有机营养与有机废弃物利用(备课).ppt

1、有机营养与有机废弃物利用,第一部分有机营养,第一节 有机肥料中的有机营养 有机肥料含有丰富的有机养分，包括纤维素、半纤维素、淀粉、糖类、蛋白质、核酸、氨基酸、磷脂、有机酸、维生素、激素、酶类等。,有机N化合物:多数有机肥中N素以有机N为主，无机N含量较少。有机N主要形态有蛋白质、氨基酸、核酸(RNA和DNA)等。有机N在腐解过程中会产生较多的氨基酸等化合物。,氨基酸的总量以鸡粪最高(2.40%)，奶牛粪次之(0.98%)，羊粪最低(0.15%);绿肥中以细绿萍最高，苕子次之(0.13%)，紫苜蓿最低 。,就氨基酸的种类而论，各种肥料中的丙氨酸和谷氨酸含量最高。 丙氨酸以牛粪、兔粪和鸡粪含量最多

2、;谷氨酸以鸡粪含量最高，细绿萍次之。 紫苜蓿则以脯氨酸和赖氨酸含量最高。 奶牛粪和鸡粪中的赖氨酸含量较高，其次是细绿萍。 各种肥料中蛋氨酸含量均较低。,各种有机肥料在腐解过程中： 在腐解的第14天达到高峰，氨基酸的变化趋势大致分为二类:一种是呈倒“N”字形，包括天门冬氨酸、谷氨酸、脯氨酸、甘氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸等氨基酸腐熟初期均有不同程度的下降，分别达到最低值之后又逐渐上升，至最高点后再转为下降; 另一种呈“抛物线”状，如丙氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸、组氨酸、精氨酸等氨基酸一开始就上升，分别达到最高点后开始下降 。,罗安程等( 1994)测定猪粪中含有丰富的氨基酸

3、，总量达1.99%，占全N的45.6%，其中为植物直接吸收的游离氨基酸达4565mg.kg-1,有机P化合物: 猪粪和鸡粪中的有机磷分别占总磷量的47.2%和53.3%，牛粪只占30.4%。 猪粪和鸡粪中的有机磷形态主要是肌醇磷酸的钙、镁盐，约占56%左右，而牛粪中肌醇磷酸的钙、镁盐较少，约占其有机磷的10%。 猪粪、牛粪、羊粪、鸡粪、兔粪中的核糖核酸(RNA)含量分别为260.6, 220.6, 269.4, 196.8, 279.4mg/100g;脱氧核糖核酸(DNA)分别为31.0, 18.5, 40.3. 21.4. 23.2mg/100g 。RNA和DNA是重要的有机磷化合物。核酸降

4、解还可产生一系列核苷酸等产物。,有机酸: 据日本、英国、印度及国内许多研究指出，多种有机物如紫云英、紫苜蓿、稻草、麦草、牛粪、禽粪、猪粪、各类秸杆等，在腐熟过程中以及施入土壤后会产生多种有机酸，在好气条件下可以逐渐分解成CO2,H2，CH4等消失(包括产生醇、醛、酮等的中间阶段)，但在渍水或局部嫌气条件下会造成有机酸积累而对作物产生危害。,在产生的有机酸中以挥发性的低级饱和脂肪酸为主，其中乙酸最多，其次是丁酸、丙酸等。 有机物料中的淀粉、纤维素、糖类、果胶等发酵或水解产生低级饱和脂肪酸; 含氮有机化合物如蛋白质水解氨化过程中同时会产生有机酸。 脂肪类分解产生长链的脂肪酸如蜡酸、辛酸等; 木质素

5、形成各种酚酸。木质素的生化分解过程是木质素经氧化、羟基化和脱羧基化等作用形成香草酸、没食子酸、原儿茶酸等酚类化合物。,王林权(1999) 研究指出，鸡粪腐熟过程会形成和积累大量的有机酸，挥发性有机酸的含量高达64.57/100g干样，不挥发性有机酸最多时可达50多种，除了存在大量的芳香酸如苯二酸及其衍生物外，还有大量的丁二酸及其衍生物等多元脂肪酸生成。奶牛粪的有机酸以非挥发性有机酸为主，主要是苯二羧酸的衍生物和长链脂肪酸。,生物活性物质: 有机肥料在腐熟过程中常常会产生一些生物活性物质，包括植物激素、核昔酸、腐殖酸、维生素、尿囊素、酶类、多胺、酚酸类和芳香酸类物质等，尽管生物活性物质含量不一定

