2植物营养与施肥原则.

第二章植物营养与施肥原则第一节植物的营养成分第二节植物对养分的吸收第三节影响植物吸收养分的外界环境条件第四节植物营养特性第五节合理施肥的原则一、植物体的元素组成新鲜植株水分75%～95%干物质(5%～25%)有机物95%矿物质5%C44%H6%O43%N2%1、水分：一般新鲜的植物体含水量为75%～95%。幼嫩植株的含水量较高，衰老植株的含水量较低；含水量：叶片茎干种子。2、干物质：新鲜植株除去水分的部分就是干物质，其中有机物质占植物干重的90%～95%，矿物质为5%～10%.植物体燃烧后的残留部分称为灰分.凡是土壤中有的元素，甚至自然界存在的元素，在植物都可以检测到。一般情况下可检出70余种矿质元素。二、植物生长发育的必需营养元素：植物体所含的化学元素虽然多达几十种，但并不都是植物所必需的。许多元素是机械的或偶然的被植物所吸收。因此判断植物生长所必需的营养元素十分必要。（一）植物必需的营养元素：1、判定植物必需营养元素的三条标准：1939年Arnon和Stout提出了高等植物必需营养元素三条标准：①、如缺少某种营养元素，植物就不能完成其生活史；②、必需营养元素的功能不能由其他营养元素所代替（完全代替）；③、必需营养元素直接参与植物代谢作用；只有符合这些标准的化学元素才是植物必需营养元素，否则则是非必需营养元素。根据这一标准，国内外公认的高等植物所必需的营养元素有16种：氢、氧、碳（SenebierandSaussure,1800）氮(Saussure,1804)磷、钾、硫、钙和镁（Sprengel,1938）铁(J.Sachs,1860)铜(C.B.LipmanandG.Mackinney,1931)硼(K.Warington,1923)锰(J.S.Mchargue,1922)锌(A.L.SommerandC.B.Lipman,1926)钼(D.I.ArononandP.R.Stout,1939)氯(T.C.Broyer,1954)。2.植物必需营养元素的分类根据植物体内含量的高低，一般将植物必需营养元素划分为大量营养元素和微量营养元素。大量营养元素的含量在0.1%以上（占干重），它们包括碳、氢、氧、氮、磷、钾、钙、镁和硫，共9种；微量营养元素的含量少于0.1%，有的只有0.1μg/g，它们是铁、铜、硼、锌、锰、钼和氯，共计7种。正常生长植株的干物质中营养元素的平均含量(二)植物营养元素的同等重要律和不可代替律1.植物营养元素的同等重要律和不可代替律虽然16种植物营养元素在植物体内的含量差异很大，但是它们在植物生长发育过程中所起的作用是同等重要的；某种营养元素在植物生长过程的特殊的生理功效不能被其它元素所代替。2、营养元素间的相似作用：16种必需营养元素在植物体内各有其特殊的生理作用，这是其它元素不能代替的。也有研究表明，某些元素能部分的代替另一元素的作用，例如硼能部分消除亚麻缺铁症，钠可以减少甜菜和意大利黑麦草的需钾量。这就是营养元素的相互相似作用。它是植物适应环境的结果，在实践中有一定的利用价值。但是必须强调的是这种代替是部分的和短时间的，只能代替必需营养元素的非专一性功能，而不能代替其特殊生理功能。较高的含钠量（0.2%），可增加牲畜对牧草的采食量，提高奶牛的产奶量。因此，对饲用与放牧植物施用钠肥以增加其含钠量，是世界范围内的一项重要措施。3、必需营养元素的来源如上图所示，在16种必需营养元素中，C、H、O可以从空气和水中获得，而其余的13种必需营养元素从土壤和肥料中获得，称为矿质营养元素。4、肥料三要素：在16种必需营养元素中，一般农田土壤中氮、磷和钾的有效供应量少，而作物的需求量较大作物收获后，通过秸杆和根茬的形式归还土壤的数量少。因此，土壤中常常缺乏这三种养分，必须通过大量施肥来满足作物对它们的需求。氮、磷和钾被称为“植物营养三要素”，或“肥料三要素”。