1、第二章第二章 养分资源管理的基本原理与基本方法养分资源管理的基本原理与基本方法第一节、养分资源管理的基本原理第一节、养分资源管理的基本原理参考书：参考书：陈伦寿，李仁岗主编，陈伦寿，李仁岗主编，1984，农田施肥原理与实践，农业出，农田施肥原理与实践，农业出版社，版社，pp:127养分资源管理的理论基础养分资源管理的理论基础植物营养学课程的复习植物营养学课程的复习?现代植物营养学现代植物营养学土壤学土壤学作物栽培学作物栽培学李比希李比希(1803-1873)的三个学说的三个学说:矿物质营养学说矿物质营养学说、养分归还学说养分归还学说、最小养分律最小养分律。Justus von Liebig18
2、03-1873（1）高等植物（作物）所必需的）高等植物（作物）所必需的17种营养元素及其主要生理功能是合理种营养元素及其主要生理功能是合理养分管理的营养学基础。养分管理的营养学基础。（2）17种必需营养元素是种必需营养元素是同等重要和不可替代的同等重要和不可替代的，它是合理养分管理的，它是合理养分管理的指导思想。指导思想。两个前提：两个前提：养分资源管理的四大基本原理养分资源管理的四大基本原理1、养分归还学说、养分归还学说2、最小养分率、最小养分率3、报酬递减率、报酬递减率4、综合因子率、综合因子率第一节、养分资源管理的基本原理第一节、养分资源管理的基本原理一、养分归还学说一、养分归还学说（一
3、）定义：（一）定义：李比希(J.V.Liebig)将其归还学说归结为：由于人类在土地上种植植物并这些产物拿走，这就必然会使地力逐渐下降，从而土壤所含的养分将会愈来愈少。因此，要想恢复地力就必须归还从土壤中拿走的全部东西，不然就难以指望再获得过去那样高的产量，为了增加产量就应该向土壤施加灰分。（二）要点：（二）要点：1、随着作物的每次收获（包括籽粒和茎杆）必然要从土壤中取走大量养分;2、如果不正确地归还养分于土壤，地力必然会逐渐下降;3、要想恢复地力就必须归还从土壤中取走的全部东西;4、为了增加产量就应该向土壤施加灰分元素。一些作物利用养分的近似值一些作物利用养分的近似值作物 产量(T/ha)移
4、走的养分(kg/ha)N P2O5 K2O MgO S玉米 6 120 50 120 40 25水稻 6 100 50 160 20 10小麦 6 170 75 175 30 30花生 2 170 30 110 20 15棉花（皮棉）1 120 45 90 40 20油菜籽 3 165 70 220 30 65香蕉 40 250 60 1000 140 15 （PPI/PPIC,1993）计算：我国年产粮食（玉米+小麦+水稻）5.1亿吨，假定三种粮食产量相当，每年需要从土壤中带走多少养分？氮：1100万吨、P2O5 500万吨；K2O 1500万吨;折合2300万吨尿素2500万吨磷肥、300
5、0万吨钾肥；将这些化肥一袋一袋排列起来，可扰地球20圈！（三）养分归还学说实质：（三）养分归还学说实质：为了增产必须以施肥方式补充植物从土壤中取走的养分，这就突破了过去局限于生物循环的范畴，通过施加肥料，扩大了这种物质循环，从而为恢复、维持并提恢复、维持并提高土壤肥力及作物稳产高产和均衡增产高土壤肥力及作物稳产高产和均衡增产开辟了广阔前景。解决为什么要合理施肥解决为什么要合理施肥.养分归还方式？养分归还方式？1、有机肥料应合理利用2、化学肥料应以化肥为主，有机肥化肥配合施用，二者配合可取长补短，增进肥效，是可持续农业发展的正确之路。3、大气环境、大气环境-水环境水环境 农业生产物质循环方式农业
6、生产物质循环方式（四）局限：（四）局限：1、对养分消耗的估计只局限于磷、钾上 2、反对豆种植物能丰富土壤氮素的说法 3、归还是正确的，但绝对的全部归还是不必要的，不经济的二、最小养分律二、最小养分律（1843年）年）同一种化肥施在孬地上效果很好，可同一种化肥施在孬地上效果很好，可施在好地里效果就不好，原因为什么？施在好地里效果就不好，原因为什么？最小养分律亦由李比希提出。其表述为：植物为了生长发育需要吸收各种养分，但是决定植物产量的，却是土壤中那个相对含量最小的有效植物生长因素，产量也在一定限度内随着这个因素的增减而相对地变化，因而无视这个限制因素的存在，即使继续增加其他营养成分也难以再提高植
