植物营养与施肥的基本原理

1、欢迎大家,第一章 植物营养与施肥的基本原理,1 肥料与施肥的基本概念 2 植物营养元素与肥料三要素 3 施肥与植物生长 4 施肥与农业生态 5 植物对养分的吸收,问题：什么是肥料？, 肥料的定义,1. 肥料及其分类,讨论:如何正确理解肥料的定义？,养分供求关系,供求 供=求 供求,无须施肥,须用肥料补充,在实际应用中，肥料的定义应理解为：凡能直接或间接地补充环境养分供应不足的任何物质。, 肥料的分类与特性,肥料,有机肥料 Organic fertilizer 化学肥料 Chemical fertilizer Inorganic fertilizer Mineral fertilizer 微生物

2、肥料 Microbe fertilizer,商品肥料,自然肥料 （农家肥料）,养分完全，但含量低 养分释放速度慢，但肥效稳长 改良土壤，提高地力 改善土壤的有机营养 改善作物的碳素营养,养分含量高，但种类单纯 养分释放速度快，但后效短 部分化肥长期施用可影响土质 长期大量施用化肥可引起环境问题（地下水污染，表层水富营养化等）,通过微生物生命活动的产物改善植物营养；直接提供的养分量十分有限 辅助性肥料，不能代替有机肥及化肥的作用, 施肥的基本目的：补充土壤养分供应的不足，以满足作物正常生长发育对养分的需求。,自然需求,作物对养分的需求,特定需求, 合理施肥：通过施肥调节植物的自然营养过程，以获得

3、理想的产量或经济效益。即施肥并非简单地满足作物对养分的自然需求。,2. 施肥及其基本环节,施肥环节,在种植作物之前结合土壤耕作而施用的肥料，其着眼点为作物生长的全程，以有机肥料为主。 在作物播种或移栽时施用，着眼点为苗期，以化肥为主。 在作物生长过程中施用，其作用为调节植物营养，主要用化肥。 将肥料配成一定浓度的营养液，借助喷雾器械喷洒于作物地上部的一种施肥方法。,基 肥： 种 肥： 追 肥： 根外追肥：,肥料的发展趋势,国外肥料发展历程：,3. 肥料与施肥技术的发展趋势,第一代：单质低浓度化肥（如硝酸钙） 第二代：单质高浓度化肥（如尿素） 第三代：化成复合肥料（如磷酸铵） 第四代：混成复合肥

4、料,高效化：不断提高肥料中养分的浓度 复合化：提高复合肥料在化肥中的比例 液体化：发展液体肥料 缓效化：延缓肥料施用后养分释放的速度。,化学肥料发展趋势：, 施肥技术的多样性,土壤施肥,随水灌溉施肥(fertigation),Fertilizer Injection,Potassium application map,Phosphorus application map,4. 现代农业对施肥的基本要求,高产 高效 优质 环境友好,第一章 植物营养与施肥的基本原理,1 肥料与施肥的基本概念 2 植物营养元素与肥料三要素 3 施肥与植物生长 4 施肥与农业生态 5 植物对养分的吸收,1 植物的营养

5、元素,地球化学元素,必需元素 有益元素 完全无用元素,营养元素, 必需元素（essential element)的判定标准,该元素为所有植物所必需，缺少则植物不能完成其生 活周期； 缺少该元素，植物出现专一的缺素症状，只有补充该元素，才能缓解或消除症状，其它任何元素都不能替代； 该元素直接参与植物的营养过程，而不是间接地改善环境条件。,1.1 必需元素,正常,缺磷,缺钾,缺氮,缺镁,缺铁,缺锌, 必需元素的种类,目前已经发现并已得到公认的植物必需元素共有16种：,C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S、Fe、B、Mn、Zn、Cu、Mo、Cl,大量元素 （macro-element) 9种，在植

6、物体内的含量 一般高于1/1000,微量元素 (micro-element) 7种，在植物体内的含量 一般低于1/1000,中量元素,大量元素,从植物的生长介质中除去某元素以确定其必需性,分析植物体的化学组成, 元素必需性的研究方法, 同等重要性与平衡吸收,各种必需元素不论其含量高低，在植物营养中的地位是同等重要的；且因各自的生理功能不同，相互间不能替代。,同种植物体内各种营养元素的含量是相对稳定的。换言之，植物是按一定比例吸收各种营养元素的。植物按比例吸收各种营养元素的现象称为平衡吸收。, 定义 只为某些植物必需或对作物生长发育可起有益作用的一类矿质元素的总称。 种类与作用 Na: 有亲钠植

7、物与疏钠植物之分；对糖用甜菜等是必需的；钠有部分替代钾的作用，在钾供应不足时更为明显。 Si：单子叶植物硅的含量为双子叶植物的10-20倍，硅是水稻不可缺少的元素。 Co：是豆科植物共生固氮所不可缺少的。,1.2 有益元素,C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S、Fe、B、Mn、Zn、Cu、Mo、Cl,来自大气、水,来自土壤（矿质元素）,在土壤、作物间的供求矛盾相对较小,在土壤植物间的供求矛盾大，常需施肥补充。通常被称为“肥料三要素”,问题：所有必需元素在植物营养中的地位是同等重要的，它们在农业上是否也同等重要？,1.3 肥料三要素,第一章 植物营养与施肥的基本原理,1 肥料与施肥的基本概念

