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第六章植物营养与施肥原理第一节肥料学基础知识肥料是植物的粮食，是农业生产的基础资料之一，要实现农业生产的优质高效及农业的可持续性发展，需要合理施肥，培肥土壤，也就需要了解作物的营养特性及肥料方面的专门知识，因而需要学习肥料学。一、肥料学的基本概念肥料学：是研究植物营养与肥料施用的科学。肥料：直接或间接供给作物所需养分，改善土壤性状，以提高作物产量和改善作物品质的物质，都可称为肥料。肥料在农业生产中的作用：1）提高农作物产量2）改善农产品性质3）改良土壤，提高土壤肥力。二、肥料的种类（一）按作用把肥料分为直接肥料和间接肥料：1、直接肥料：为直接营养作物的肥料，如氮、磷、钾化肥。2、间接肥料：为通过改善土壤的水、肥、气、热状况达到营养作物目的的肥料，如石灰、石膏。有机肥为二者作用都有的肥料。（二）按组成可把肥料分为三大类：铵态氮肥：NH3.H2ONH4HCO3(NH4)2SO4氮肥硝态氮肥：NaNO3Ca(NO3)2NH4NO3酰胺态氮肥：CO(NH2)2水溶性磷肥：过磷酸钙重过磷酸钙磷肥弱酸溶性磷肥：钙镁磷肥沉淀磷肥化学肥料难溶性磷肥：磷矿粉骨粉钾肥：硫酸钾氯化钾微肥：ZnSO4Na2B4O7.H2OCuSO4FeSO4.7H2O肥料化成：磷酸二氢钾磷酸氢二铵复合(混)肥：混成：各种作物专用肥生物肥料：磷细菌肥生物钾肥固氮菌肥有机肥料：人畜粪尿厩肥绿肥杂肥三、肥料的施用方法基肥种肥追肥含义播前或定植前施用的肥料播时或定植时施用的肥料生长过程中施用的肥料目的满足作物全生育期对养分的要求满足作物苗期对养分的要求满足作物各生育期对养分要求施用原则培肥土,供养分易吸收,无毒害促生长，不过劲肥料种类有机肥为主，迟效及不易流失的化肥充分腐熟的有机肥，速效化肥化肥为主，腐熟的有机肥施用方法结合深耕撒施，集中施、条施、穴施拌种，浸种，沾秧根，穴施根外追肥，条施、穴施四、肥料学的研究方法1、调查研究：总结科学施肥、积肥的经验，科学解决存在的问题而进行生产指导2、试验研究生物试验：田间试验：小区进行培养试验：网室、温室的砂培、水培化学试验：常规分析：土壤、肥料的NPK…化学速测：营养诊断生物物理试验：利用15N、32P…等示踪肥料，研究肥料的吸收利用规律第二节作物营养作物生长发育从环境中吸收营养物质，施肥是满足作物营养的手段。要合理施肥，就要研究作物需要什么营养元素，作物怎样吸收这些元素以及受哪些环境条件的影响。一、作物体内元素组成及含量水分75％－95％新鲜作物C、H、O、N95％－99％干物质（5％－25％）灰分元素CaKSiPSClAlNaFe…（1％－5％）★灰分元素：将作物干物质进行煅烧后，CHON以气体形态挥发（气态元素）残留下的不挥发的物质称灰分，灰分中的元素称灰分元素。★植物体中元素有七十多种，含量相差很大，这与：植物的种类有关，如：盐生植物含钠多、豆科植物含氮多、水稻含硅多，马铃薯、甜菜含钾多；环境有关，如：红壤土上的植物含铝多；施肥可以增加植物体内该元素的含量。其他元素必需营养元素非必需营养元素有益元素其它元素植物的营养成分二、作物必需的营养元素及判断标准（一）标准自然界的元素在植物体内几乎都能找到，但并非全部必需。可以用除去某一元素的营养液进行培养试验，通过作物生长和发育的情况判断。D.I.Arnon和P.R.Stout1939年提出了判断植物必需营养元素的三条标准：1.这种元素对所有高等植物的生长发育是不可缺少的。如果缺少该元素，植物就不能完成其生活史2.—必要性2.这种元素的功能不能由其它元素所代替。缺乏这种元素时，植物会表现出特有的症状，只有补充这种元素后症状才能减轻或消失－专一性3.