根系养分吸收

第三章植物对养分的吸收一、根部营养三、影响植物吸收养分的外界环境条件四、植物的营养特性二、植物的叶部营养五、施肥的基本原理吸收—植物从环境中摄取养分的过程，真正的吸收含义是指外部介质中的养分离子通过细胞膜进入细胞内部的过程。养分土壤中的迁移细胞壁细胞膜？1.根吸收养分的部位离根尖10cm以内根吸收养分最多一、根系对养分的吸收第一节根部营养2.根吸收养分形态气态CO2、O2、H2O离子态阴、阳离子分子态氨基酸、尿素一般包括三个途径:截获（RootInterception）质流（集流）（Massflow）扩散(Diffusion)3养分离子向根部迁移1、截获(Interception)---JenyOverstreet(1939)提出截获是指根系在土壤的伸展过程中吸取直接接触到的养分的过程。截获是一种接触交换（根表面与粘粒表面的距离5nm）根系截获供应的养分量与根系接触土壤的体积以及与根容积相当的周围土壤中含有的养分量有关（通过这种方式得到的养分通常不到植物需要量的5%）N、P、K所占的比例很小，Ca、Mg所占的比例较高2、质流（集流，Massflow)质流是指植物吸收水分引起水流中所携带的溶质由土壤向根表的运动。质流供应的养分量与植物利用的水量及溶液中养分浓度有关当土壤中离子态的养分含量较多，供应根表的养分也随着增加。氮和钙、镁主要是由质流供给的3、扩散(Diffusion)扩散是指由于植物根系对养分离子的吸收，导致根表离子浓度下降，从而形成土体－根表之间的浓度梯度，使养分离子从浓度高的土体向浓度低的根表迁移的过程。影响养分扩散速率的因素：土体中的水分含量养分离子的扩散系数：NO3-K+H2PO4-土壤质地土壤温度扩散对供应钾的贡献最大，其次是磷和氮。土壤养分迁移途径对玉米养分供应的相对重要性养分每公顷生产9500kg籽粒所需养分数量/(kg/hm2)截获质流扩散/(kg/hm2)N190215038P401237K195435156Ca40601500Mg45151000S221650(Barber,1984)一般包括两种方式:被动吸收(passiveuptake)主动吸收(activeuptake）4根系对养分吸收方式被动吸收：是指养分顺着浓度梯度(分子和离子)或电化学势梯度（离子)由介质溶液进入细胞内的过程。特点：不需要能量，也没有选择性，也叫非代谢性吸收。被动吸收分为简单扩散（simplediffusion)与易化(协助,促进）扩散(facilitateddiffusion)两种方式。（1）被动吸收(Passiveabsorption)定义：膜外养分逆浓度梯度(分子和离子)或电化学势梯度(离子)通过细胞膜进入细胞内的过程。特点：需要能量，具有选择性。植物主动吸收养分的机理：载体解说、离子泵解说（2）主动吸收（activeabsorption）被动吸收离子交换①载体（carrier）的定义－－指生物膜上存在的能携带离子通过膜的大分子。这些大分子形成载体时需要能量（ATP）。特点：载体对一定的离子有专一的结合部位，能有选择性地携带某种离子通过膜。（A）载体解说载体学说能够比较圆满地从理论上解释关于离子吸收中的三个基本问题：离子的选择性吸收；离子通过质膜以及在膜上的转移；离子吸收与代谢的关系。5、主动吸收与被动吸收的比较区别：是否逆电化学梯度是否消耗代谢能量是否有选择性二、植物对有机态养分的吸收1、植物可吸收的有机态养分的种类含氮：氨基酸、酰胺等含磷：磷酸己糖、磷酸甘油酸、卵磷脂、植酸钠等其它：RNA、DNA、核苷酸等2、吸收机理透过酶载体学说－细胞膜上存在特异性的透过酶，有机养分以此透过酶为载体而运如膜内。该过程需要消耗能量，属于主动吸收过程。胞饮作用－细胞外的液体微滴或物质吸附在质膜上，通过质膜的内陷形成小囊泡而被消化吸收的过程。这种吸收是非选择性的，对矿质养分的吸收作用不大，但是吸收大分子物质的重要机制。需要能量。