（三）植物营养的多样性：1、有益元素：在16种必需的营养元素之外，还有一些营养元素，它们对某些植物的生长发育具有良好的刺激作用，或为某些植物种类、在某些特定条件下所必需，但不是所有植物所必需，人们称之为“有益元素”。目前主要包括硅、钠、钴、硒、镍、铝等6种。Si---水稻、甘蔗Na---甜菜、三色苋、滨藜和蓝藻等Co---豆科植物Ni---豆科和葫芦科Se---黄芪Al---茶树2、毒性较大的元素：完全区分有毒元素和非有毒元素是很困难的。有些元素不是作物的必需营养元素，也不是有益元素，当它们在植物体内累积过多时，就会对植物生长发育产生不良影响，甚至会使植物死亡；有些虽不影响植物生长，但能通过污染食物链，危害人类或家畜健康。这些元素统称为“毒性较大元素”，或“有毒元素”。它们是：I、Br、F、AI、Cr、Pb、Cd、Hg等。如铜、锰、铁、锌、硼等都是植物生长发育的必需营养元素，但是当它们的含量过多时就会对作物产生毒害。3、植物的超累积吸收及其利用：在长期的适应环境和进化过程中，有些植物形成了超量吸收和积累某些元素（特别是一些重金属元素）的能力，这些植物被称为超积累植物（hyperaccumulators）。在同样的介质中，超积累植物中重金属元素的含量是一般植物的100倍。据不完全统计：约有300种植物累积镍（Ni），26种累积钴(Co)，26种累积铜（Cu），19种累积硒（Se），16种累积锌(Zn)，11种累积锰(Mn)，累积镉（Cd）和钛（Ti）的植物各一种。目前，植物对重金属元素的超积累现象越来越受到人们的关注.因为一方面可以利用这些植物修复被重金属污染的土壤，即植物修复（phytoremediation）；另一方面通过在低品位矿石或高重金属含量的土壤上种植这些植物，生产金属植物，即植物开矿（phytomining）。4、植物营养遗传特性的差异：植物对环境有一定的适应性，许多栽培植物不能正常生长甚至遭致死亡的地方，野生植物却能蓬勃生长。如在海滨偶尔还受海潮侵袭的地方，海蓬子连片生长，可是一般作物忍受不了这样高的含盐量；在pH值4.0左右的红黄壤土上，许多作物不能正常生长，而杜鹃和白茅却能绵延后代。在黄土高原地区，小麦、玉米、谷子等禾本科作物很少出现缺铁症，而桃树、苹果、梨树、猕猴桃、洋槐等树木常常出现缺铁症。上述现象引起了遗传育种学家和植物营养学家研究植物营养基因的兴趣。因为，改变植物营养基因总要比改良土壤容易，花费较少，周期短。第二节植物对养分的吸收根系是植物吸收养分和水分的主要器官，也是养分和水分在植物体内运输的重要部位，它在土壤中能固定植物，保证植物正常受光和生长，并能作为养分的储藏库。本节讨论根系吸收养分的机理及其影响因素。一、植物的根部营养：（一）植物根部营养的特点：选择性植物优先吸收某些矿质元素，并排斥另一些元素积累现象植物细胞中矿质元素浓度比外界溶液高很多基因型差异植物种之间在吸收离子的特性上有明显差异表：基质中离子浓度与丽藻属（Nitella）和法囊藻属（Valonia）的细胞中离子浓度的关系（Hoagland，1948）离子丽藻属（Nitella）浓度（mM）法囊藻属（Valonia）浓度（mM）A池水B细胞液B/AA海水B细胞液B/A钾0.055410801250042钠0.221045498900.18钙0.7810131220.17镁0.9391985805801表：外部（养分）溶液及玉米、蚕豆根汁液中离子浓度的变化（马斯纳）离子外部浓度（mM）根汁液中浓度（mM）初始4天后玉米蚕豆玉米蚕豆钾2.000.140.6716084钙1.000.940.59310钠0.320.510.580.66磷酸根0.250.060.09613硝酸根2.000.180.073835硫酸根0.670.610.81146（二）根系吸收养分的部位：1.根系的作用：将植物固定在土壤中；吸收养分和水分；合成植物激素和其它化合物。2.