果树是由17种必需的营养元素构成。其中,非矿质元素C、H、O可以通过植物的光合作用以及对水的吸收而获取,其余的矿质元素则需要从土壤或肥料中获取。
施肥的目的在于促进果树对矿质元素的吸收,而土壤中养分元素的有效性是影响果树对矿质元素吸收的关键。本节主要要介绍果树根系对养分的吸收及根外营养、土壤中养分的有效性。
一、果树对养分的吸收
(一) 根系对养分的吸收
根系吸收养分的形态以离子态或无机分子态为主,少部分有机形态物质也可被吸收。根系吸收土壤中矿质元素的过程有两步:第一步是土壤中养分元素到达根系表皮,第二步养分元素从根表进入根系内部。
土壤中养分到达根表有两个途径:
一是根对土壤养分的主动截获,截获是指根直接从所接触的土壤中获取养分而不通过运输,截获所得的养分实际是根系所占据的土壤容积中的养分,主要决定于根系容积(或根表面积)和土壤中有效养分的浓度。
二是在植物生长与代谢活动(如蒸腾、吸收等)的影响下,土体养分向根表迁移,迁移有两种方式:即质流与扩散。植物蒸腾作用导致根际土壤水分减少,造成周围土壤和根际土壤产生水势差,周围土壤水分携带土壤养分向根际土壤移动的过程称作质流;植物根系不断吸收有效养分,导致根际土壤有效养分浓度降低与周围土壤产生浓度差,从而引起周围土壤有效养分(高浓度)向根际土壤(低浓度)扩散的过程称作扩散。
无机养分进入植物根系的过程可以分为两种情况:
一是被动吸收,也称非代谢吸收,是一种顺电化学势梯度的吸收过程,被动吸收不需要消耗能量,属于物理或物理化学吸收作用,可通过扩散、质流、离子交换等方式进入植物根细胞;
二是主动吸收,又称作代谢吸收,是一个逆电化学势梯度且消耗能量的吸收过程,具有选择性,故也称选择性吸收。植物根系还可以吸收有机态养分,其吸收机理尚无定论,一般认为,在具有一定特性的透过酶作用下进入植物细胞的这个过程是消耗能量的,属于主动吸收。
土壤中养分的浓度、温度、光照、水份、通气状况、土壤酸碱性、离子理化性状及离子间的相互作用均可影响果树根系对矿质元素的吸收。
(二)果树叶片和地上部其他器官对养分的吸收
植物除可从根部吸收养分外,还能通过叶片(或茎)吸收养分,这种营养方式称为根外营养。喷施到叶片上的养分进入到叶肉细胞中的途径有三条:
一是通过分布在叶面的气孔。气态矿质养分,如NH3、NO2和SO2主要通过气孔进入叶片,并迅速代谢;水和溶液状态的营养物质也能部分通过气孔进入叶肉细胞。
二是叶面角质层的亲水小孔。如尿素分子,可以自由通过亲水小孔进入叶片内部。
三是通过叶片细胞的外质连丝进行主动吸收叶表的营养元素。矿质养分的种类、配施浓度、叶片对养分的吸附能力、外界温度等均可影响叶片对矿质营养的吸收过程。
一般来讲,在植物的营养生长期间或是生殖生长的初期,叶片有吸收养分的能力,并且对某些矿质养分的吸收比根的吸收能力强。因此,在一定条件下,根外追肥是补充营养物质的有效途径,能明显提高作物的产量和改善品质。
与根供应养分相比,通过叶片直接提供营养物质是一种见效快、效率高的施肥方式。这种方式可防止养分在土壤中被固定,特别是锌、铜、铁和锰等微量元素。此外,还有一些生物活性物质可与肥料同时进行叶面喷施,如果树生长期间缺乏某种元素,可进行叶面喷施,以弥补根系吸收的不足。植物的叶面营养虽然有上述优点,但也有其局限性。如叶面施肥的效果虽然快,但往往效果短暂;而且每次喷施的养分总量有限;又易从疏水表面流失或被雨水淋洗。此外,有些养分元素(如钙)从叶片的吸收部位向植物的其他部位转移相当困难,喷施的效果不一定很好。这些都说明植物的根外营养不能完全代替根部营养,仅是一种辅助的施肥方式。因此,根外追肥只能用于解决一些特殊的植物营养问题,并且要根据土壤环境条件、作物的生育时期及其根系活力等合理应用。
二、养分元素的有效性
虽然土壤中存在(原始存在或通过肥料带入)大量的果树生长所需的营养元素,然而并非所有养分元素均可被果树根系吸收。研究者将土壤中能被植物吸收利用的那部分养分称为生物有效养分。生物有效养分的测定只能通过田间试验观测植物的生长效应,耗时费力,难以推广应用,因此,科学界又在土壤化学分析基础上提出了化学有效养分(植物可吸收的养分元素的形态)。化学有效养分与生物有效养分相关性极强,完全可以作为反应土壤养分生物有效性简单便捷的指标。在生育期内土壤中不能被植物吸收利用的养分元素则被成为无效养分。
果树施肥最直接的目的是提高果园土壤中生物有效养分,促进树体对养分元素的吸收。然而,肥料中的养分元素是化学意义上的有效养分。因此,施肥是直接提高了土壤中的化学有效养分,肥料施入后也伴随肥料中元素的大量无效化,转化成了土壤中无效养分。
当然,土壤中的无效养分在一定条件下也会转化成为化学有效养分。对于土壤养分的管理主要是三方面的工作:
一方面是通过改善土壤物理、化学、生物学特征,促进无效养分向化学有效养分转化;
二是通过施肥直接提高土壤中化学有效养分的数量;
三是促进根系对化学有效养分的吸收,成为生物有效养分。定量化的研究土壤的有效养分及其影响因素以及肥料施入土壤后养分元素的转化,对于发展合理施肥与推荐施肥技术有着重要意义。
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