壤肥力为中心，研究土壤肥力发生发展的规律，了解各种养分对植物的作用和植物对各种养分的需求，明确土壤、植株和肥料的关系。掌握主要化肥和有机肥的性质、作用及其在土壤中的转化的关系和施用原则。结合农业生产实际，学会经济用肥和科学施肥的原理和方
2、法。考试方式：期末闭卷成绩（50）实验课成绩（30）平时（20）,土壤肥料学（含实验课）课程教学大纲,一、选用教材：土壤肥料学通论，沈其荣主编，高等教育出版社，2001。二、主要参考书：陆欣主编，土壤肥料学，高等教育出版社，2002黄昌勇主编，土壤学，中国农业出版社，2000年鲁如坤等著，土壤植物营养原理和施肥，化学工业出版社，1998年三、课程性质、目的 土壤肥料学是农学类各专业基础课程。该课程是研究土壤、肥料和植物营养及其相互关系的一门科学，主要讲授土壤的组成和性质，土壤的形成、分类和分布，土壤管理，植物营养的基本原理，无机肥料的成分、性质和施用，以及有机肥料的成分、性质和积制。教学中应力
3、求做到深度适当，结合我国生产实际，突出应用理论、应用技术的传授。,土壤部分(Soil),绪 论第一章 土壤矿物质第二章 土壤有机质第三章 土壤的孔性、结构性和耕性第四章 土壤水分、空气、热量状况第五章 土壤胶体和土壤吸收性能第六章 土壤的酸碱性第七章 土壤形成、分类、分布第八章 农田土壤生态与保护,植物营养与肥料部分(Plant nutrition and fertilizer),第九章 植物营养与施肥的基本原理第十章 土壤与植物氮素营养及化学氮肥第十一章 土壤与植物磷、钾素营养及磷、钾肥第十二章 土壤与植物中的中、微量元素营养及其肥料第十三章 复混肥料第十四章 有机肥料第十五章 植物营养及施
4、肥与人类健康,实验部分(Experiments),土壤分析样品的制备、保存，土壤容重、水分测定土壤有机质、pH值的测定土壤氮、钾的测定土壤磷的测定作物营养失调症状的研究测土配方施肥的研究未知化学肥料的定性鉴定,绪 论(Introduction),第一节 土壤和肥料的概念（掌握）第二节 土壤和肥料学的发展概况（了解）第三节 土壤肥料在农业可持续发展中的地位与作用（了解）,第一节 土壤和肥料的概念,土壤的概念土壤肥力土壤生产力肥料,土 壤,What is the soil?,黄土地,What Is Soil?,Soils-1-1,Image:T.Loynachan,土壤是农业生产的基本条件,Soi
5、l is a layer of unconsolidated material on the Earths surface in which plants grow.,Soils-1-2,Image:Louis Maher,Image:Professional Soil Classifiers Assoc.of Alabama,Soil is a mixture of mineral grains from the earth,decomposing organic matter,and voids filled with air or water.,Soils-1-3,Image:Profe
6、ssional Soil Classifiers Assoc.of Alabama,土壤是农业生产的基本条件,Soil is the earth material that links living things(biosphere),air(atmosphere),water(hydrosphere),and the solid Earth(geosphere).,Soils-1-4,Image:Bruce Molnia,土壤是农业生产的基本条件,土壤概念：concept of soil,关于土壤的概念在不同类型的教科书中都不同的解释和描述，这是因为土壤服务的对象和功能非常多的缘故。关于土壤
7、的定义因为人们对它的利用角度不同而就有许多中解释：1美国土壤保持局（1975）对土壤的定义是：土壤是地球表面上含有活质的、抚育着或能抚育植物的自然体的集合体（土壤与土壤管理1984）。由此可见它主要强调土壤作用与功能。2美国土壤学会定义；土壤是能够产生植物收获物的陆地疏松表层 Soil：The unconsolidated mineral material on the immediate surface of the Earth that serves as a natural medium for the growth of land plants。3我国：陆地表面由矿物、有机物质、水、空
