植物营养与施肥基础理论-初稿.ppt

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,soil and fertilizer science,植物营养学,plant nutrition,1）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。,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,如何吸收、运输、分配和调控养分 生理功能 元素缺乏和过剩症状 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 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； 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,重金属和污染物质在食物链中的富集、迁移和调控 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 遗传基础 分子机理 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,田间生物方法,模拟研究方法,植物根系和根际研究方法,生物统计和生物数学方法,近代物理化学、生物化学 和仪器分析方法,核技术研究方法,酶学诊断法,植物营养诊断与调查研究法,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,4.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。,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。,n,15,p,32,热电离同位素质谱仪,n,15,p,32,7. 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,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 7595水分 75c 525干物质 煅烧 95以气体挥发 525c 5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（essential element） 1. 概念-三个标准 (arnon and stout, 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 c 1800 senebier &saussure n 1804 saussure fe 1860 sachs mn 1922 mchargue b 1923 warington zn 1926 sommer & mckinney cu 1931 lipman & mackinney p,k,mg,s,ca 1938 sprengel mo 1939 arnon & stout cl 1954 broyer,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-element,middle-element,micro-element,5. 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（mineral nutrient）。,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、s 1. 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、cl 1.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、ni 1. 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,钠（na）-以na+形态吸收， 对某些作物可部分替代k，如甜菜 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 钴（co）-豆科植物共生固氮时必需 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,植物体的组成成分 植物的必需营养元素(掌握) 植物的有益元素,if you do not leave me, we will die together.,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(s) 杂草肥田 北魏：贾思勰(xi) 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(fn)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、菜园土浸出液和下水管道水）培养薄荷枝条。,菜园土浸出液中生长最好,伍德沃特 溶液培养试验,证明植物从土壤中获得营养,索修尔 溶液培养试验,1804年，瑞士的索修尔发现种子在蒸馏水中萌发成苗后很快死亡，与种子相比，灰分数量没有变化。,如果把植物的灰分加到蒸馏水中，再加上硝酸盐植物就可以生长。,证明了灰分元素和n的是必须元素,腐殖质营养学说,泰伊尔（ von thaer ，1752-1828，德国） 土壤肥力决定于腐殖质的含量，因此腐殖质是土壤中植物养分的唯一来源，矿物质不过起间接作用，以加速腐殖质的转化和溶解，使之成为易被植物吸收的物质。 这一学说在西欧曾风行一时。,腐殖质：动植物残体和动物的排泄物，皮毛和尸体等经微生物分解而形成的有机物。黑褐色，含有植物生长发育所需要的一些元素，能改善土壤，增加肥力。