3、植物吸收有机养分的意义提高对养分的利用程度减少能量损耗植物吸收离子态养分－－主要有机态养分－－次要小结：植物对养分的吸收吸收的含义：植物的养分吸收－－是指养分进入植物体内的过程泛义的吸收－－指养分从外部介质进入植物体中的任何部分确切的吸收－－指养分通过细胞原生质膜进入细胞内的过程植物吸收的养分形式：离子或无机分子－－为主有机形态的物质－－少部分植物吸收养分的部位：矿质养分－－根为主，叶也可根部吸收气态养分－－叶为主，根也可叶部吸收植物根系对养分的吸收迁移吸收截获质流扩散主动被动养分：土壤根表根内三、植物营养与根系特性（一）根系形态特征与养分吸收1.根的类型分类从整体上分从个体上分直根系：根深须根系：根广定根形成直根系不定根形成须根系主根侧根a.须根系b.直根系直根系和须根系示意图2.根的类型与养分吸收的关系直根系－－能较好地利用深层土壤中的养分须根系－－能较好地利用浅层土壤中的养分农业生产中常将两种根系类型的植物种在一起－－间种、混种、套种。3.根的数量用单位体积或面积土壤中根的总长表示（LV，cm/cm3或LA，cm/cm2）一般：须根系的Lv直根系的LvLv越大，总面积越大，根与养分接触的机率高反映根系的营养特性4.根的分布分布稀疏或过密：养分利用不充分分布合理：提高养分吸收效率根根根根养分吸收范围A.分布稀疏B.分布较密根系分布与养分吸收范围示意图ShallowIntermediateDeep不同容重土壤上大麦幼苗根系生长情况1.35g/cm31.55g/cm35.根际pH值呼吸作用（1）影响因素根系分泌的有机酸养分吸收阳离子阴离子（2）作用：影响养分的有效性6.根际氧化还原电位（Eh值）（1）影响因素①作物种类：旱作：Eh较土体低水稻：Eh较土体高②介质养分状况如水稻施钾，Eh上升，Fe2+Fe3+（2）作用：影响养分的有效性第二节植物的叶部营养1、几个名词的概念植物通过叶片或茎吸收养分的营养方式。这种供应营养的方式称为叶面施肥植物吸收养分不一定需要通过根部，自叶部（包括茎部）也能吸收养分来营养自己，这一现象称为根外营养。2、根外营养的特点（部分内容补充）a、直接供应养分，防止养分的固定和转化叶面施肥可使肥料直接与植物体接触，养分无需通过土壤，这既可使植物及时获得养分，又可避免水溶性的有效养分或被土壤固定、或挥发、淋失等损失问题。P、Zn、Fe、B等易被土壤固定的养分离子某些生理活性物质如赤霉素、B9等b、吸收速率快，能及时满足作物营养需要叶部对养分的吸收和运转速率比根部快，能及时满足作物的营养需要。例如土壤施肥15d植物吸收的磷才相当于叶面施肥5min的吸收量。c、强株健体，促进根部营养根外营养可促进植株健壮生长，并可提高光合作用和呼吸作用的强度，显著地促进体内各种酶活性，从而直接影响植物体内一系列重要的生理生化过程，改善了植物对根部有机养分的供应和提高根系活力，增强根系对水分和养分的吸收能力。d、节省肥料，提高经济效益根外喷施磷、钾肥和微量元素肥料，用量只相当于土壤施用量的10％～20％。肥料用量大大节省，成本降低，因而可提高经济效益。e、可弥补根部对养分吸收的不足在作物苗期一般根系不发达，养分吸收能力弱，而易出现黄苗和苗弱现象；在作物生长后期由于根系功能衰退，吸收养分能力差。3、正确全面认识叶面肥叶面肥料的局限性：叶面施肥的所提供的养分量有限，尤其大量元素远远不能满足植物的需要。叶面施肥只是解决某些特殊的植物营养问题的一种辅助手段，是土壤施肥的补充。叶面肥的适用性：由于微量元素的需要量不大，叶面施用可满足作物的营养需要。故叶面喷微量元素不仅经济有效，而且见效快，表现出良好的效果，是补充植物微量元素的一种主导手段。不轻信某些叶面肥生产商的夸大溢美之词二、叶部营养的应用条件（影响因素）1.叶片结构（作物种类）(1)叶片类型双子叶：叶面积大，角质膜薄，易吸收(2)叶的年龄：幼叶比老叶吸收能力强(3)叶的正反面：叶背面比叶表面吸收效果好2.