土壤肥料学-02-植物营养概论

1、第二讲植物营养概论 Plant nutrition,土壤肥料学第六章,本章重点、难点：植物所必需的营养元素；养分的迁移；植物根系对养分的吸收；养分的运输；根外营养,知识点,植物营养的概念 植物对养分的吸收 植物的叶部营养,1 植物营养的概念与领域,概念：植物体从外界环境吸收其生长发育所需要的物质并用以维持其生命活动,植物体所需要的元素称之为营养元素,2002,农学专业“农业化学”讲义鲁剑巍,1.1 领域,植物矿质营养生理学 根际微生态系统中的物质循环及其调控 逆境植物营养生理学 作物产量生理学 植物营养生态学 植物矿质营养遗传学 植物土壤营养 肥料学与养分资源管理,1）田间试验方法,1.2 植

2、物营养学的研究方法,2002,农学专业“农业化学”讲义鲁剑巍,研究生-大田试验-取样,2）盆栽试验方法（模拟,N,P,3）植物根系和根际研究方法,30 um 尼龙网,4）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,2 植物的营养成分,75%95%水分 5% 25%干物质,新鲜植物,C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S、Fe、Mn、Zn、Cu、Mo、B、Cl、Si、Na、Se、Al,2.1 必需营养元素,不可缺少 特定的症状 直接营养作用,C、H、O、 N、P、K、 Ca、Mg、S、 Fe、Mn、Zn、Cu、B、 Mo、

3、Cl,发现规律,量大的发现的比较早 易缺乏的发现比较早 难净化的发现比较晚,2.2 必需营养元素的分组,1）大量营养元素（0.15%以上） C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S 2）微量元素（0.1%以下，0.1 mg/kg） Fe、Mn、Zn、Cu、Mo、B、Cl 3）次量元素或中量元素 Ca、Mg、S,2.3 必需营养元素的来源,C和O来自于CO2 H和O来自于H2O 其它几乎全部来自土壤，豆科作物固氮，植物叶片吸收一部分气态养分（SO2）。 土壤不仅仅是植物生长的介质，而且也是植物所需矿质养分的主要供给者,2.4 必需营养元素的营养功能,1. 有机体的主要组分（C、H、O、N、S），新

4、陈代谢。 2. P、B，与植物体中的羟基化合物进行脂化作用生成磷酸脂，硼酸脂。 3. K、Mg、Mn、Cl，构成细胞渗透压，活化酶，酶与底物的桥键元素。 4. Fe、Zn、Cu、Mo，通过原子价的变化传递电子,2.5 有益营养元素,不是所有植物所必需，但却是某些植物所必需，或对某些植物的生长发育有益： Si是水稻的必需营养元素， Co是豆科植物固氮所必需的， Na是盐土植物盐生草所必需的， Na，Si，Co，Se是部分高等植物所必需的营养元素，Li、Ag、Sr、Cd、Al、Si、Ti、Pb、Cr、Se、F、Ni等12种元素列为有益元素或准必需元素,3 植物对养分的吸收,3.1 植物的根部营养,

5、根尖结构初生结构次生结构,植物根系从营养环境中吸收养分的过程叫做植物的根部营养,1）概念：植物的根部营养,养分,营养,利用 转移 运输 吸收,植物根系吸收的矿质养分主要是离子态的，其中包括阳离子如NH 4+，K和阴离子 SO4-2, NO3,2）植物根系吸收矿质养分的形态,根系是植物吸收养分和水分的重要器官，根系吸收养分的活跃部位主要在根尖幼嫩部分的某一特定区域，而并非整个根系,3）根系吸收矿质养分的部位,4 ）养分位置与有效性,土壤中有效养分只有达到根系表面才能为植物吸收，成为实际有效养分。 对于整个土体来说，植物根系仅占据极少部分空间，平均根系土壤容积百分数大约为3%。 因而，养分的迁移对

6、提高土壤养分的空间有效性是十分重要的,土壤有效养分示意图,1,2.空间有效养分,1.化学有效养分,5）了解三个过程,矿质养分向根部迁移； 根系对养分的吸收； 根部吸收的养分在植物体内的运输,3.2 养分向根表的迁移,1）土壤中养分到达根表的两种机理 其一是根对土壤养分的主动截获； 其二是在植物生长与代谢活动（如蒸腾、吸收等）的影响下，土壤养分向根表的迁移。有两种方式：即质流和扩散,1、截获 2、质流 3、扩散,植物根获取土壤养分的模式图,截获是指根直接从所接触的土壤中获取养分而不经过运输。 截获所得的养分实际是根系所占据土壤容积中的养分，它主要决定于根系容积大小和土壤中有效养分的浓度,1）截获

7、,植物的蒸腾作用和根系吸水造成根表土壤与土体之间出现明显水势差，土壤溶液中的养分随水流向根表迁移。 其特点是运输养分数量多，养分迁移的距离长。 养分通过质流到达根部的数量取决于植物的蒸腾率和土壤溶液中该养分的浓度,2）质流,3）扩散,当根系截获和质流作用不能想植物提供足够的养分时，根系不断的吸收可使根表有效养分的浓度明显降低，并在根表垂直方向上出现养分浓度梯度差，从而引起土壤养分顺浓度梯度向根表运输。 土壤养分的扩散作用具有速度慢距离短的特点。 扩散速率主要取决于扩散系数,三种方式在土壤中同时存在。 在植物养分吸收总量中，通过根系截获的数量很少。大多数情况下，质流和扩散是植物根系获取养分的主要