8、气和生物组成，具有肥力，能生长植物的非固结（unconsolidated）层（土壤学名词，1998）。强调了土壤的功能以外，还说明了土壤的组成有有机和无机的，有固态、液态和气态三相，并指出土壤本质是有肥力。,指陆地表面具有一定肥力，能够生长植物的疏松表层。,土壤是农业生产的基本条件,从字型看，“二横”分别代表土壤的两个基本层次，即表层和底层。二横的比例长短也有它的科学内涵，即表层和底层土壤比例。上层能生长植物的好土占得比例要较少；下层是坚硬的不能生长植物底土或基岩，土壤位于岩面之上，根系未能穿透底土层。“丨竖”：直立显然表示植物。说明土壤是能生产植物收获物的介质，土壤与岩石有很大区别。,关于土
9、壤概念核对土壤的认识，我国劳动人民造就有了比较深刻认识。从汉字“土壤”二字的构型和读音上人们就能充分地体现出我国古代人民对土壤基本概念的认识。,“壤”所谓“壤”在古籍：说文解字中讲，“壤”柔土也，无块曰壤。禹贡中注释到：“壤”天性和美也。周礼中讲到：“壤，和缓之貌”，说明“壤”比“土”质量好，“壤”本来就是“土”；“壤”字是从“土、壤”。故把“土”放在“襄”前，构成“壤”。,英文的土壤soil 是经由法语从拉丁文Solum衍生来的，Solum的原义是指土地,“土”“土”-与吐同音 从读音上讲：“说文解字”中注释：“土者，是地之吐生物也”。“土”取“吐”同音。意味生长为“吐出来”之意。周礼中指出
10、：“万物自生焉则曰土”,土壤在农业生产中的重要地位土壤是农业生产的基本条件土壤在作物生产中的重要作用,土地是人类生存发展的基础，人多、人均耕地少和土地后备资源紧缺是我国的基本国情，保护耕地，提高现有耕地质量是保障我国粮食安全的基石。,土壤可以提供给植物养分和生产生物物质的土壤肥力，容纳、吸收和净化污染物，以及维护保障人类和动植物健康。,土壤是农业生产的基本条件,土壤是农业生产的基本条件,植物生长所需的水、热、光、空气和养分,供给和调节,土壤是农业生产的基本条件,土壤,作物（农业生产）,牧草（牧业生产）,森林（林业生产）,水草（渔业生产）,土壤在大农业生产中的中心地位,土壤是农业生产的基本条件,
11、植物生产、动物生产与土壤管理间的关系 Relationship of plant produce and animal produce and soil management,土壤管理Soil management,动物生产Animal production,植物生产Plant production,农业生产Agriculture production,土壤管理是关键，是基础，是农业生产两大部门生产的关键环节！用养结合，地力可以常新。,植物生产，也叫种植业，属于初级生产（Primary production)（一级生产）产生植物收获物满足人们吃、穿，住。据研究，人们可以直接利用物体的43%，5
12、7%的以谷糠、秸秆等废弃掉。植物的残体、枯枝落叶、根系以及分泌物一部分残留给土壤，培肥土壤。一部分地上部分作为饲料，促进养殖业发展。动物生产，也叫养殖业，属于次级生产（Secondary production）动物利用植物残体，转化为肉、奶、蛋、皮、毛等供给人们生活之需要。也有人提出了生物反应器概念。动物的粪便等作为土壤有机肥料。土壤管理（Soil management）为了作物生产而实施或应用到土壤中的耕作、栽培措施、施肥措施、石灰或其他措施的总和叫土壤管理。也有人这样定义的：通过耕作、栽培、施肥、灌溉等保持和提高土壤生产力的技术。土壤管理有许多改良和保护措施，如防止沙化、盐碱化、酸化等，也
13、有许多产品，土壤调理剂、结构改良剂、保墒剂、消毒剂、增温剂、氮肥增效剂、反硝化抑制剂、松土剂等，除此，还有覆盖膜、纸等,这些形成了土壤管理的产业化内容。,植物生产、动物生产与土壤管理间的关系 Relationship of plant produce and animal produce and soil management,土壤的生态意义 土壤位于陆地生态系统的底部，具有营养物传递系统、再循环系统和废物处理系统，是陆地生态系统的基底或基础。在土壤中进行的两个最重要的生态过程是分解和固氮过程。土壤为陆生植物提供了基质，为陆生动物提供了栖息地。土壤是植物萌芽、支撑和腐烂的地方，又是水和营养物储
14、存场所；是动物和微生物藏身处，排污处；是污染物质转化的重要基地。因此土壤无论对植物或动物都是重要的生态因子，是人类重要的自然资源。,土壤是农业生产的基本条件,土壤在地理环境中的作用,(1)是结合陆地环境各要素的枢纽；(2)是联系有机界和无机界的中心环节；(3)可以生长植物，从而导致陆地环境及整个地球面貌发生根本的改变。,土壤的一些基本概念土壤的本质属性：土壤肥力：协调水、肥、气、热的能力土壤的组成：土壤的组成与其肥力的关系：,具有肥力，能够生长植物,矿物质、有机质、水分、空气,矿物质：土壤中矿物养分的主要来源有机质：其含量是 土壤肥力高低的重要标志水分和空气：共同影响着土壤的热量状况,土壤是农