6、高，但会对植物的生长发育常常产生很大的作用。,Waksman(1936)发现食用高维生素含量的牧草的动物其有较强的抗病性，由此导致了施用到土壤中的有机肥中维生素类物质的发现，并且证明维生素物质可以被植物吸收。后来Starkey(1942)和Carpenter(1943)分别从土壤、堆肥、植物残体和奶牛粪中分离出了泛酸和核黄素类维生素。,王林权(1999)研究发现鸡粪和奶牛粪在堆腐过程中含有许多活性物质，包括IAA, ABA, GA, CTK, DNA, RNA、尿囊素、维生素和B2。,另据研究，在牛粪的堆制腐熟过程中胡敏酸(HA)和富里酸(FA)总量可增加一倍以上。 高温堆肥下牲畜粪肥腐殖化作

7、用明显，不仅腐殖酸增加，而且有利于胡敏酸的形成，HA/FA 1,随着胡敏酸比率的增加，发酵后腐殖质的品质也有改善。有机肥料的腐熟分解转化是比较复杂的过程，可以产生一系列种类繁多的中间化合物。,第二节 有机营养对植物的作用 有机物料所释放的小分子有机物，例如氨基酸、有机酸、多肽、维生素、植物生长刺激素等，植物可以直接吸收这些小分子有机物，在有机物施用量不大时，这些小分子有机物对植物生长的影响可能比它们提供的无机养分更大 。,有机营养利于作物的部分机理: 有机肥料所提供的各种有机生化物质多是植物代谢过程中的中间产物，其对植物的营养作用，既可减少植物代谢过程中所需的养料，又可减少植物因转化吸收这些养

8、分所需要能量的消耗。,氨基酸的营养作用 氨基酸、核糖核酸均能被植物吸收利用。农业上施用的有机肥料中有机氮占总氮的80%以上，在土壤中可释放出各种氨基酸，为植物生长提供有机营养。植物可以直接吸收利用天门冬氨酸、谷氨酸和天门冬酰胺。,不同的结果： 严格的灭菌试验表明，精氨酸、异亮氨酸、甘氨酸、脯氨酸和轻氨酸对番茄离体根的生长存在抑制作用(White,1937 );但也有试验表明番茄离体根可以利用甘氨酸作为唯一氮源，且对根系生长没有抑制作用。,据吴良欢报道，在无菌培养条件下，等氮量时谷氨酸态氮，甘氨酸态氮单施或与铵态N配施对水稻的干物质重和吸收N量的效果明显好于铵态N肥，且差异达到显著或极显著水平，

9、表现为稻株高大，根系发达，根数增多及根长增长，叶色浓绿。,有机酸的营养作用 抑制作用:关于施用有机酸对作物的影响已有不少研究。一般认为，低级脂肪酸对植物生长有抑制作用，碳链越长，毒性越大，抑制大小顺序为:丁酸丙酸乙酸甲酸。,有机酸过量对作物的毒害最明显的是阻碍根系伸展，受害根变短且弯曲向上，根尖分生组织死亡变黑，根毛减少甚至全无。 有机酸也影响植物的生理活性，首先高浓度的有机酸是一种呼吸抑制剂，阻碍根的呼吸，特别是在pH低的条件下表现明显。受害植株体内过氧化酶，细胞色素氧化酶活力下降，随之氧化磷酸化作用受阻，茎干基部淀粉蓄积受抑制，植株体内水溶氮、还原糖增加，光合作用减弱，因而生长量降低。,促

