植物病理学绪论

1、植物营养学教材：陆景陵,胡蔼堂主编.植物营养学（上、下册，第二版）.北京：中国农业大学出版社，2003参考书籍： （1）中国农科院土壤肥料室主编.中国肥料.上海科学技术出版社,1994 （2）Mengel K and Kirkby E A . Principles of Plant Nutrition .International Potash Institute,2001 （3）谭金芳主编.作物施肥原理与技术.中国农业大学出版社, 2003 （4）H. Marschner 著,曹一平等译.高等植物的矿质营养.北京农业大学出版社,1991. （5）严小龙,张福锁著.植物营养遗传学.中国农业出版

2、社, 1997植物营养与肥料学报土壤学报植物生理与分子生物学学报期刊、杂志土壤通报生态学报应用生态学报Journal of Plant NutritionPlant and SoilNutrient Cycling in groecosystems中国土壤与肥料/sfb相关网站第一章 绪 论一、植物营养学与农业生产基本概念：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植物营养 植物体从外界环境中吸取其生长发育所需的养分，用以维持其生命活动。植物营养学是研究植物对营养物质吸收、运输、转化和利用的规律及植物与外界环境之间营养物质和能量交换的科学。植物营养学的主要任务 阐明植物体与外

3、界环境及养物质运输、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改善产品品质的目的。1. 作物增产0500100015002000250030003500400019751978198219851988199119941997粮食产量(万吨)肥料施用量(万吨)肥料施用量粮食总产量15000200002500030000350004000045000500005500060000650007000075000肥料施用量粮食总产量肥料的增产作用 人口 土地 粮食施肥的

4、重要作用在于提高粮食作物产量。人多地少的日本、荷兰单位面积施肥量是美国、前苏联的3-5倍，单产是美国前苏联的2倍；我国通过施肥提高单产解决人口压力。施用肥料后油菜的产量有很大提高据联合国粮农组织（FAO）统计:在19501970年的20年中，世界粮食增产近1倍，其中因播种面积增加而增加的产量占22，因单位面积产量增加所增加的产量占78。而在各项增产因素中，增施化肥要起30-50的作用（一般可按40估计）。数以10万计的田间试验结果表明，每公斤化肥平均可增产8-12kg粮食；4-8kg油料；3-6kg棉花。施化肥增加的农产品价值是化肥投资的4.8倍。 根据全国化肥试验网19811983年在全国布

5、置的5000多个田间试验结果计算：合理的氮磷钾化肥配合，可使水稻增产40.8%，玉米增产46.1%，小麦增产56.6%，棉花增产48.6%，油菜籽增产64.4%，大豆增产17.9%。每公斤氮肥（N）可增产稻谷9.1公斤，小麦10.0公斤，玉米13.4公斤；每公斤磷肥（P2O5）可增产稻谷4.7公斤，小麦8.1公斤，玉米9.7公斤;每公斤钾肥（K2O）可增产稻谷4.9公斤，在小麦、玉米上的增产效果较低。20世纪80 年代初粮食总产中约有1/3 是施用化肥得来的。 作物试验个数对照产量 公斤/亩施肥产量 公斤/亩施肥增产 水稻玉米小麦棉花（皮棉）油菜籽大豆829277.8391.240.86292

6、85.6417.146.11260194.3304.356.46243.865.148.66484.5138.964.4115121.2142.917.9氮磷钾化肥配合施用的增产效果如果中国一直没有使用化肥，粮食产量一直保持在800公斤/公顷水平，按现有种植面积计算,我国粮食总产只有0.9亿吨，仅能养活2.2亿人，有10.4亿人没有饭吃。中国没用或停用化肥的后果 如果中国停止使用化肥或全部采用有机农业，以减产30和人均400公斤口粮估计，我国将有2.9亿人没有饭吃；2.改善产品的外观品质及营养品质人体营养缺乏症缺钙缺铁缺碘4.增加植被覆盖度，促进牧业发展5.促进植物生长，改善生态环境生态环境的

7、卫士 运动健儿的摇篮文明生活的象征游览休假的乐园中国吃饱饭全球变化资源与环境粮食高产人类健康？- -目的： 提高作物产量、品质 挖掘生物基因潜力应用养分高效作物 途径：1.改良植物遗传特性，提高植物营养效率 2.通过施肥提供良好营养环境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。合理施用有机肥料和化学肥料，对于提高单位面积产量和不断提高土壤肥力起着重要的作用。肥料:按来源分：无机肥料、有机肥料等按元素分：氮肥、磷肥、钾肥等按养分多少分：单质肥料、复合肥料等按养分有效性分：速效肥料、缓效肥料、长效肥料按肥料状态分：固体肥料和液体肥料肥料分类:化肥、有机肥土壤根际作物优化生产投