7、物的产量。最小养分律之木最小养分律之木桶图解桶图解要点要点 1：决定作物产量的是土壤中某种对作物需要来说相对含决定作物产量的是土壤中某种对作物需要来说相对含量最小而非绝对含量最少的养分。量最小而非绝对含量最少的养分。启示：补充最小养分应有针对性；启示：补充最小养分应有针对性；要点要点2：养分平衡是相对的，最小养分不是固定不变的，而是随条养分平衡是相对的，最小养分不是固定不变的，而是随条件变化而变化的件变化而变化的启示：了解最小养分是什么是养分管理的前提启示：了解最小养分是什么是养分管理的前提195019601970198019902000NFeNKZnPFeNMnSKZnPFeNBMnSKZn
8、PFeN?BMnSKZnPFeN印度作物营养缺乏现象的增加趋势（Rattan and Sharma,2004）要点要点3 3 继续增加最小养分以外的其它养分，不但难以提高产量而且继续增加最小养分以外的其它养分，不但难以提高产量而且还会降低施肥的经济效益。还会降低施肥的经济效益。启示：生产中应杜绝过量施肥启示：生产中应杜绝过量施肥。意义：意义：解决施肥要有针对性：施什么肥料？解决施肥要有针对性：施什么肥料？正确对待最小养分律，就可以因地制宜根据土壤条件和植物生长的需要来选择肥料品种和养分比例，提高施肥针对性，较好地满足作物对养分的需要，从而收到增产、节肥、提高经济效益的效果限制因子律限制因子律：
9、增加一个因子的供应，可以使作物生长增加，但是遇到另一生长因子不足时，即使增加前一因子也不能使作物生长增加，直到缺少的因子得到补足，作物才能继续生长。限制因子律是最小养分律的扩大和引伸。植物对限制因子的反应植物对限制因子的反应(Blackman,1905)低光照中等光照高光强最适因子律：最适因子律：植物生长受许多条件的影响，生长条件变化的范围很广，植物适应的能力有限。只有影响生产的因子处于中间地位。最适于植物生长，产量才能达到最高。因子处于最高或最低的时候，不适于植物生长，产量可能等于零。问题：问题：1、不同作物品种满足最佳生长的最适养分供应条件是什么？养分供应数量的重要性！三、报酬递减律与米采
10、利希学说三、报酬递减律与米采利希学说报酬递减律：报酬递减律：从一定土地上所得到的报酬随着向该土地投入的劳动和资本量的增大而有所增加，但随着投入的单位劳动和资本的增加，报酬的增加却在减少。经济学的一个基本原理，移植到农业上来，证明它也是合理经济学的一个基本原理，移植到农业上来，证明它也是合理施肥的基本理论之一。施肥的基本理论之一。20世纪初，米采利希（EAMitscherlich)进行了著名的燕麦磷肥砂培试验。他发现：在其它技术条件相对稳定前提下，随着施肥量的渐次增加，作物产量也随之增加，但作物的增产量却随施肥量的增加而呈递减趋势，因而与报酬递减律相吻合。如果一切条件都符合理想的话，作物将会产生
11、出某种最高产量，相反，只要任何某种主要因素缺乏时，产量便会相应地减少。01020304050607000.511.522.5磷肥用量(P2O5,g/pot)干物质(g/pot)燕麦磷肥试验（砂培）（EAMitscherlich，1909)产产 量量165432表示报酬表示报酬（即单位肥料的增产量）（即单位肥料的增产量）施施 肥肥 量量肥料报酬递减示意图肥料报酬递减示意图表示基础产量表示基础产量最大施肥量最大施肥量最高产量最高产量合理施肥区合理施肥区不合理施肥区不合理施肥区边际产量边际产量（报（报 酬）酬）施肥量施肥量总总 产产 量量施肥量与总产量、边际产量的关系施肥量与总产量、边际产量的关系（
12、1）（2）（1）（2）我国建国以来单位化肥生产粮食的数量在不断减少,Why?(Kg/kg)特点特点：报酬递减律是以其它技术条件相报酬递减律是以其它技术条件相对稳定为前提，反映了投入与产出之对稳定为前提，反映了投入与产出之间具有报酬递减的客观规律。间具有报酬递减的客观规律。米采利希学说的文字表达是:只增加某种养分单位量（dx）时，引起产量增加的数量（dy），是以该种养分供应充足时达到的最高产量（A）与现在的产量（y）之差成正比。以公式表达为：dy/dx=C(A-y)转换为指数式为：y=A(1-e-cx）式中y一一定量肥料调所得的产量 A-足量肥料所获得的最高产量或极限产量 x 一肥料用量 e一自
13、然常数 c常数（效应系数）01002003004005006007008009000510152025施肥量产量c=0.2c=0.4c=0.8c=1.6A=800不同不同C值下作物获得最大产量所需的施肥量值下作物获得最大产量所需的施肥量如何提高如何提高C常数常数?:养分管理的任务两点争论：两点争论：其它技术条件不变（相对稳定）限制因子超过最适数量时就会变成毒害因素0510152025303505101520施肥量产量Y=bo+b1x+b2x2增产效应的抛物线图式增产效应的抛物线图式报酬递减的三个阶段：报酬递减的三个阶段：最高产量之前：报酬最高产量之前：报酬0 正值正值 最高产量之时：报酬最高产
