植物营养与施肥基础理论-初稿

哪一种土壤更适合种庄稼？土壤肥力水、肥、气、热1958年，毛泽东提出我国农业的高速度发展，必须抓好“土、肥、水、种、密、保、管、工”等八个方面的工作。史称农业“八字宪法”。土壤肥料学SoilandFertilizerScience植物营养学PlantNutrition1）植物营养植物体从外界环境中吸取其生长发育所需要的物质并用以维持其生命活动，即称为植物营养。2）营养元素植物体用于维持正常新陈代谢完成生命周期所需的化学元素。第一节植物营养的内容与领域一、植物营养的概念含义：直接或间接供给植物所需养分，改善土壤性状，以提高作物产量和改善产品品质的物质。3）肥料(fertilizers)4）植物营养学研究植物营养与施肥的科学。即研究植物对营养物质的吸收、运输、转化和利用的规律及植物与外界环境之间物质与能量交换的科学。营养物质植物环境营养作用营养物质和吸收运输转化利用能量交换我们为什么要学习植物营养学？“有收无收在于水，收多收少在于肥”！粮食生产与肥料施用密切相关“庄稼一枝花，全靠肥当家”！不合理施肥的负面影响资源耗竭污染环境食物安全植物靠什么生长?植物与环境的关系?如何提高植物的产量和品质?如何合理科学施肥？……主要任务阐明植物体与外界环境之间营养物质交换和能量交换的具体过程，以及体内营养物质运输、分配和能量转化的规律，并在此基础上通过施肥手段为植物提供充足的养分，创造良好的营养环境，或通过改良植物遗传特性的手段调节植物体的代谢，提高植物营养效率，从而达到明显提高作物产量和改善产品品质的目的。简单来说，就是以植物营养原理为理论基础，以施肥或改良植物营养遗传特性为手段，达到高产、优质和高效的目的。植物营养学根际微生态系统中的物质循环及其调控植物营养生态学植物矿质营养遗传学植物土壤营养肥料学与优化平衡施肥植物矿质营养遗传学植物土壤营养肥料学与优化平衡施肥植物矿质营养遗传学植物土壤营养二、植物营养学的主要研究领域其内容与范畴随着学科的发展在不断变化植物营养生理学矿质营养生理学逆境营养生理学产量生理学矿质营养生理学u如何吸收、运输、分配和调控养分u生理功能u元素缺乏和过剩症状u与环境的相互作用服务于农业，寻求最佳调控技术措施1.植物营养生理学植物元素缺乏和过剩症状1.植物营养生理学逆境生理学研究植物在逆境条件下的生理变异及适应性变化规律，通过营养调节挖掘植物抗逆性的基因型潜力，为选育优良抗性品种提供依据。非生物逆境：旱、涝、盐碱、高温、寒冷、营养不足或失调、通气不良生物逆境：病虫害干旱涝害盐碱地根结线虫黄萎病虫害1.植物营养生理学产量生理学作物产量的形成、养分的分配和调节过程；库-源关系及其在产量形成过程中的作用；利用各种内外源激素或调节剂对产量形成过程的调控和机理；2.植物根际营养-根际微生态系统中的物质循环及其调控主要研究ü根－土界面微域中养分、水分及其它物质的转化规律和生物效应；ü植物－土壤－微生物及环境因素之间物质循环、转化的机制及调控措施。3.植物营养生态学主要研究不同生态类型中各种营养元素在土壤圈、水圈、大气圈、生物圈中的转化和迁移规律；各种养分和环境生态系统的关系。热带雨林落叶阔叶针叶林荒漠草地ü重金属和污染物质在食物链中的富集、迁移和调控ü氮素的气态损失（NO、NO2、NH3）和淋洗4.植物矿质营养遗传学基因型差异n遗传基础n分子机理n营养性状的遗传改良培育营养高效型新品种土壤养分行为学土壤肥力水平与植物营养的关系；土壤中养分的存在形态、含量、吸附固定等转化和迁移的规律；有效养分的形态、形成过程及影响因素；各种养分的生物有效性；土壤肥力学研究在农业耕作条件下，施肥对土壤肥力演变的影响；阐明维持和提高土壤肥力的农业措施与影响条件。5.植物土壤营养学肥料--种类，性质，转化及有效性施肥--施肥的方法、数量、时期及影响有效性的因素6.肥料学与优化平衡施肥开辟新肥源--有机肥与无机肥的生物效应实现优质施肥技术及机械化条件下的现代施肥技术营养元素看不见，摸不着，怎么办？