,植物营养学的建立,李比希（justus von liebig , 1803-1873)，德国化学家。 1840发表化学在农业和生理学上的应用，提出了植物的矿质营养学说，奠定了植物营养学科的基础。, original nutrient of plant was only mineral matter.,萨克斯(sachs)和克诺普(knop)1860年和1861年，水培试验研究的先躯 普良尼施尼柯夫20世纪初，主张把植物土壤肥料联系起来研究，提出“肥肥土，土肥苗”的观点，形成了“生理学路线的农业化学派” 罗宗洛20世纪2030年代，在氮素营养及微量元素方面做了大量工作 阿农(arnon)和斯道特(stout)1939年，提出高等植物必需营养元素的三条标准 霍格兰(hoagland)和阿农(arnon) 20世纪2030年代 创立“植物营养遗传学”：美国的e. epstien， 1972年 提出“植物营养生态学”：研究植物土壤及其环境的相互关系；rorison,植物营养学的发展,1. 矿质营养学说 2. 养分归还学说 3. 最小养分律 4. 同等重要律与不可替代律 5. 肥料报酬递减率 6. 因子综合作用律,二、肥料合理施用的基本原理,要点 矿物质是植物的唯一营养，腐殖质是在地球上有了植物后才出现的。,1. 矿质营养学说 (李比西，1840), original nutrient of plant was only mineral matter.,（mineral element theory）,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。 在农业产量的增加份额中，有4060归功于化肥的施用。,植物矿物质营养学说具有划时代的意义,意义 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；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。,要点 随着作物的每次收获，必然要从土壤中取走大量养分；如果不正确地归还土壤的养分，地力就将逐渐下降；要 想恢复地力就必须归还从土壤 中取走的全部养分。 作物吸收;土壤耗竭；必须归还。,2养分归还学说 （nutrient return theory）,用地与养地， 施肥的必要性 肥料工业的发展,养分归还方式,一是通过施用有机肥料， 二是通过施用无机肥料。二者各有优缺点，若能配合施用则可取长补短，增进肥效。 在未来农业发展过程中，养分归还的主要方式是“合理施用化肥”，而不是 “只需施用有机肥料”。 合理施用化肥，充分利用当地一切有机肥源，不仅是农业可持续发展的需要，而且也是减少污染和提高环境质量的需要。,3. 最小养分律 （minimum nutrient law） （木桶理论）,要点 产量受相对最小养分控制 产量随最小养分的补充而提高,意义：指出作物产量与养分供应上的矛盾，表明施肥要有针对性，应合理施肥。,注意：最小养分指作物最缺的养分,木桶理论图解,以木板表示作物生长所需要的多种养分，木板的长短表示某种养分的相对供应量，最大盛水量表示产量。,最小养分随条件而变化,20世纪50年代 60年代 70年代,4. 同等重要律和不可代替律,要点：不论多少，同等重要，缺一不可 缺乏任何一种都无法完成生命周期,要点：必需元素之间不可完全取代,养分必须平衡 比例适当 平衡施肥与配方施肥,从一定土壤上所得到的报酬随着向该土地投入的劳动和资本量的增加而有所增加，但单位劳动和资本量所获得的报酬却在逐渐减少。,5. 肥料报酬递减律（law of diminishing returns ）,第一单元，200%,第二单元，100%报酬,第三单元，50%报酬,第四单元，25%报酬,第五单元，10%报酬,1,2,3,4,5,磷肥价值一单元,产量价值,-报酬递减律告诉我们：要配方施肥，即根据作物对肥料的效应曲线，确定获得最大经济效益的施肥量，谋求经济合理施肥。,燕麦磷肥试验（砂培）,6. 因子综合作用律,作物丰产是影响作物生长发育的各种因子，如水分、养分、光照、温度、空气、品种以及耕作条件等的结果，其中必然有一个起主导作用的限制因子，产量也在一定程度上受该种限制因子的制约。,多因素综合作用的结果,意义：,要发挥肥料的增产作用和提高肥料的经济效益 施肥措施必须与其它农业技术措施密切配合； 各种养分肥料要配合施用以使各养分元素之间比例协调，维持作物体内的营养平衡。,植物营养学的早期探索 肥料合理施用的六大基本原理,1. 矿质营养学说 2. 养分归还学说 3. 最小养分律 4. 同等重要律与不可替代律 5. 肥料报酬递减率 6. 因子综合作用律,三、作物的阶段营养与施肥,植物营养的阶段性 作物营养两个关键时期 作物营养临界期 作物营养最大效率期,什么时候施肥最合适？,作物的生长期,种子营养,根系老化,营养期,养分需求一成不变？,植物营养的阶段性,作物在不同的生育阶段中对营养元素的种类、数量和比例有不同要求的这种特性就叫做作物营养的定期性或作物营养的阶段性。,seeds,seedling stage,flowering stage,maturing stage,1）作物营养临界期：一般出现于生育前 期（苗期）,定义：指某种养分缺少或过多，各种营养比例失调时对作物生长发育影响最大的时期。 特点：需求不多，但很迫切；一旦错过，补施已晚。 磷-多出现在幼苗期 冬小麦：分蘖初期 玉米：出苗后7天 棉花：出苗后10-20天 氮-生育前期 冬小麦：分蘖和幼穗分化期 钾-分蘖初期和幼穗形成期 水稻：分蘖初期和幼穗形成期,作物营养两个关键时期,2）作物营养最大效率期 定义：指某种养分能发挥其最大增产效率的时期。 特点：需求量大，吸收最快，施肥增产明显。,如(氮)：玉米-喇叭口期至抽雄初期 棉花-开花期至盛铃期 油菜-花期 小麦-拔节至抽穗期,作物营养两个关键时期,在生产实践中注意这两个关键时期的施肥； 但也不可忽视作物吸收养分的连续性。,作物营养存在两个关键时期告诉我们,采用基肥、种肥、追肥各施肥环节相结合，促进作物全生育