8、途径。 对于不同各种营养元素来说，不同供应方式的贡献是各不相同的。 钙、镁和氮（NO3-）主要靠质流供应，而H2PO4-、K+、NH4+等扩散是主要的迁移方式。在相同蒸腾条件下，土壤溶液中浓度高的元素，质流供应的量就大,不同迁移方式对小麦根系养分的相对贡献,根据Baeber（1974）估计，根容积等于土壤容积的1,2）影响养分移动的因素,养分向根表的迁移受到根系吸收和土壤供应两方面的影响。 许多土壤因素（主要有土壤质地、含水量和温度）可调节由扩散和质流造成的离子向根表面的输送,质地越细，水分运动及随之而来的离子扩散越慢，而且粘土比砂土中通过土壤水分的扩散更容易使离子被吸附位点所吸附,低温将从扩

9、散和质流两方面减缓离子运输。扩散率与温度平方成正比。因在低温时比在温暖条件下植物蒸腾需水大大减少，所以质流引起的养分离子运动在低温时会降低。另外，土温低时，土表蒸发水流中的离子运移也减少,1）土壤质地,2）土壤温度,3）土壤湿度 增加土壤湿度，可使土壤表面水膜加厚，一方面能增加根表与土粒间的接触吸收；另一方面又可减少养分扩散的曲径，从而提高养分扩散速率,4）施肥,施肥可增加土壤溶液中养分的浓度，直接增加质流和截获的供应量。同时，施肥加大了土体与根表间的养分浓度差，也增加了养分扩散迁移量,吸附与固定使磷、钾、锌、锰 铁等营养元素的移动性变小。向土壤直接供应有机螯合态肥料，或者施用有机肥，可减少养

10、分的吸附和固定,5）养分的吸附与固定,3.3 植物根系对养分的吸收,主动吸收和被动吸收,被动吸收（非代谢吸收）：溶质分子或离子无选择性地顺着浓度差梯度或电化学势梯度进入细胞的过程。 三个特点： 不需要消耗代谢能量 没有选择性 顺着浓度梯度或电化学势梯度吸收 方式： 主要有离子交换和离子扩散,1）根系对养分的被动吸收,指溶质分子或离子有选择性地逆浓差梯度或电化学梯度而进入细胞膜内的过程。 主动吸收的特点： 需要消耗代谢能； 吸收的离子具有选择性； 根系逆浓度梯度吸收养分,2）根系对养分的主动吸收,光照、温度、水分、 土壤反应、养分浓度、离子间的相互作用等,3.4 影响养分吸收的因素,拮抗作用在溶

11、液中某一离子的存在抑制另一离子吸收的现象。 协同作用在溶液中某一离子的存在有利于根系对另一些离子的吸收。主要表现在阴离子与阳离子之间,1）离子间的相互作用,NB,NKB,NPKB,硼对钾肥效果的影响（Hubei，1992,拮抗作用,铁、锌、锰、铜离子易被土壤固定，也容易与磷发生化学反应生成不溶性沉淀物，而且它们之间也有拮抗作用。 如果存在拮抗，要想办法消除这些拮抗，从而使每一种元素都能发挥其最大的作用,1）养分运输方向 横向运输指养分由根表皮经皮层、内皮层到中柱层（导管）的运输过程。质外体和共质体是根部横向运输水分和养分的重要通道。 纵向运输指离子在木质部或韧皮部内从根向地上部分或从地上部分向

12、根系的运输。纵向运输也称为长距离运输,3.5 养分在植物体内的运输,木质部与韧皮部养分运输与转移示意图,P,T,X,韧皮部,韧皮部,P,转移细胞,T,木质部,X,2）养分的重新分配,根系所吸收的养分在植物体内的分布是不均衡的。 植物体内的养分可以重新分配，称养分的再分配,矿质元素重新分配的难易程度,再利用程度强的元素指通过韧皮部而运转的离子，元素可由老叶向新叶转移，缺素症由老叶开始。N P K Mg Cl 再利用程度较差的元素其缺素症，首先出现在幼叶上。 S Zn Cu Mn Fe Mo 难于再利用的元素主要在木质部由下往上随蒸腾液流而运输，出现在顶叶和新叶。Ca B,缺氮,缺钾,缺磷,缺硫,

13、缺锌,缺铁,缺钙,缺硼,DEFICIENCY SYMPTOMS,Because nitrogen, phosphorus, potassium, magnesium, and molybdenum are mobile in the plant, deficiencies of these elements are expressed on older, rather than more recent growth. This is due to the movement of the elements from more mature growth to newer, juvenile ti

14、ssue when these elements are in short supply,DEFICIENCY SYMPTOMS,Because sulfur (S), calcium (Ca), iron (Fe), manganese (Mn), boron (B), copper (Cu), and zinc (Zn) are immobile in the plant, deficiencies of these elements are usually first expressed on juvenile growth,3.6 植物的叶部营养,植物可通过叶部吸收养分。 植物通过叶部吸收养分进行营养称为叶部营养或根外营养。 叶部营养是补充根部营养不足的一种手段,1）植物的叶部营养,叶部对有机及无机态养分的吸收 叶部吸收养分的机理与根部类似 叶部对CO2的吸收通过光合作用可固定CO2，通过呼吸作用放出CO2,2）叶部对养分的吸收,防止养分在土壤中的固定 叶部营养能及时满足植物对养分的需要 叶部营养能直接促进植物内的代谢作用 叶部营养应用上也有一定的局限性。对大量元素靠叶部营养来供应显然是不够的。根外养只能作为根部