三、植物营养学的研究方法植物营养学研究方法模拟研究方法植物根系和根际研究方法核技术研究方法酶学诊断法试验研究+调查研究1.田间试验法植物营养学最基本的研究方法特点最接近于生产条件的试验方法，比较客观地反映农业实际，对农业生产具有实际直接的指导意义受自然条件影响很大2.模拟试验法运用特殊装置，给予特殊条件便于调控水、肥、气、热和光照等因素，有利于开展单因子的研究，多用于田间条件下难以进行的探索性试验。所得结果往往带有一定局限性，需要进一步在田间试验中验证，然后再应用于生产。土培、沙培、水培、分根培养、流动培养、灭菌培养…根系生态学、根系生理学、根系解剖学土壤-植物根-微生物相互作用的场所3.植物根系和根际研究方法rootexudates4.生物统计和生物数学方法指导试验设计，检验试验数据；帮助试验者评定试验结果的可靠性；作出正确的科学结论。计算机技术的应用，可进行大量数据处理，可进行数学模拟，建立数学模型等。5.近代物理化学、生物化学和仪器分析方法研究植物、土壤和肥料体系内营养物质含量、形态、分布与动态变化的必要手段。在大多数情况下，此法应与其它方法结合运用，但手续繁多，工作量大。近十几年来，有各种自动化测试仪器相继问世，从而克服了这一缺点。原子吸收分光光度计流动分析仪多元素分析仪碳氮分析仪6.核素技术法（同位素示踪技术法）利用放射性和稳定性同位素的示踪特性，揭示养分运动的规律；缩短试验进程，解决其它试验方法难以深入的问题。热电离同位素质谱仪7.酶学诊断法矿质元素是多种酶的组成成分或活化剂，调节的酶的稳定。通过酶活性的变化了解植物体内养分的丰缺状况，反应灵敏，能及时提供信息。专一性较差，需累积经验。8.植物营养诊断与调查研究法调查统计植物的营养特征（缺素症状或中毒症状），判断营养状况。缺磷缺硼硼中毒缺硫小结•植物营养的概念植物营养、营养元素、植物营养学、肥料•植物营养学的主要研究领域•植物营养学研究方法营养元素？一、植物的组成新鲜植株烘干75～95％水分~75ºC5～25％干物质煅烧95％以气体挥发~525ºC5％灰分(成分复杂)第二节植物的营养元素植物体内灰分元素70多种灰分元素所含元素种类和数量受环境条件及施肥措施影响。植物也吸收那些不是生长所需，甚至可能有毒的元素。哪些元素是植物的必需营养元素？植物体内灰分元素并非全是植物所必需二、必需营养元素（EssentialElement）1.概念-三个标准(ArnonandStout,1939)不可缺少缺少这种元素植物就不能完成其生命周期。特定症状缺少这种元素后，植物会出现特有的症状，而其它元素均不能代替其作用只有补充这种元素后症状才会减轻或消失。直接营养作用这种元素是直接参与植物的新陈代谢对植物起直接的营养作用，而不是改善环境的间接作用。专一性必要性直接性2.必需元素的种类目前国内外公认的高等植物所必需的营养元素有16（17）种。它们是碳、氢、氧、氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁、硼、锰、铜、锌、鉬、氯，镍。3.必需元素的发现元素年份发现人H,O化学元素发现之前——C1800Senebier&SaussureN1804SaussureFe1860SachsMn1922McHargueB1923WaringtonZn1926Sommer&McKinneyCu1931Lipman&MackinneyP,K,Mg,S,Ca1938SprengelMo1939Arnon&StoutCl1954Broyer随着化学纯化技不断术改进，一些新的必需矿质营养元素可能被发现。4.必需元素的分类大量元素：＞0.1%微量元素：＜0.1%中量元素：介于两者之间Macro-elementMiddle-elementMicro-element5.影响养分含量的因素植物种类生育阶段丰缺程度环境因子1.遗传因素－－如：禾本科植物需Si、淀粉植物块茎含K多、豆科植物含N较多等。2.