溶液的组成如氮肥：尿素硝酸盐铵盐钾肥：氯化钾硝酸钾磷酸二氢钾3.湿润时间（0.5～1小时）可加入“润湿剂”：0.1～0.2％洗涤剂或中性皂喷施时间：清晨、傍晚或阴天4.溶液反应酸性：有利于阴离子吸收中性～微碱性：有利于阳离子吸收5.溶液浓度：0.1～2％第三节影响植物吸收养分的外界环境条件光照温度水分通气反应养分浓度离子间的相互作用一、光照光照可通过影响植物叶片的光合强度而对某些酶的活性、气孔的开闭和蒸腾强度等产生间接影响，最终影响到根系对矿质养分的吸收。a、能量b、酶的诱导和代谢途径（NR)c、影响蒸腾作用(通过调节气孔开闭）光照充足，光合作用强度大，吸收的养分就多。当植物处于黑暗或光照不足条件下，养分离子吸收显著下降a、能量养分含量（相对%）照度指数NH4+H2PO4-K+Ca2+Mg2+Mn2+SiO2100100100100100100100100585876781071038555640334164684665517151349402235光照对水稻吸收养分的影响2．酶的诱导和代谢途径植物体内硝酸还原酶是一个诱导酶，需要光的激活。光照不足，硝酸还原酶的活性降低，造成NO3-在植物体内积累。这不仅影响到NO3--N的进一步吸收，而且还影响到产品的品质。3．影响蒸腾作用光可以调节叶片气孔的开闭而影响蒸腾作用，间接地影响植物对养分的吸收。二、温度温度低温高温适温0oC40oC一般6~38ºC的范围内，根系对养分的吸收随温度升高而增加。原因：光合作用强度增高，提供能源物质多。光合产物运转加快，呼吸作用加强，提供的能量多。蒸腾作用增强，提高养分的吸收速率。诱导硝酸还原酶活性，促进氮同化。促进土壤养分矿化，提高养分的有效性。微生物活动增强，土壤有机质分解加快，释放的养分多。温度过高养分吸收速率降低的原因温度过高（超过40ºC）时，高温使体内酶钝化，从而减少了可结合养分离子载体的数量。同时高温使细胞膜透性增大，增加了矿质养分的被动溢泌。温度对水稻吸收矿质养分的影响三、水分直接影响：1、影响养分迁移的方式和数量；2、影响养分的溶解度和有机养分的矿化。间接影响：1、水分影响土壤通气性和氧化还原状况；2、影响根系的生长发育；3、影响微生物的种类和数量。四、通气植物根系的呼吸作用在很大程度上依赖于土壤空气中O2的供应。因此根部介质周围必须经常保持充足的氧气，才能使作物根正常吸收养分。良好的通气环境，能使根部供氧状况良好，并能使呼吸产生的CO2从根际散失。这一过程对根系正常发育、根的有氧代谢以及离子的吸收都有十分重要的意义。溶液中的反应对植物吸收养分的影响偏酸性：吸收阴离子阳离子偏碱性：吸收阳离子阴离子原因：酸性反应时，根细胞的蛋白质分子带正电荷为主，故能多吸收外界溶液中的阴离子碱性反应时，根细胞的蛋白质分子带负电荷为主，故能多吸收外界溶液中的阳离子五、介质反应离子吸收量（mg/kg鲜重/6h）培养液的pH条件NH4+-NNO3--N总吸收量4.03448825.042591016.04641877.6663096不同pH条件对番茄吸收NH4+-N及NO3--N的影响氮5.5～8.0磷6.5～7.5钾/钙/镁6.0硫5.5铁/锰/锌/铜6.0钼6.0硼5.0～7.0总的来说，pH5.5～6.5时，各种养分的有效性均较高pH值土壤反应和植物有效养分含量的关系2.土壤反应与植物有效养分含量的关系营养土中有效含量元素较多时的pH范围六、养分浓度有效养分（Availablenutrient)：是指在植物生长过程中，根系能够接触到，并以能够吸收的形态存在的养分。植物的有效养分不但在化学形态上，而且在空间上都应该对植物有效的，通常包括水溶态、交换态和弱酸溶态。潜在养分（Potentialnutrient）：为植物不能直接吸收利用的有机养分和存在于矿物晶格中的非水溶态养分。土壤有效养分示意图212.化学有效养分1.空间有效养分浓度（mmol/L）吸收率（µm