15、业生产的基本条件,土壤的形成土壤的形成过程生物在土壤的形成过程中起着主导作用 人类活动对土壤形成发育的作用,增加肥力使土壤退化,(1)有机质的积累过程(2)养分元素的富集过程,(1)岩石风化过程,形成疏松的成土母质,(2)低等植物着生过程,形成原始土壤,(3)高等植物生长过程,形成成熟土壤,土壤是农业生产的基本条件,成土母质,原始土壤,成熟土壤,土壤的形成和发育,微生物、低等植物,高等植物,少量有机质,大量有机质,有机质从无到有、由少到多的过程,岩石,风化作用,漫 长 的 时 间,土壤是农业生产的基本条件,土壤是农业生产的基本条件,养分,空气,水分,热量,矿物质,有机质,空 气,水 分,光 照
16、,组成,外界,肥力,土壤组成与其肥力之间的关系,土壤是农业生产的基本条件,理想土壤的成分体积比例,土壤是农业生产的基本条件,土壤在作物生产中的重要作用,植物,站得稳（根系伸展开，机械支持牢固）,住得好（空气流通，温度适宜）,吃得饱（养分供应充分）,喝得足（水分供应充分）,土壤肥力(Soil fertility),指在植物生长期间，土壤能持续不断地、适量地提供并协调植物生长所需要的水分、养分、空气、热量等因素及其他生活条件的能力。肥力是土壤的基本属性和质的特征。土壤学中把水、肥、气、热称为四大肥力因素。,自然肥力和人为肥力(Natural fertility and anthropogenic
17、fertility),根据土壤肥力的来源不同，土壤肥力有自然肥力和人为肥力的区别。自然肥力是指土壤在自然因子即五大成土因素（气候、生物、母质、地形和年龄）的综合作用下发育来的肥力，它是自然成土过程的产物。人为肥力是耕作熟化过程发育而来的肥力，是在耕作、施肥、灌溉及其它技术措施等人为因素影响作用下所产生的结果。因此只有从来不受人类影响的自然土壤才具有自然肥力。,潜在肥力与有效肥力(Potential fertility and effective fertility),从肥力的实际经济效益分为：有效肥力和潜在肥力。有效肥力是指在当季生产上发挥出来并产生经济效果的那一部分肥力。潜在肥力是指在当季生
18、产上未能产生经济效果的那一部分肥力。有效肥力和潜在肥力是可以相互转化的，两者之间没有截然的界限。,土壤肥力的发展与转化,自然土壤只具有自然肥力，但一切农业土壤则兼具自然肥力和人为肥力，它们具有综合效应，作物在利用肥力因素时，二者是不能区分的。潜在肥力与有效肥力之间没有截然界限，在一定环境条件下，可以相互转化。,土壤肥力与生产力的关系,土壤生产力(Soil productivity)是由土壤本身的肥力属性和发挥肥力作用的外部条件(包括自然环境条件、人为因素和社会因素影响）所共同决定的，肥力高低是土壤生产力的基础而不是其全部。土壤生产力的高低反映了土壤肥力直接转化为社会经济效果的水平，它除了受土壤
19、本身的影响外，还受制于随科学及社会生产力发展而进步的技术以及社会经济关系的影响。,肥料(fertilizers)的概念、来源,概念(Concept)：凡能直接供给植物生长发育所必需养分、改善土壤性状以提高植物产量和品质的物质，统称肥料。来源(origin)：人类生存环境中的资源生活和生产的废弃物,分类和种类：按组分分：有机肥农村中就地取材，利用各种农业废弃物就地积制而成的自然肥料的总称。无机肥（矿质肥）多由工厂经过化学工业加工而成的含有高量营养元素的无机化合物。按来源分：农家肥和商品肥按主要作用分：直接肥和间接肥按肥效快慢分：速效肥和迟效肥,第二节 土壤和肥料学的发展概况,我国对土壤和肥料的认
20、识世界近代土壤肥料学的发展概况现代土壤肥料学的发展概况,一、我国对土壤和肥料的认识,（一）新中国成立以前（1949年以前）（二）新中国成立以后（1949年以后）,二、世界近代土壤肥料学的发展概况,（一）农业化学派（二）农业地质学派（三）土壤发生学派,（一）农业化学派,以德国农业化学家李比希为代表。建立了植物矿物质营养学说，为发展化学工业，施用化学肥料开辟了道路。但是农业化学派没有正确地阐述肥力的本质及其变化规律，认为土壤仅仅是一个单纯的养分贮存库，矿质养分的多少是肥力的唯一因素，只有施用矿质肥料把植物吸收的矿质养分归还土壤，就能保持土壤肥力，这就是“养分归还学说”。忽视了生物因素对于提高土壤肥
