植物营养与肥料绪论.doc

植物营养与肥料绪论 第一节 植物营养与肥料的基本任务 植物与人类、动物的关系 肥料与植物生产 饲料与动物生产 食物与人类生存植物营养学：是研究植物体与环境之间营养物质和能量的交 换过程，即营养物质的运输和能量的转化过程 的科学。肥料学：研究肥料性能及其积制、施用等理论和技术的科学。 包括研究肥料对作物营养和土壤肥力的关系，各种肥 料的成分、性质和用法，积肥、造肥、保肥、种植绿 肥以及施肥的原则、施肥制度、各种作物的施肥方法 等。植物营养是肥料学的理论基础，也是施肥的直接目的。一、肥料在农业生产中的作用:肥料（fertilizer）: 是提供植物必需营养元素或兼有 改变土壤性质,提高土壤肥力功能的物质. 以提供植物养分为其主要功效的物料。肥料包括无机肥料(化学肥料)和有机肥料。 作为粮食的”粮食”肥料是农业生产的重要物质基础。掌握土壤的肥力状况和植物营养的基本规律，进行合理施肥，在作物增产中起着十分重要的作用。根据联合国粮农组织的资料，发展中国家施肥可提高粮食作物单产55%57%，总产30%31%（FAO1989）。全国化肥试验网的大量试验结果也表明，我国19861990年粮食总产中有35%左右是施用化肥的结果（中国农业科学院土壤肥料研究所，1986）。世界范围的经验证明，施肥，尤其是使用化肥，不论在发达国家还是发展中国家都是最快、最有效、最重要的增产措施（金继运等，1995）。中国有限的耕地资源和过多的人口压力这一事实决定了中国农业持续发展的特殊性和艰巨性。一方面，中国必须在有限的耕地上不断增加投入，不断提高粮食产量；同时又必须保护耕地资源，保护和改善农业生态环境，提高人们的生活质量。化肥作为农业生产的物质基础，过去和现在为我国的农业生产发挥了重要作用，将来仍然是农业持续稳定发展的重要措施之一。我国过去肥料结构1993年肥料生产及消费氮磷钾比例为:生产，世界N：P2O5：K2O1：0.40：0.26 中国N：P2O5：K2O1：0.27：0.008 使用，世界N：P2O5：K2O1：0.40：0.26 中国N：P2O5：K2O1：0.43：0.15根据近代知识的理解，肥料使用的积极作用在于：1. 能促进和改善土壤植物动物系统中营养元素的平衡、交换和循环。2. 提高土壤肥力，以致土地生产力，即提高单位面积土地的农、牧产品的数量与质量；使土壤这一非生资源获得永久使用，以满足世界人口不断增长所需要的各种产品与数量。从某种含义上来讲，有人认为没有化肥，就不会有任何文明社会的存在。3. 使作物生长茂盛，提高地面覆盖率，减缓或防止土壤侵蚀， 维护了地表水域水体的洁净，不受污染。4. 改善农副产品的品质，保护人体健康。然而大量研究结果 与生产实践却已证实，肥料使用或处理不当，会污染生态 环境，导致人体健康受到威胁。通常有下列情况：1、 氮素肥料可能引起的环境污染有：1） 氨的挥发和反消化脱氮对大气环境的污染；2） 氮素的淋失对地表水和地下水环境的污染；3） 氮素引起的农产品、尤其是食品中硝酸盐的富集。2、 磷素肥料可能引起的环境污染有：1） 磷素随地表径流造成地下水的富营养化。2） 磷素生产过程中引起的大气氟污染，而施用时可能带来 重金属镉的污染，放射性核素污染。3、 肥料施用不当，降低了农作物的抗逆能力，包括抗病虫、 抗倒伏、抗旱、抗寒等，以致减产和产品品质恶化。4、 肥料施用不当恶化了土壤的理、化及生物学性状；破坏 了土壤中营养元素的正常平衡比例，导致土壤肥力下 降与作物减产。5、 农业、工业废弃物的不合理处置引起环境、尤其是水域的污染。不少的农业、工业废弃物含有植物所需要的营养元素，应当合理收集，作为肥料施用。若任意排放扔弃，势必对环境产生压力如畜、禽粪便引起氮素污染，食品加工业的有机废水，城镇的生化污水、污泥引起的有机成分与氮、磷污染，工、矿产生的三废引起的重金属、酸碱盐等污染。总之，肥料是人类生产实践与科学技术发展的产物，是宝贵的资源，人们应自觉地合理利用，充分发挥其为人类生存创造最佳生化条件的作用，防止可能产生的不利因素。 根据我国土壤主要养分含量,耕地土壤普遍缺氮,约有1/3左右的耕地土壤缺磷,1/4左右耕地缺钾. 