环境条件（生长环境）－－如：盐渍土上生长的植物含Na和Cl较多、沿海的植物含I较多、酸性红壤上的植物含Al和Fe较多。主要因素6.必需元素的来源在必需营养元素中，碳、氢、养来自二氧化碳和水，其它必需营养元素几乎全部是来自土壤。由此可见，土壤不仅是植物生长的介质，而且也是植物所需养分的主要供给者。N、P、K植物需要量和收获时带走较多，土壤中普遍不足，要通过施肥才能满足，故通常称为“肥料三要素”或“植物营养三要素”。矿质养分与肥料三要素其中，P、K、Ca、Mg、S、Fe、Cl、Mn、B、Zn、Cu、Mo来自矿物，故称矿质养分（Mineralnutrient）。注意：必需营养元素间的相互关系1.同等重要律－－植物必需营养元素在植物体内的数量不论多少都是同等重要的生产上要求：平衡供给养分2.不可代替律－－植物的每一种必需营养元素都有特殊的功能，不能被其它元素所代替生产上要求：全面供给养分7.必需营养元素的主要功能：生物化学作用和生理功能第一组：C、H、O、N、S1.组成有机体的结构物质和生活物质2.组成酶促反应的原子基团，被同化第二组：P、B、(Si)1.以无机阴离子或酸分子的形态被植物吸收2.形成连接大分子的酯键，储存及转换能量第三组：K、Mg、Ca、Mn、Cl1.以离子形态被吸收，维护细胞内的有序性，如渗透调节、电性平衡等2.活化酶类3.稳定细胞壁和生物膜构型第四组：Fe、Cu、Zn、Mo、Ni1.以配合态存在于植物体内2.变化价态传递电子植物必需营养元素的各种功能一般通过植物的外部形态表现出来。而当植物缺乏或过量吸收某一元素时，会出现特定的外部症状，这些症状统称为“植物营养失调症”，包括“营养元素缺乏症”和“元素毒害症”。三、有益元素or准必需元素1、概念：非必需营养元素中一些特定的元素，对特定植物的生长发育有益，或为某些种类植物所必需，这些元素为有益元素。为少数植物所必需对大多数植物有益2、种类：Si,Al,Na，Co,Se,F，Ag，Sr，Cd，Ti，Pb，Cr，Se…Ø钠（Na）-以Na+形态吸收，对某些作物可部分替代K，如甜菜Ø硅（Si）-以硅酸盐等形态吸收，可增强禾谷类作物茎秆的抗倒伏Ø钴（Co）-豆科植物共生固氮时必需Ø硒（Se）-需硒植物，如黄芪必需元素与有益元素对于植物生长具有必需性、不可替代性和作用直接性的化学元素称为植物必需营养元素；其它元素则是非必需营养元素。非必需营养元素中一些特定的元素，对特定植物的生长发育有益，或为某些种类植物所必需，这些元素为有益元素。例：豆科作物-钴；藜科作物-钠；硅藻和水稻-硅十六种营养元素同等重要，具有不可替代性；N、P、K素有“肥料三要素”之称；有益元素对某些植物种类所必需，或是对某些植物的生长发育有益。需要注意的问题——小结1.植物体的组成成分2.植物的必需营养元素(掌握)3.植物的有益元素Ifyoudonotleaveme,wewilldietogether.你如果不离开我，我就和你同归于尽。（四级水平）你若不离不弃，我必生死相依。（六级水平）天地合，乃敢与君绝。(专家水平）问世间情为何物？直教人生死相许。（八级水平）第五节合理施肥的基本原理与技术一、植物营养学的早期探索二、肥料合理施用的基本原理三、作物的阶段营养与施肥讲授内容四、肥料的基本知识1、我国古代关于施肥实践和理论记载西周：《诗经.周颂.良耜(sì)》杂草肥田北魏：贾思勰(xié)《齐民要术》绿肥种植法和豆科作物同禾本科作物轮作可以提高土壤肥力西汉：《氾(fán)胜之书》基肥，追肥南宋：1149年，陈敷《农书》用肥如用药明朝：徐光启《农政全书》古代农业生产的百科全书清朝：《知本提纲》施肥经验与技术一、植物营养学的早期探索经验施肥，生产实践海尔蒙特柳条试验比利时医生并炼金术士海尔蒙特（1577-1644），他把2.27kg重柳树枝条栽种在90kg的土壤中，只浇水不施肥，5年后枝条重76.7kg，土壤减重60g。因此他认为植物从水中获得营养。•1699年，英国的伍德沃德用不同的水（雨水、河水、泉水、菜园土浸出液和