14、量之时：报酬=0 施肥上限施肥上限 最高产量之后：报酬最高产量之后：报酬 2水效应水效应肥效应肥效应水肥的交互效应水肥的交互效应 2部分部分 冬小麦冬小麦/夏玉米轮作系统的籽粒产量（干物质，夏玉米轮作系统的籽粒产量（干物质，kg/hakg/ha）每季施氮量每季施氮量 冬小麦冬小麦 夏玉米夏玉米 总产量总产量1998-1999 1998-1999（玉米缺水年）（玉米缺水年）0 5433 3640 9073(100%)0 5433 3640 9073(100%)120 5600 4276 9876(109%)120 5600 4276 9876(109%)240 5378 3803 9181(10
15、1%)240 5378 3803 9181(101%)360 5601 4217 9818(109%)360 5601 4217 9818(109%)1999-2000 1999-2000（玉米丰水年）（玉米丰水年）0 4079 5304 9383(100%)0 4079 5304 9383(100%)120 6281 6196 12477(133%)120 6281 6196 12477(133%)*240 5613 6527 12140(129%)240 5613 6527 12140(129%)*360 5873 6563 12436(133%)360 5873 6563 12436(1
16、33%)*灌溉和施肥对氮肥利用率的影响处处 理理 传统施氮传统施氮 优化施氮优化施氮 施氮量施氮量 氮肥利用率氮肥利用率 施氮量施氮量 氮肥利用率氮肥利用率 (kg/ha)(%)(kg/ha)(%)限量灌溉限量灌溉 300 9.7 15 38.2传统灌溉传统灌溉 300 20.8 86 45.3优化灌溉优化灌溉 300 18.8 60 62.5水分对氮肥利用效率的影响水分对氮肥利用效率的影响（二）作物品种与施肥效果0510152025303505101520氮肥用量产量不同小麦品种对氮的效应不同小麦品种对氮的效应矮秆小麦高秆小麦冬小麦不同品种的吸氮量和氮肥利用率冬小麦不同品种的吸氮量和氮肥利用
17、率品种 施氮量(kg/ha)吸氮量(kg/ha)氮肥利用率(%)农大95 0 107 -180 178 39.7 270 196 32.892117 0 141 -180 193 29.2 270 204 23.2最佳施氮量：农大95 176 kg/ha 92117 87 kg/ha（三）、养分之间的相互作用效应（三）、养分之间的相互作用效应养分之间的相互作用效应可以分为三种情况：1、正的相互作用效应 （A十B）(A)+(B)2、没有相互作用效应 （A十B）=(A)+(B)3、负的相互作用效应 （A十B）(A)+(B)（AB）：两种养分同时施用的增产效果 （A)、(B)：A、B养分单独施用时的
18、增产效果南非的一个田间试验中三个不同氮水平下玉米产量对磷肥的反应南非的一个田间试验中三个不同氮水平下玉米产量对磷肥的反应(Summer and Farina,1986)土壤肥力与氮磷化肥施用效果的关系（小麦，斤/亩）地 力处理 高 中 低 产量 增产(%)产量 增产(%)产量 增产(%)CK 396.0 100 125.3 100 71.9 100 P 392.5 99 136.5 109 123.5 172 N 432.5 109 211.5 169 68.8 96N+P 432.1 109 266.5 213 192.1 267提示：提示：肥地作物对土壤养分的依赖率高，而瘦地作物对肥肥地作
19、物对土壤养分的依赖率高，而瘦地作物对肥料养分的依赖率高。这对合理施肥有指导意义。料养分的依赖率高。这对合理施肥有指导意义。澳大利亚西部小麦对氮、钼的反应 肥料用量 产量N Mo (kg/ha)0 0 6300 75g/ha 77025kg/ha 0 80025kg/ha 75g/ha 1020提提 示示 养分归还学说养分归还学说解决为什么要投肥问题解决为什么要投肥问题最小养分律最小养分律解决施肥要有针对性问题解决施肥要有针对性问题报酬递减律报酬递减律解决施肥要有解决施肥要有“度度”的问题。的问题。因子综合作用律因子综合作用律解决有限肥料如何发挥解决有限肥料如何发挥最大效益问题。最大效益问题。本节问题:1.养分资源管理的四大基本原理是什么?2.不同原理对于合理施肥有什么启示?