21、力的积极作用。,Justus von Liebig（1803-1873）,李比希是植物营养学科杰出的奠基人！,杰出学者，光辉著作纪念农业化学奠基者 尤李比希逝世110周年(金善宝，1983),Justus von Liebig1803-1873,Justus von Liebig1803-1873,Giessens university(with more than 21,000 students)has a long and interesting history.It was founded 1607.The official name Justus-Liebig-University s
22、tems from the famous German Justus von Liebig,who became professor in Giessen at the age of 21 and who taught in the agricultural chemistry department for 28 years.,植物营养学的建立和李比希(Liebig)的工作,植物矿物质营养学说（1840年，化学在农业和生理学上的应用）要点：土壤中矿物质是一切绿色植物唯一的养料，厩肥及其它有机肥料对于植物生长所起的作用，并不是由于其中所含的有机质，而是由于这些有机质在分解时所形成的矿物质。意义：
23、理论上，否定了当时流行的“腐殖质学说”，说明了植物营养的本质；是植物营养学新旧时代的分界线和转折点，使维持土壤肥力的手段从施用有机肥料向施用无机肥料转变有了坚实的基础；实践上促进了化肥工业的创立和发展；推动了农业生产的发展。,19世纪中后期，磷肥和钾肥生产先后建立并得到发展；20世纪初合成氨生产出现，氮肥生产迅速发展。,植物矿物质营养学说具有划时代的意义,（二）农业地质学派,以德国地质学家法鲁为代表。运用地质学的观点研究土壤，认为土壤是单纯的矿物岩石风化的碎屑，岩石矿物的风化过程和地质淋镕过程，就是土壤形成的本质。农业地质学派虽然从地质学的角度积累了一些土壤形成的资料，但没有认识到土壤本身有自
24、己的发生发展规律，以及肥力是土壤质的特征，片面认为土壤肥力的变化是地质淋溶过程，因而不可避免地造成肥力下降，最后又变成岩石，完全忽视了生物对提高土壤肥力的作用。,（三）土壤发生学派,以俄国土壤学家道库恰耶夫为代表。运用综合发展的观点认识土壤，他们认为自然土壤的发生是以生物因素为主导的生物、母质、气候、地形和时间五种自然因素相互作用的产物，土壤是生物小循环和地质大循环相互对立统一的结果，由于生物气候带的不同，土壤在地球上的发生演变和分布具有一定的规律性，不同类型土壤有内在发生学上的联系。土壤发生学派揭示了土壤肥力发生演变的规律，为认识自然土壤的肥力状况和进行土攘分类奠定了理论基础。,Vasili
25、y Dokuchaev(1846-1903),第三节 土壤肥料在农业可持续发展中的地位与作用,Fertilizers(N+P2O5+K2O,Mt),Chemical fertilizer Consumption in China from 1902 to 2000,Year,0,5,10,15,20,25,30,35,40,45,1900,1910,1920,1930,1940,1950,1960,1970,1980,1990,2000,Qin,(221-206BC),793,Song,(960-1279),780,1952,735,1980,1,890,Dynasty,year,Wheat
26、yield,kg.ha-1,1975年以来我国肥料施用量与粮食总产量的变化,世界化肥消费量的变化,年 份,发达国家化肥消费量的变化,消费量 t,年 份,发展中国家化肥消费量的变化,消费量 t,年 份,(1)提高农作物产量(2)改善农产品品质氮提高谷类籽粒蛋白质和“必需氨基酸”的含量磷改善糖料作物、淀粉作物、油料作物等的品质钾“品质元素”(3)改良土壤，提高土壤肥力（包括土壤结构、土壤养分含量和比例、土壤反应、土壤生化特性等）,肥料在农业生产中的作用,钾对作物产量和品质的影响,钾不但能使作物产量增加，而且可以改善作物品质，如：1.油料作物的含油量增加2.纤维作物的纤维长度和强度改善3.淀粉作物的淀粉含量增加4.糖料作物的含糖量增加5.果树的含糖量、维C和糖酸比提高，果实风味增加6.橡胶单株干胶产量增加，乳胶早凝率降低钾通常被称为“品质元素”,思考题,1.如何理解土壤肥料在农业生产中的重要性？2.如何理解土壤、土壤肥力、肥料的含义？3.简述土壤肥力与土壤生产力的关系。4.简述土壤肥料学的发展概况。,