8、入养分产量品质环境农民施肥多依靠自己的经验输入输出肥料用量营养元素 缺素临界值 低于临界值面积 施用面积 （mg/kg） 106公顷 占耕地% 106公顷(%) 锌(Zn） 0.5 48.6 51.1 9.7(19.9) 硼 (B) 0.5 32.8 34.5 5.9(18.1) 钼(Mo) 0.15 44.5 46.8 1.0(2.1) 锰(Mn) 5.0 20.3 21.8 0.3(1.6) 铜(Cu) 0.2 6.5 6.9 铁 (Fe) 45 4.7 5.0 我国微量元素缺乏面积和施用面积270-300kg N/ha小麦倒伏不同年代每公斤化肥增产粮食示意图159702468101214

9、16507090年代每公斤化肥增产量kgkg-1水体富营养化氮肥不当过量施肥过量磷肥带入Over- fertilization causes environmental pollution海洋赤潮 频频发生n=20n=7n=7n=9n=370%20%40%60%=453044202910-1910硝酸盐含量分级(mg/L)分布频率北京市蔬菜产地地下水硝酸盐含量( n=80 )地下水硝酸盐含量限量指标:50 mg/L NO3- 欧盟现行标准太湖水质氮磷含量的变化： 1995年 - 1999年 四年期间N 0 .30 mg/L 3.60 mg/LP 0.06 mg/L 0.14 mg/L我国主要化

10、学肥料利用率的估计 N P K 5-35% 5-20% 20-50%许多有机材料还被当作废物烧掉- 为什么要施肥？- 施什么肥？- 施多少肥？- 如何施肥？作物土壤季节措施二、植物营养与肥料的发展概况（一）肥料的发展早在西周（公元前11世纪至8世纪）时期，我国的劳动人民已经开始有意识地利用天然绿肥。人工栽培绿肥最早见于西晋郭义恭的广志（公元3世纪）。在施肥技术上分基肥与追肥，早在西汉的范胜之书（公元前1世纪）中以有详细的叙述。清朝有人将肥料分成十类, 在施肥方法上又提出“时宜”、“土宜”和“物宜” 。中国古代农业生产所用的肥料主要是有机肥料，施肥的特点是用地与养地相结合，从而保证了农业生态系统

11、的平衡。而在欧洲，直到11世纪，法国和德国才开始施肥；英国到13世纪农田施肥还很不普遍。1840年德国李比希（J. V. Liebig) 提出了矿质营养学说，奠定了世界化学肥料生产发展与应用的理论基础。1843年英国鲁兹和吉尔伯特（Lawes and Gilbert) 首次用兽骨添加硫酸制成过磷酸钙后，取得世界的第一个化肥专利，并在他们建立的世界的第一个长期肥料试验站英国洛桑试验站布置了田间肥效试验，一直延续到现在。1913年德国BASF公司正式建成了世界第一套年产30t氨的合成氨装置。1861年在德国斯塔斯富特(Stassfurt)建立了世界上第一座钾碱工厂，生产氯化钾。随后在法国阿尔萨斯(

12、Alsace)、美国卡尔斯巴德(Carsbad)、加拿大萨斯喀斯温(Saskatchwan)等地发现了巨大的钾盐矿床，推动了世界钾盐生产的迅速发展。1908年哈勃（H. Haber)第一个获得专利，建立了合成氨实验室装置。不施肥1908年试验结果 1934年我国化肥工业的先驱范旭东和侯德榜等兴建了我国第一个氮肥厂，生产硫酸铵；之后，日本侵华期间于1935年在大连建立了一个氮肥厂。两厂规模都很小，最高年产量不超过6000t(N)。我国引进化肥并进行施肥的试验研究开始于上世纪初期。在农业上大量施用化肥并在农业增产中发挥重大作用是在60年代中期以后。 1949年以后，我国化肥工业飞速发展，不但在速度

13、上为国际社会所瞩目，1995年起年产量已位居世界第一；而且结合我国国情，走出了具有鲜明特色的发展道路。 20世纪60年代前的有机肥与氮肥配合阶段， 60年代的有机肥与氮、磷化肥配合施用阶段 70年代中期以后的有机肥与氮、磷、钾、微量元素肥料配合施用阶段。 此后又经过20年的发展，大量元素肥料的平衡施用并没有完全解决，例如钾肥不足和土壤钾素亏缺的问题日益突出。 同时微量营养元素（硼、锌、钼、锰等）和中量营养元素（硫、钙、镁）对作物的增产作用日趋明显，其需求呈增长之势。 中国施用化肥的过渡阶段： （二） 植物营养学的发展概况、植物营养研究的早期探索尼古拉斯（Nicholas, 1401-1446）

14、海尔蒙特（Van Helmont, 1577-1644），柳条试验罗伯特波义尔（Robert Boyle）碳素营养学说泰伊尔（Von Thaer, 1752-1832）腐殖质营养学说布森高（Boussingault, 1802-1887）氮素营养学说伍德沃德（Wood-ward）：水培试验大田试验实践的先驱西尼比尔（Senebier,1791）索秀尔（1804）、萨克斯（Sachs）EarthAirFireWaterAristotles Periodic Table of ElementsAristotle 384-322 BCWillow tree:2.3 kg Soil:56.7g74.4