8、2 植物营养元素与肥料三要素 3 施肥与植物生长 4 施肥与农业生态 5 植物对养分的吸收,1 肥料在作物生产中的作用,PAR：380-720nm，占太阳总辐射4749； PAR理论利用率：28； 一般农田：0.5-3%。,Minerals,1 肥料在作物生产中的作用,早在20世纪30年代，德国科学家就对增施肥料在欧洲粮食生产中的作用做过估计，如果把粮食增产量看作100，化肥的贡献占50%，品种占30%，其它管理措施占20%； 联合国粮农组织（FAO）的统计资料表明，发展中国家通过施用化学肥料可使粮食单产提高55%57%，总产量提高30%左右（严小龙等，1997）； 建国以来，我国化肥的投入与

9、粮食产出间的关系也基本符合这一规律（李生秀，1999）。,1 肥料在作物生产中的作用,Fertilizer Consumption,Value Index of Crop Production,Relationship between Value index of crop production and fertilizer consumption per arable hectare in 41 countries (FAO),1 肥料在作物生产中的作用,2 植物营养特性与施肥,营养期,种子营养,根系老化,生长期（生育期）,种子萌发,成熟,营养生长,生殖生长,速率,生育期（营养期）,养分吸收

10、,生长,作物营养临界期,作物营养 最大效率期,作物营养临界期：该时期作物需要的养分数量并不多，但很迫切，一旦发生养分短缺或比例失调会对作物生长产生难以弥补的严重影响。一般出现在苗期。 作物营养最大效率期：该时期作物对养分的吸收速率及需求数量均为一生中最大，养分在该时期发挥的营养效率最高。, 最小养分律的含义,由德国化学家李比希提出，他认为：植物的生长量或产量受环境中最缺少的养分的限制，并随之增减而增减。环境中最缺少的养分称为最小养分。 这一规律应用于除养分以外的其它生活因子时也成立，称为限制因子律。,最小养分律图解,3 作物生长与养分供应间的数量关系,3.1 最小养分律, 应用最小养分律时应注

11、意的问题,最小养分系指环境中相对于植物需求而言最缺少的养分,并非植物体内或环境中含量最少的养分。 最小养分与非最小养分间的关系并非固定不变，在一定条件（如施肥）下可以相互转化。 如增施非最小养分（盲目施肥）不仅不能提高作物产量，反会造成肥料浪费及环境污染。, 产量施肥量关系与最小养分律,产量(或生长量,最小养分：A,最小养分：B,最小养分：C,Y = a + bX,最小养分律：作物产量与施肥量间呈直线关系，单位肥料的增产量不变。,式中：x施肥量 y产量或生长量 A极限产量或生长量 C常数,x,y,A,米采利希方程：作物产量随施肥量增加而提高，但单位肥料增产量下降。,3. 2米采利希（Mitsc

12、herish）方程,3.3 费佛尔（Pfeiffer）方程,费佛尔方程：作物产量随施肥量增加而提高直到施肥量达到对作物生长有害程度为止） ，但单位肥料增产量下降。,最小养分律认为，单位肥料的增产量不随施肥量变化；而由米采利希及费佛尔方程可知，随施肥量的增大，单位肥料的增产量下降。即施肥存在报酬递减现象。 报酬递减现象是在其它技术不变的条件下产生的，因而克服该现象的积极途径为：全面改善生产技术条件。 但由于在特定的生产阶段同时改善技术条件是很困难的，因而该现象又是不可避免的。,3. 4 施肥中的报酬递减现象,第一章 植物营养与施肥的基本原理,1 肥料与施肥的基本概念 2 植物营养元素与肥料三要素

13、 3 施肥与植物生长 4 施肥与农业生态 5 植物对养分的吸收,1 施肥对农业生态环境的影响,（1）正面影响 增加农作物产量 * 改善农产品品质 *,提高地力、改良土壤, 重要的减灾措施, 净化空气,增加有机质； 增加、平衡养分； 矫正pH,洪涝、冻害,增加CO2同化量 1吨养分消耗24吨CO2，同时释放18吨O2，可供36人呼吸一年。,1 施肥对农业生态环境的影响,（2）负面影响, 土壤污染, 水体富营养化 *, 地下水污染, 大气污染, 食品污染,化学污染 生物污染 物理污染,饮用水硝酸盐含量标准(WHO): 安全值:100mg/L,NOx CH4 有机肥,生物污染（病菌） 化学污染（重金