这种元素必须直接参与植物的代谢作用，对植物起直接的营养作用，而不是改善环境的间接作用－直接性（二）种类目前认为植物必需营养元素有16种（大量元素9种，微量元素7种）：大量营养元素主要吸收形态主要来源在干物质中的含量（％）CCO2大气45HH2O土壤水45OCO2O2大气和土壤空气6NNH4+NO3-土壤1.5PH2PO4-HPO42-土壤0.2KK+土壤1.0SSO42+土壤0.1CaCa2+土壤0.5MgMg2＋土壤0.2微量营养元素种类吸收形态含量主要来源ClCl-0.01土壤FeFe3＋Fe2＋0.01土壤MnMn2+0.005土壤BBO33-B4O72-0.002土壤ZnZn2+0.002土壤CuCu+Cu2+0.0006土壤MoMoO42-0.00001土壤十六种必需的营养元素不能缺少，但不一定都需要通过施肥补充。CHO：过去认为大气中取之不尽，用之不竭。现在保护地施CO2肥:2NH4HCO3+H2SO4(NH4)2SO4+2CO2+2H2ONPK:土壤中含量少（相对），作物需要多，需施肥补充，称肥料三要素。SCaMg:北方土壤一般够用，施磷肥时有所补充FeMoCuZnBMnCl:一般土壤够用，但随产量提高需补充ZnBFe等。（三）、植物必需营养元素的一般功能根据其作用，可将其分为以下几类:第一类：C、H、O、N、S1.组成有机体的结构物质和生活物质2.组成酶促反应的原子基团第二类：P、B1.形成连接大分子的酯键2.储存及转换能量第三类：K、Mg、Ca、Mn、Cl维护细胞内的有序性，如渗透调节、电性平衡等2.活化酶类3.稳定细胞壁和生物膜构型第四类：Fe、Cu、Zn、Mo、Ni1.组成酶辅基2.组成电子转移系统植物必需营养元素的各种功能一般通过植物的表现出来。而当植物缺乏或过量吸收某一元素时，会出现特定的外部症状，这些症状统称为“植物营养失调症”，包括“营养元素缺乏症”和“元素毒害症”。（四）、必需营养元素间的相互关系植物必需营养元素同等重要、不可替代：作物必需的营养元素有十六种，它们含量相差几十到几十万倍，但它们对作物所起的作用是同等重要和不可替代的。氮不能代替磷，磷不能代替钾。各种营养元素既具有各自的生理功能、不可替代，又需要相互协调，有适当的配比，生产上可见到单施氮肥或单施磷肥的增产效果不如二者配合的好。即：两种元素配合施用的增产效果大于这两种养分分施的增产之和，这叫交互作用(连应效应)。所以在生产上要求平衡供给养分三、作物矿质营养的基本特点（一）、不同作物的营养特点1、数量不同：作物需16种必需元素是通性，但作物不同所要求的数量不同：块根、块茎类作物如：马铃薯、甘蔗需钾多；以收获叶子为主的蔬菜、茶、桑需氮多；豆类作物能固氮，需氮少，需磷、钾多；油菜、甜菜需硼多；大豆、马铃薯需钙多；水稻需硅多。2、比例不同：各种作物对不同营养的要求有一定适宜比值，如：Ca/B：甜菜100大豆500烟草1200Fe/Mn：大豆1.5－3.5小麦2.5K/Mg8烟草缺镁症P/Zn400马铃薯缺锌作物每生产100斤籽粒需N:P2O5:K2O约为3：1：3斤。3、形态不同：作物营养特性不同，对营养元素的形态有特殊要求♣马铃薯：以NH4+_N为好，马铃薯喜S，施氮肥应优选(NH4)2SO4，不宜用NH4Cl。♣忌Cl作物：茶、烟草、柑桔、甜菜、甘薯、甘蔗、葡萄等。♣甜菜：以NO3-_N为好，因喜Na＋，施用氮肥优选硝酸钠。♣烟草：硝酸根有利燃烧，NH4+促进芳香族挥发油形成（香味），优选NH4NO3。♣水稻：优选NH4Cl，因S形成H2S毒害根系，Cl－抑制亚硝化细菌的活性。反硝化NH4+NO2-HNO3HNO2N2N2O挥发亚消化细菌硝化细菌流失氯离子抑制反硝化作用示意图♣油菜、萝卜、大豆、田菁：对难溶性磷肥利用力强，小麦、谷子差。Cl（二）、作物体内矿质养分的运转与分配少部分根利用根吸收养分多数以离子、氨基酸、酰胺、己糖磷酸脂形式进入茎中柱导管叶肉细胞利用地上各部分少量随光合产物通过叶脉筛管叶柄茎根♣在上述养分循环中，优先分配于代谢旺盛，合成能力和长势强的生长中心。如：分蘖期增加分蘖数，拔节期增加有效分蘖。♣营养元素不足时，新形成的生长中心会摄取前一个生长中心的养分。