根系类型与养分吸收一般双子叶植物如棉花、豆类作物属直根系作物，吸收养分主要靠侧根；主根主要起输送水分的作用。禾本科等单子叶植物属须根系植物，不定根和及其支根都有吸收和运输养分和水分的作用。大麦试验证明，支根吸收P、Ca能力最强，不定根次之，种子根最低（表1）。根系的吸收能力与根系的形态结构密切相关（表2）表1:大麦不同的根系对磷、钙的吸收（Russell，1971）种子根（胚根）不定根（须根）支根根系大小长度（cm）420.0380.04910.0平均直径mm0.400.620.18体积（cm3）0.531.151.75占总吸磷量%磷15.034.051.0钙10.035.059.024h吸收量占总量的%磷37.040.033.0钙5.035.060.0表2:三叶草和黑麦草根系的一些重要参数(Steffens,1982)三叶草黑麦草鲜根重（g）63.7180.0根系密度(横截面上根尖数)489.0846.0根长510.03477.0根表面积（m2）0.883.13深度（cm）80.070.0直径（mm）0.370.19根系长度（X）与钾收量（Y）关系Y=1.72X-594R=0.91**Y=0.59X-276R=0.93**从两者的回归系数看，单位根系长度的吸钾量为：三叶草比黑麦草高3倍也就是说在较低的钾浓度的土壤中，黑麦草可以正常生长，而三叶草由于缺钾而不能正常生长，或出现缺钾现象。除了根系长度外，根系表面积、根系密度、根系年龄也与根系吸收能力有密切关系。表:单位根系长度对养分吸收与植株年龄的关系（MengelandBarber，1974）株龄NPKCaMgmmol/米根系/天200.2270.0110.0530.0140.014300.0320.0010.0120.0050.002500.0110.00070.0050.00040.00083、根系吸收部位与施肥：根系吸收养分和水分主要发生在根尖幼嫩部分，而非全部根系。对于活的植物来说，不管是初生根或者不定根大致可以分为4个区间：分生区、伸长区、根毛区和完全成熟区。其中，根毛区是吸收氮、磷、钾等养分的主要区域。N、P、K复习一般来讲，根系有趋肥性，喜欢生长在养分浓度较高的地方，尤其是氮对根系的影响最为明显。在氮素浓度较高的区域，生根密度可以成倍地增加。因此，应把肥料施到一定的深度，促进根系下扎和对下层土壤水分和养分的吸收。养分离子从土壤转入植物体内包括两个过程，即养分向根迁移和根对养分离子的吸收。**（三）养分离子向根部迁移：养分离子向根部迁移，一般有三个途径：即截获、扩散和质流。1、截获：养分在土壤中不经过迁移，而是根系生长过程中，直接从与根系接触的土壤颗粒表面吸收养分，类似于接触交换(contactexchange)，这种方式称为截获。实际上接触交换作用是非常微弱的，其吸收的离子态养分也是微不足道的。Ca离子通过截获吸收较多些，其次是Mg离子。2、质流：当气温较高时，植物蒸腾作用较大，失水较多，使根际周围水分不断地流入根表，土中离子态养分也就随着水流达到根表，这种形式称质流。可见影响集流主要是蒸腾作用和土壤溶液中离子态养分的多寡。N和Ca、Mg主要是由质流供给的，而且Ca、Mg供应量常能满足一般作物的需要。3、扩散当根系截获和质流不能向植物提供足够的养分时，在根系表面出现一个养分耗竭区，使得土体与根表产生养分浓度梯度差，养分就沿着这个养分浓度梯度由土体向根表迁移，这就是养分的扩散作用。迁移一般速度慢，迁移距离短（0.1～15mm）。养分的扩散速率主要取决于扩散系数。即：F=D·dc/dx其中：F为扩散速率；D为扩散系数；dc/dx为浓度梯度，c浓度，x为距离。而扩散系数与离子的特性（包括离子半径、电荷性质和数目等）和介质的性质有密切关系。不同迁移方式对植物养分吸收的贡献不同。在大多数情况下，质流和扩散是根系获得养分的主要途径。养分每公顷9500kg玉米产量所需的养分（kg/hm2)供应量截获质流扩散NP