第二节 植物营养与肥料的发展概况 肥料的施用已有5000多年的历史,从无意识的提高土壤肥力,至少有万年的历史了,古代文明发达地区(尼罗河.两河(幼.底)流域.印度.中国.南美等)应用一些天然物质作为肥料如: 厩肥和堆肥 植物、动物废弃物（包括茎杆、畜血等）人和动物排泄物。鸟粪堆积物(鸟粪磷矿)江、河、湖、泊的淤泥森林的枯枝落叶和表土层海草和海生动物的废弃物绿肥含盐表土灰(草木灰.血灰.骨灰.焦泥灰)石灰、石膏和泥灰岩风化物等。 从世界范围来看,植物营养和肥料学的发展可分为四个阶段.Arnold Finck 1982年划分的；(一). 萌芽时期（1840年以前） 尼古拉斯（Nicholas,14011446）是第一个从事植物营养研究的人，他认为植物从土壤中吸收养分与吸收水分的某些过程有关。200年后，海尔蒙特（Van Helmont,15771644）于1640 年提出了水的营养学说,他做了一个试验如下图，结论是:柳树只靠水营养. 以后有人用泥土水、污水浇灌效更好。19世纪初,法国学者索秀尔用含有CO2的空气做试验，发现C、H、O来自空气和水,而灰分来自土壤。1809年泰伊尔(Von Thaer,17521828)提出了腐殖质营养学说，他指出：土壤肥力完全依靠腐殖质,因为除了水分,只有腐殖质才能供应作物营养,而矿物质只是起间接作用，即它可加速腐殖质的转化和溶解，使其变成易被植物吸收的物质。这一学说当时在欧洲曾风行一时,但 柳树枝 马口铁板 5磅（5年后）164磅 用雨水浇 陶土盆1磅453.6g 干土200磅 1盎司28.35g 5年后减少了2盎司（56.7g） 以后有人用泥土水、污水浇灌效更好。19世纪初,法国学者索秀尔用含有CO2的空气做试验，发现C、H、O来自空气和水,而灰分来自土壤。1809年泰伊尔(Von Thaer,17521828)提出了腐殖质营养学说，他指出：土壤肥力完全依靠腐殖质,因为除了水分,只有腐殖质才能供应作物营养,而矿物质只是起间接作用，即它可加速腐殖质的转化和溶解，使其变成易被植物吸收的物质。这一学说当时在欧洲曾风行一时,但片面性很大,又过于武断,阻碍了农业生产的发展。 法国农业化学家布森高（Boussingault,18021887）是采用田间试验方法研究植物营养的创始人。1834年,他在自己庄园里创建了世界上第一个农业实验站.(二). 矿质肥料开始发展时期(1840-1920) 李比希(Justus Von Liebig,18031873) 1840 年在伦敦英国有机化学学会上发表了题为“化学在农业和生理学上的应用”的著名论文，提出植物矿质营养学说:土壤中矿物质是一切绿色植物的唯一养料,厩肥及其它有机肥料对植物生长所起的用,并不是其中所含有的有机质,而是由于这些有机质在分解时所形成的矿物质。他还进一步提出了养分归还学说。 1840年以后,陆续发展并生产了化学肥料。例如Example: 1830年 硝石由智利-英国作肥料1843年 第一个人造肥料过磷酸钙在英国投产1890年 第一个人造氮肥硫酸铵在德国制成1905年 石灰氮在德国制造成功.1913年 合成氨在德国制造成功,日产量27吨.1921年 尿素在德国制成. 化肥大面积施用,产量提高,由1840年的800公斤/公顷,到1880年的1400公斤/公顷.由鲁茨1843年创立的英国洛桑实验站至今已有155年的历史了，试验工作仍在继续中。俄国化学家门捷列夫于1869年在四个省建立试验站，这是肥料试验网的先驱。中欧和德国在化肥工业的发展是在前面的.(三). 矿质营养概念的延伸时期(1920-1960) 20年代和30年代是肥料的大发展时期,许多不同类型的化学肥料施用于不同的作物,不同的土壤和不同的气候条件下,作物产量几乎随着化肥用量的增加而直线上升,但由于过量施用氮肥而产生许多问题:A、施肥达不到预期的产量. B、施用量过大而造成肥害. C、肥料的报酬递减D、农产品品质下降. E、病虫害加剧. 这一系列问题引起了许多农业化学家的重视,加快了植物营养和施肥问题的研究.