如：开花期氮不足，会摄取茎叶养分，使茎叶早衰。★NPKMg：易运转，可再利用力强，缺素症易表现在老叶上。★CaFeMnB：难运转，再利用力差，缺素症易表现在新叶上。（三）、作物营养的阶段性和连续性作物营养的阶段性：作物的生育期不同，所要求养分的数量和比例不完全相同。各生育期有不同的营养特点，就是作物营养的阶段性。两个关键时期：作物的一生中苗期吸收养分少，随生育进展，对养分吸收增加，结实期达高峰，以后吸收减少甚至外渗。有两个施肥的关键时期：作物营养的临界期：作物生长发育过程中的某一时期对某种养分要求的绝对数量虽不多，但很迫切，这时养分过多或过少，对作物的生长发育起显著的不良作用，这个时期称作物营养的临界期。NPK营养的临界期：磷：冬小麦：分蘖始期玉米：三叶期棉花：2－3叶期氮：冬小麦：分蘖期玉米：幼穗分化期棉花：现蕾初期钾：水稻：分蘖期植物营养的最大效率期：作物生长快，吸收养分多，施用肥料能产生最大效能的时期。氮：玉米：大喇叭口－抽穗期棉花：盛花期油菜、大豆：开花期作物营养有各自的阶段性，但各生育期又是连续的，前阶段的营养状况直接影响后一阶段的施肥数量和时期，所以应相互联系，灵活运用。四、植物对养分的吸收（一）、根部对养分的吸收根是作物吸收养分的主要器官，吸收最集中的部位在根毛区。吸收形态：离子态：NO3-NH4+HPO42-…分子态：尿素AA生长素CO2…1、土壤养分向根表的迁移（1）、截获：植物根系与土壤中各养分直接接触时获取养分的方式。影响元素:根系体积、养分浓度实质：接触交换数量：因根系与土壤所占体积相比，一般只有1％－4％，该方式获取养分较少。远小于植物的需要（2）、扩散：是指由于植物根系对养分离子的吸收，导致根表离子浓度下降，从而形成土体－根表之间的浓度梯度，使养分离子从浓度高的土体向浓度低的根表迁移的过程影响因素：浓度差、土壤湿度、扩散系数不同养分离子的扩散系数：养分离子水中湿润土壤NO3-_N1.920.5Cl-2.030.5K+1.980.01－0.24PO43-0.890.00001－0.001扩散系数单位：cm2/s×10-5（3）、质流：土壤中养分离子随水流动到达根表的过程叫质流。影响因素：与植物蒸腾作用有关；与离子浓度有关，但不成正比。质流、扩散和截获这三种方式是同时存在并相互作用的。磷以扩散为主，氮、钙、镁以质流为主；铜、锰、铁、锌主要是扩散；硼以质流和扩散各占一半；钼含量低时以扩散为主，含量高时以质流为主。2、根部对无机态养分的吸收（1）、被动吸收特点：不需能量，无选择性，顺浓度梯度进行。机理：①道南扩散离子通过质流、扩散、或截获进入根细胞的自由空间。自由空间：是指根部某些组织或细胞能允许外部溶液通过自由扩散而进入的那些区域，包括细胞间隙、细胞壁到原生质膜之间的空隙自由空间离子不断扩散，紧靠细胞膜的离子以交换吸附方式吸附在细胞膜上，不易扩散出（道南空间）。道南空间的养分离子通过与细胞膜上的阳离子交换进入膜内，但必须是顺浓度差进入。②离子交换H+K+根H++K+Ca2+NH4+根Ca2++4H+H+NH4+H+H+H+根系与土壤溶液中的阳离子交换示意图NH4+根CO2+H2OH++HCO3-Ca2+粘土K+K+根系与土粒间阳离子交换示意图（2）、根部的主动吸收特点：消耗能量、选择吸收、逆浓度梯度机理：载体学说、离子泵学说载体：指生物膜上存在的能携带离子通过膜的大分子。这些大分子形成载体时需要能量（ATP）。载体对一定的离子有专一的结合部位，能有选择性地携带某种离子通过膜。磷酸激酶载体磷酸化：载体＋ATP磷酸化载体＋ADP结合并运转：磷酸化载体＋离子磷酸化载体－离子膜内释放：磷酸化载体－离子磷酸酯酶载体＋离子＋无机磷（Pi）ATP的再生：ADP＋Pi线粒体或叶绿体ATP外界溶剂质膜ADPICr细胞质离子ATPCrCrCrII载体运输离子进入膜过程示意图离子泵（Ion’sbump）：是位于植物细胞原生质膜上的ATP酶，它能逆电化学势将某种离子“泵入”细胞内