15、kgVan Helmonts willow tree experiment(1643-1648)Five years later500400300200100Rain water Ditch water Soil waterOriginal plant weight Final plant weight (after 56 days)John WoodwardsMint Experiment(1699)Rain waterSoil waterVon Thaer确立植物矿质营养学说，建立了植物营养学科，从而促进了化肥工业的兴起；把化学应用于农业，使化学融合于农业科学之中；李比希的功绩 推行新教学

16、法，重视实践和人才培养；提出养分归还学说和最小养分律, 对合理施肥至今仍有深远的指导意义。驳斥腐殖质营养学说，确立植物矿质营养学说_“植物最初的营养物质是矿物质，而非腐殖质”李比希的学说化学在农业及生理上的应用Justus von Liebig 1840Justus von Liebig1803-1873“All substances in solution in soil are absorbed by the roots of plants, exactly as a sponge imbibes a liquid and all that it contains, without sel

17、ection”1840 “由于人类在土地上种植作物并把这些产物拿走，就必然会使地力逐渐下降，从而使土壤所含的养分将会愈来愈少。因此，要恢复地力就必须归还从土壤中拿走的全部东西，不然，就难以指望再获得过去那样高的作物产量，为了增加产量就应该向土壤施加灰分。”养分归还学说(theory of nutrient returns)不同植物营养元素归还比例归还程度归还比例需要归还的营养元素补充要求低归还度30%Fe、Al、Mn不需要补充归还比例：以根茬方式残留于土壤养分量占养分吸收总量百分数。供试植物：大麦、小麦、玉米、高粱、花生最小养分律作物产量受土壤中相对含量最少的养分所控制，作物产量的高低则随最小

18、养分补充量的多少而变化。注意：（1）最小养分是指土壤中有效养分含量相对最少的养分。（2）最小养分是可变的。（3）补充最小养分时，还应考虑土壤中对作物生长发育必需的其他养分元素之间的平衡。磷钾氮钙镁锰硼其它硫锌钼铜相对产量氮肥磷钾氮钙镁锰硼其它硫锌钼铜相对产量氮肥磷钾氮钙镁锰硼其它硫锌钼铜相对产量磷肥氮肥磷钾氮钙镁锰硼其它硫锌钼铜相对产量磷肥锌肥20世纪50年代，我国农田土壤普遍缺氮。 60年代，磷成为限制作物产量提高最小养分。 70年代，土壤中钾的耗竭加剧，我国长江以南，钾转化为最小养分。 80年代以后，土壤中微量元素的缺乏严重阻碍作物产量的提高，微量元素成为最小养分，其中缺乏面积较大的微量元

19、素主要是是锌、硼、钼。 李比希观点认识的不足与局限性 尚未认识到养分之间的相互关系；对豆科作物在提高土壤肥力方面的作用认识不足；过于强调矿质养分作用，对腐殖质作用认识不够。、植物营养学的发展发展了营养液培养技术萨克斯（Sachs,1860）、克诺普（Knop,1861）近代田间试验研究有了明显发展布森高在1834年建立了世界上第一个农业试验站;鲁茨1843年创立英国洛桑试验站，工作延续至今；门捷列夫1869年在俄国四个省同时建立了试验站. 在鲁茨的倡导下，近百年来世界各国先后建立了长期实验站。Dennis HoaglandUniversity of CaliforniaHydroponic c

20、ulture鲁茨1843年创立英国洛桑试验站植物营养学的发展氮素营养的研究工作罗宗洛（1898-1978）中国普良尼施尼可夫（1865-1948）苏联发现并确定了植物必需的微量元素理论知识的深化和传统概念的更新对必需营养元素的营养生理作用有了更深入的了解提出了一些有益元素明确了营养元素之间存在的相互作用完善了养分跨膜运输理论建立了根际概念对土壤养分生物有效性的认识Emanuel Epstein : University of California植物营养学的发展新交叉学科的形成植物营养遗传学 植物营养生态学三、植物营养学的研究方法和研究内容（一）主要研究方法酶学诊断法生物-田间试验法生物模拟试

21、验法化学分析法数理统计法核素技术法试验条件最接近农业生产要求，能较客观地反映生产实际，所得结果对生产有直接的指导意义；田间自然条件有时很难控制，不适合进行单因素试验。此法应与其它方法结合起来运用。生物田间试验法 在田间自然条件下进行，是植物营养学科中最基本的研究方法；云南小麦、蚕豆间作试验芹菜试验-彭州生物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。水培试验土 培 试 验化学分析法研究植物、土壤和肥料体系内营养物质含量、形态、分布

22、与动态变化的必要手段，是进行植物营养诊断所不可少的方法。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。数理统计法 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。信息化技术在养分管理中的应用核素技术法（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。酶学诊断法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，仍需累计经验。（二）植物营养学研究内容植物营养生理学植物根际营养植物营养遗传学植物营养生态学植物的土壤营养肥料学及现代施肥技术营养元素生理学产量生理学逆境生理学土壤养分行为学土壤肥力学植物营养生理学营养元素生理学： 研究养分元素的营养生理功能与养分的再循环、再利用，养分的吸收、养分在植物体内的长距离与短距离运输、养分的分配等；产量生理学： 研究主要农作物产量的形成、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；研究利用各种内