10、进作用:国内外研究表明，某些有机酸在低浓度下对作物的生长可产生积极的影响。 Prill等报道多羟基酸如琥珀酸、苹果酸、草酸和柠檬酸对作物的抑制作用较小。低浓度的琥珀酸、延胡索酸以及一些酚酸等被植物吸收后可以改变生理代谢而增强抗逆能力。,藤井研究表明低级脂肪酸浓度在100mg/kg以下;草酸、柠檬酸在10-100mg/kg范围内均有促进水稻根系吸收磷的作用。泷岛康夫指出抗坏血酸、柠檬酸分别或混合浸种或喷洒植株可增加小麦、玉米谷粒产量及蛋白质含量。Linehan报道，乙酸浓度小于5mmol，当pH =6.5时，对大麦根系有促进作用。,水杨酸还可以提高植物的抗病性，在接种烟草花叶病毒(TMV)之前，

11、注射0.01%的水杨酸(SA)和阿司匹林溶液或喷施植株，都可以显著减少病斑大小和数量 。,有机酸的代谢的系列研究发现，烟叶在有机酸盐中的培养都大大增加了呼吸作用;当供给植株的酸与正常存在的酸的代谢相关联时，这种酸就迅速参与细胞内的反应，且改变叶子的组成。已经证实这种理论适用于苹果酸、柠檬酸、琥珀酸，延胡索酸、乳酸、丙酮酸，唯一例外的是草酸。,我国已有研究报道，低浓度的有机酸对小麦、水稻、蔬菜等作物的生长可产生积极的影响。用20mg/kg的阿魏酸、水杨酸、香草酸、苯甲酸单独及混合浸种或叶面喷施，可刺激小麦的出苗和分蘖，延缓叶片衰老，提高了小麦产量。抗坏血酸、苯甲酸、水杨酸、单宁酸、琥珀酸等喷施小

12、麦均不同程度地减缓了叶片中超过氧化酶活性的降低和脂质过氧化产物丙二醛的积累，延缓叶片衰老，具有增加粒重提高产量的效果。,有机磷及其它有机营养 许多灭菌培养试验的研究结果表明，植物可以直接吸收利用水溶性的有机磷，例如肌醇磷酸盐中的磷。植物还可以吸收其它有机磷，例如甘油磷酸钙、磷酸己糖、磷酸已胺。,第三节 施用有机肥对土壤氨基酸和有机酸含量的影响 1、有机肥对土壤氨基酸含量的影响 不同种类的有机肥料在土壤中分解时会产生一定量的氨基酸，从而影响到土壤中氨基酸含量。 在大多数耕层土壤中，有机N占全N的90%以上，而有机N中氨基酸N占全N的30%-50%。氨基酸N存在于土壤有机质中的蛋白质和多肽中。,据

13、统计，在土壤中己检测出氨基酸及其衍生物达140种之多。 但对于某一特定土壤来说，主要的氨基酸一般只有20多种，其中游离氨基酸不仅数量低，能够检测到的种类也比较少。,土壤中氨基酸是土壤中的主要氮源，可以通过矿化不断地供给作物氮素营养的需求，因此，氨基酸含量高低直接影响到土壤肥力因子的发挥及氮素的供应状况。 再者，土壤氨基酸是土壤微生物的重要营养源，土壤微生物在代谢过程中可利用氨基酸为前体，通过生物途径合成植物生长调节剂，刺激植物生长，调节植物的生理过程,饼肥是以含N为主的有机肥料，其中80%以上是以有机N的形态存在，在分解过程中必然会产生氨基酸，从而影响到土壤氨基酸含量，但关于饼肥中的氨基酸含量、组成、变化及对土壤中氨基酸含量的影响到目前还未见报道。,2、有机肥对土壤有机酸含量的影响 土壤中普遍存在多种有机酸。据研究森林土壤中甲酸、乙酸、琥珀酸和柠檬酸5种优势有机酸约占总酸量的90%左右，另外还存在低分子量的芳香族有机酸，如3-羟基苯甲酸、对-羟基苯甲酸、苯甲酸和香草酸都较多。,进入土壤中各种动植物残体(包括有机肥料)是产生有机酸的一个重要来源，施肥特别是施用有机肥能明显提高土壤有机酸数量。 章永松(1998 ) 在土壤中添加猪粪、稻草、纤