14、属、硝酸盐）,土壤,植物,动物,人体,人体必需元素54种，这些元素最终来自土壤。,2 施肥与食物链2. 1 施肥对人体必需元素的影响,观点,A.Carrel（美国，第一个医学诺贝尔奖获得者）：化学肥料只能提高作物产量，却无法弥补土壤中日益枯竭的“全部元素”。 A.Voisin（法国，农学家）：化学肥料是人类近代史上最伟大的发明之一，但如果我们只考虑利用，而不注意保持土壤及农产品的生物品质，势必将人类引向灾难之路。 Nicholas（美国，著名医生）：只有肥沃的土壤，才有人类永久的财富。 A.Howard（英国，有机农业倡导者）：没有良好的土壤就没有人类健康的身体。主张用有机肥改良土壤。 福岗（

15、日本，自然农业倡导者）：没有肥沃的土壤，就没有营养丰富的食品，也就没有健康的身体。 Shelton（美国，著名医生）：我们要改善食物营养，一定要包括改良土壤在内。,2. 2 农产品中硝酸盐含量与氮肥施用的关系,NO3,NO2,Dangerous！,施用氮肥可使胡萝卜、卷心菜、马铃薯等硝酸盐含量提高0.5-1.5倍，玉米黑麦草等提高1.3-39倍！ 植物积累硝酸盐的能力： 叶菜类根菜类瓜果类; 禾本科牧草豆科牧草; 茎/叶根种子.,部分国家和地区磷矿（肥）中镉含量（mg/kg),2. 3 施肥与重金属污染,第一章 植物营养与施肥的基本原理,1 肥料与施肥的基本概念 2 植物营养元素与肥料三要素

16、3 施肥与植物生长 4 施肥与农业生态 5 植物对养分的吸收,5 植物对养分的吸收,5.1 植物的根际营养 5.2 养分离子的主动与被动吸收 5.3 植物根的结构与养分吸收的关系 5.4 植物的叶部营养与根外追肥,5 植物对养分的吸收,5.1 植物的根际营养 5.2 养分离子的主动与被动吸收 5.3 植物根的结构与养分吸收的关系 5.4 植物的叶部营养与根外追肥,根际：受植物根吸收与分泌作用共同影响的土壤微域范围。是植物与土壤相互作用的场所。 根际的大小：根-土界面不足1毫米或几毫米范围的微区土壤。其大小取决于根毛的长度。 根际土壤与非根际土壤在理化性质及生物学特性上存在差异。 存在于根际的有

17、效养分称为实际有效养分，而根际以外的有效养分则为潜在有效养分。,根际的概念,根际的特点,根际pH,N肥形态、共生固N、养分胁迫、植物的基因型差异等。,根际pH与非根际pH存在差异,阳离子吸收量阴离子吸收量，根际pH降低； 阳离子吸收量 阴离子吸收量，根际pH升高。,*根际pH的改变对土壤中养分的有效性影响很大，但可以是有利的，也可以是不利的。,阳离子,阴离子,H+,OH-,根吸收阴阳离子的不平衡,pH vs Availability of Nutrients,4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0,Strongly Acid,S

18、trongly Alkaline,Med. Acid,Slightly. Acid,Very Slightly Acid,Very Slightly Alkaline,Slightly Alkaline,Med. Alkaline,Phosphorus,Potassium,Calcium,Magnesium,Sulfur,Iron,Manganese,Boron,Copper and Zinc,Molybdenum,Nitrogen,根际的特点,根际Eh,由于根的呼吸作用及根际微生物的生命活动需消耗氧气，根际Eh一般较非根际土壤低。 旱地土壤根际Eh都低于土体，一般可降低50-100mV。 水

19、稻根系具有较强的向土体泌氧能力，根际Eh高于土体，这一特性有利于水稻抵御还原性物质（Fe2+、Mn2+、H2S等）的毒害作用。,根际的特点,根分泌物,根分泌物,渗出物（被动） 分泌物（主动） 粘胶质 分解物与脱落物,影响养分的有效性,刺激根际微生物生长 （根际微生物数量是非根际土壤的10-100倍）,根际的特点,根际养分动态,5.1 植物的根际营养 5.2 养分离子的主动与被动吸收 5.3 植物根的结构与养分吸收的关系 5.4 植物的叶部营养与根外追肥,5 植物对养分的吸收,电化学势：离子在一个体系中的运动趋势受两个方面的制约，浓度（化学势）及电势（带电性质）。两者合称为电化学势，在细胞膜的内外存在电化学势梯度。,ATPase,被动吸收：养分离子顺着电化学势梯度由细胞的膜外移动到膜内的过程。不需要消耗额外的代谢能。 主动吸收：养分离子逆着电化学势梯度由细胞的膜外移动到膜内的过程。需要消耗额外的代谢能，且具高度的选择性。 对阴离子的吸收多为主动吸收；阳离子中除少数阳离子（如K+）外，常为被动吸收。 相比而言，主动吸收更易受根活力的制约，凡影响根活力的环境因素均可影响主动吸收。,ATP酶与阴、阳离子的吸收,5 植物对养分的吸收,5.1 植物的根际营养 5.2 养分离子的主动与被动吸收 5.3 植物根的结构与养分吸收的关系 5.4 植物的叶部营养与根外追肥,