从而导致了肥力方面新的认识和微量元素的发现.Fe(1860) Mn(1922) B(1923) Zn(1926) Cu(1931) Mo(1938) Cl(1954) pH测定1913年开始的,1920年人们才把施用石灰引起土壤pH的改变与施肥问题联系起来。从此，土壤性质和肥料之间的相互关系开始受到重视。1939年Arnon和Stout提出了高等植物必需营养元素的三条标准: 1. 如缺少某种营养元素,植物就不能完成生活史; 2. 必须营养元素的功能不能由其它营养元素代替; 3. 必须营养元素直接参入植物代谢作用. 在植物养分吸收理论方面,E.Epstein应用酶动力学的原理,根据米凯利斯-门腾(Michaelis Menten)方程式,求出酶促反应的速率(v)、最大反应速率(V)和米氏常数(Km) V(s) V=- (s)代表底物浓度 Km(s) 当v1/2 V时 Km(s) Km值越小,表示酶对底物的亲和力愈大,酶促反应速度越快,底物转变违产物也愈快,酶对底物有一定的专一性,正如植物质膜上的载体对离子吸收也具选择性一样,酶促反应的快慢正如植物吸收养分的快慢,酶对底物的亲和力愈大,正如载体对养分的亲和力高,从而创出植物吸收养分的载体学说.(四)、生长因子综合协调学说时期(1960年以后) 这一时期有如下内容: 1. 植物生长所需要的或对它有益的物质和其它生长条件; 2. 植物对营养物质的需要量(及其诊断测定); 3. 土壤肥力特性(及其诊断测定); 4. 不正确或过量施肥的危害; 5. 评价肥料作用(产量和质量等)的可信赖的方法; 1843年李比西在一文第三版上就提出了最小养分律. 威连斯（Willance，1984)认为,下一次农业革命是多学科性的综合应用革命,包括作物育种、经营管理、土壤改良、土壤肥力、杂草防治、植物生理、土壤微生物、昆虫、农业机械及其它等学科的综合应用。(五)、当前世界肥料问题和动向 存在问题:1. 能源紧张: 制造肥料的能量占农业总耗能量.发达国家35% 。发展中国家64% 。全球平均45%，发展中国家更感到能源不足。2. 磷钾资源日益枯竭: 三要素比例发达国家平均为: 1:0.65:0.64(日本1:1:1)我国1:0.4-0.46:0.36-0.50 发 展中国家PK不足, 影响氮肥肥效发挥,据估计:P资源足 能用500年,钾可用1000年,且分布不平衡.3. 肥料利用率低,污染环境严重: N 30%、P2040%、K 50% 各国为解决上述问题,寻求各种方法,发展新肥料,开发新 资源,提高肥料利用率,对家禽粪、废弃物的利用，生物固 氮等。现在化肥向着高效化、复合化、液体化(流体化)、 长效化和专一化方向发展.(六)、我国肥料科学的发展一些农业古代著作上反映了我国农业科学发展概况、。 游修龄1980考证: 殷商以前(不知道施肥)-西周时期(开始认识到肥料腐烂植物.草木灰)-战国时期(开始施肥)-西汉时期(施肥技术有了很大发展，有基肥、种肥、追肥之分。种植绿肥提高土壤肥力,对土壤理论也有一定见解)-清朝(施肥理论进一步发展时宜、土宜、物宜)。 这些理论要比西欧早的多,可惜由于社会政治等原因,一直停留贼封建小农状态,农业科学没有得到充分发展.解放后,1958年开展了第一次土壤普查,(因土种植.因土施肥.合理分配)1978年第二次土壤普查.为农业区域打下基础. 在土壤肥力方面; 各省建立了肥料试验网,开展了土壤肥力监测工作. 在三要素方面:高成分.高肥效氮肥品种增加,磷钾供应增加.微量元素应得到重视,绿肥逐渐引入推广,施肥理论方面发展到诊断施肥和测报施肥.电子计算机也应用到这一学科.以及放射性和稳定性同位素,液相色谱仪,氨基酸测定仪.原子吸收光谱仪.等离子体机电子探针等.第三节 .植物营养与肥料的研究方法 研究方法包括调查研究和试验研究两个方面; 1、调查研究:对几千年农民在实践中创造的丰富经验进行总结.指导生产.发现生产中存在的问题,加以解决. 2、试验研究:包括田间试验.盆栽试验和化学分析.一般是结合起来进行的. 田间试验: 是研究土壤肥力和肥料效果最具体的方法,是附和生产实际的方法,可直接用于农业生产. 盆栽试验: