第四章-植物营养与施肥的基本原理

植物营养与肥料学部分土壤肥料学通论主讲教师:助教教师:E-mail:第一节植物体内的营养元素第五节如何合理施肥第四节施肥的基本原理第二节植物对养分的吸收第三节影响植物吸收养分的条件第四章植物营养与施肥的基本原理教学要求•1.掌握植物必需营养元素的判断标准和分组；•2.掌握植物根系对养分的吸收、根外器官对养分的吸收；•3.了解影响植物吸收养分的条件；•4.掌握施肥的基本原理；•5.了解施肥技术。主要参考书目1.《土壤肥料学通论》（沈其荣主编）2.《土壤—植物营养学原理和施肥》（鲁如坤主编）3.《作物营养与施肥》（浙江农大主编）4.《植物营养原理》（史瑞和主编）5.《植物营养学》（中国农大，南京农大）6.《植物营养原理》（严小龙、黎秀彬）1.1为什么要施肥？1.2肥料的起源与发展1.3肥料有哪些作用？1.4肥料的负效应有哪些？1.5营养元素的迁移、转化和再利用绪论Wehavetoproperly“feed”plantsbeforewecanfeedourselves.1.植物的生长需要吸收土壤养分2.植物的收获要带走部分土壤养分土壤肥力下降土壤结构改变•——需要养活更多的人口•——需要用更少的土地生产出数量更多和品质更优的食品未来的挑战肥料是必需的！肥料养活了整个世界——不争的事实但肥料的使用是不平衡的——存在的问题1.1为什么要施肥？•植物是人（动物）的粮食•肥料是植物的粮食1.2肥料的起源与发展肥源时代产量(kghm-2)灰肥古代375灰肥+粪肥古代750灰肥+粪肥+绿肥古代及近代3000灰肥+粪肥+绿肥+化肥近代3000农业生产中肥源发展进程19世纪中叶，李比希矿质营养学说养分归还学说化肥施肥粮食增产与化肥施用的关系图1.3化肥有哪些作用？1.增加产量，改善品质；-KCK•-B2.培肥土壤3.发挥良种的增产潜力4.补偿耕地不足5.增加有机肥量6.发展经济作物、森林和草原的物质基础例：良种和地方种小麦对养分吸收的差异国家小麦品种单产（吨/公顷）养分吸收量（千克/公顷）单位产量吸收养分量（千克/100千克）NP2O5K2ONP2O5K2O德国地方种2.88436733.01.292.67良种6.0165721552.751.202.581.4肥料的负效应有哪些？不合理的施肥——产量降低；不合理的施肥——农产品的质量下降；不合理的施肥——环境污染；合理的施肥——温室气体；土壤植物（—动物）人大气沉降生物固定母质（岩）肥料灌溉水体水体逸失逸失逸失秸秆还田排泄物1.5营养元素的循环、迁移和再利用植物营养与施肥与人类是息息相关的•具有高营养价值的食品是人类健康的最基本的物质条件•合理的植物营养与施肥是实现人类健康的最基本的手段烘干~75ºC新鲜植株75～95％水分5～25％干物质煅烧525ºC95％以气体挥发5％灰分(成分复杂)第一节植物体内的营养元素（植物体的组成成分）一、元素组成黄瓜中水分与固形物的比较二、植物必需营养元素的标准及种类（一）标准(Arnon&Stout,1939)（定义）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－－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）种类和含量目前已确认的有16种17种必需营养元素：大量营养元素：C、H、O、N、P、K中量营养元素：Ca、Mg、S微量营养元素：Fe、Mn、Cu、Zn、Mo、B、Cl、Ni肥料三要素threeessentialsoffertilizerN、P、K有益元素beneficialelement为某些植物正常生长发育所必需，或对某些植物生长有促进作用。Na、Si、Co、Ni、Se硅对水稻产量及其构成因素的影响施SiO2(Kg/hm2)有效穗数穗粒数千粒重产量CK41177.222.360304044280.123.461358051082.324.3694712054783.225.5735116052681.924.1705620051081.323.76947三、必需营养元素间的相互关系1.同等重要律－－植物必需营养元素在植物体内的数量不论多少都是同等重要的生产上要求：平衡供给养分2.不可代替律－－植物的每一种必需营养元素都有特殊的功能，不能被其它元素所代替生产上要求：全面供给养分一、根系对养分的吸收二、根外器官对养分的吸收三、养分在植物体内的运转和利用第二节植物对养分的吸收RoothairsMuniclageRoothairsotLateralrootsRootcap1.根吸收养分的部位离根尖10cm以内根吸收养分最多。2.根吸收养分形态•气态CO2、O2、H2O•离子态阴、阳离子•分子态氨基酸、尿素3.土壤养分向根部迁移的方式4.根对养分吸收的方式截获（rootinterception）扩散（diffusion)质流(massflow)被动吸收(passiveuptake)主动吸收(activeuptake)被动吸收：又称非代谢吸收，是一种顺电化学势梯度的吸收过程，不需消耗能量。特点：1.顺电化学势梯度2.没有选择性3.不消耗能量被动吸收离子交换主动吸收：养分离子逆电化学势梯度进入植物细胞内的现象。它需要消耗生物代谢能量。特点：1.逆电化学势梯度2.高度选择性3.消耗能量主动吸收载体学说二、根外器官对养分的吸收机理特点影响根外营养效果的因素•一般认为，叶面施肥的原理是养分通过叶片角质层和气孔，进入细胞；•但最近研究表明，可能使养分离子通过角质层上的裂缝和从表层细胞延伸到角质层的外质连丝，进入细胞外质连丝是一种不含原生质的纤维孔隙，能使细胞原生质与外界直接联系，这种外质连丝能做为角质膜到达表皮细胞原生质膜的一条通路。气孔保卫细胞角质膜上表皮细胞栅栏组织海绵组织维管束下表皮细胞叶片的结构示意图仙人掌表面向内凹陷的气孔表面横切面胞间连丝作为一种细胞质结构将相邻的细胞连系起来形成植物的共质体。1.快2.强3.省处理(CuSO4/kg.hm2)穗数/m2穗粒数籽粒数/g.m2不施Cu10.0（soil）0.04（leaf）37.028.863.80.142.317.10.031.014.0缺铜土壤上叶面施铜对小麦生长和产量的影响1.溶液的组成不同溶液组成叶片吸收速度不同KClKNO3KH2PO4尿素其它N肥在不引起伤害的前提下养分进入叶片的速度和数量随浓度升高而升高大量元素0.2~2%微量元素0.01~0.2%2.溶液浓度及pH如供给A+，则pH应微碱性溶液pH如供给A-，则pH应微酸性在中性范围内3.叶片叶片类型叶片结构双子叶植物单子叶植物4.溶液湿润叶片的时间1.最好要使叶片在30min到1h内保持湿润2.选在晴天傍晚无风的天气下进行3.湿润剂或表面活化剂5.喷施部位及次数移动性强的元素N、K、Na能移动的元素P、Cl、S难移动的元素微量元素关键时期喷一次喷2-3次，喷在新叶养分的运输方向横向运输横向运输主要指养分由根表皮经皮层、内皮层到中柱层（导管）的运输过程。质外体和共质体是根部横向运输水分和养分的重要通道。纵向运输纵向运输是指离子在木质部或韧皮部内从根向地上部分或从地上部分向根系的运输。纵向运输也称为长距离运输。运输短距离运输：表皮皮层中柱（横向运输过程）长距离运输：周身维管系统木质部运输韧皮部运输横向运输纵向运输叶片中形成的同化物以及再利用矿物质筛管植物其它部位养分及同化物导管或管胞地上部养分的重新分配与利用根系所吸收的养分在植物体内的分布是不均衡的。植物体内的养分可以重新分配，称养分的再分配。矿质元素重新分配的难易程度再利用程度强的元素指通过韧皮部而运转的离子，元素可由老叶向新叶转移，缺素症由老叶开始。NPKMgCl再利用程度较差的元素其缺素症，出现在幼叶上，现在完全展开的叶片或老叶片上。SZnCuMnFeMo难于再利用的元素主要在木质部由下往上随蒸腾液流而运输，出现在顶叶和新叶。CaB缺氮缺磷缺钾缺钙形态特征生理生化特性生育特点内因第三节影响植物吸收养分的条件外因（环境因素）光照温度水分和通气条件（Eh）酸碱度离子浓度离子间的相互作用光照是植物养分吸收与同化的原动力。蒸腾作用能量酶的诱导和代谢途径0~30℃范围内，温度升高，吸收养分速度加快最适土壤温度15~25℃养分的释放、迁移和植物吸收养分与水有关。pH影响土壤中养分的有效性植物对养分的吸收PO43-pH7则钙离子多，Ca-PpH5~7有效性最高pH5则活性铁铝多，Fe-PAl-P微量元素的有效性土壤pH5678微量元素的有效性和土壤pH的关系最适pH范围6.5~7.0酸性介质有利于植物吸收阴离子碱性介质有利于植物吸收阳离子离子拮抗作用：介质中某一离子的存在能抑制另一离子的吸收离子协助作用：介质中某一离子的存在能促进另一离子的吸收第四节施肥的基本原理1.养分归还学说2.最小养分律3.报酬递减律4.因子综合作用律土壤中矿物质是一切绿色植物唯一的养料植物矿物质营养学说意义：①理论上，A.否定了当时流行的“腐殖质学说”，说明了植物营养的本质；B.是植物营养学新旧时代的分界线和转折点；C.使维持土壤肥力的手段从施用有机肥料向施用无机肥料转变有了坚实的基础②实践上，促进了化肥工业的创立和发展；推动了农业生产的发展。施肥的基本原理养分归还学说为恢复地力和提高作物单产，通过施肥把作物从土壤中摄取并随收获物而移走的那些养分归还给土壤的学说。JustusLiebig不同植物的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度归还10氮、磷、钾重点补充中度归还10~30钙、镁、硫、硅依土壤和植物而定高度归还30铁、锰不必要归还养分归还方式：有机肥料；无机肥料。配合施用则可取长补短，增进肥效，是农业可持续发展的正确之路。意义：对恢复和维持土壤肥力有积极作用最小养分律（木桶理论）植物产量受土壤中某一相对含量最小的有效性因子制约的规律。最小养分随条件而变化的示意图最小养分会随条件变化而变化意义：指出作物产量与养分供应上的矛盾，表明施肥要有针对性，应合理施肥。报酬递减律在其它生产条件相对稳定的前提下，随施肥量的增加而单位肥料的作物增产量却呈递减的趋势。1.作物丰产是光照、温、水、养分、空气等综合作用的结果；2.利用因子间的交互效应提高肥效是因子综合作用律的特点；•意义：施肥只是综合因子中起重要作用的一项技术措施；把任一因子孤立起来是不对的；施肥与灌溉结合、施肥与良种结合以及营养元素的配合等已成为不增加施肥量也能增产的有效途径5.综合因子作用律1.肥料的含义与种类2.肥料的生产和消费情况概述第五节如何合理施肥？1.肥料的含义与种类1.1含义：直接或间接供给植物所需养分，改善土壤性状，以提高作物产量和改善产品品质的物质。1.2来源：人类生存环境中的资源；生活和生产的废弃物例如：鸡粪、猪粪、牛粪、桔杆、中药渣、酒糟、土豆、山芋淀粉渣等、用作肥料的秸秆；菇渣;CaO等1.3分类和种类：按组分分：有机肥和无机肥（矿质肥）按来源分：农家肥和商品肥按主要作用分：直接肥和间接肥按肥效快慢分：速效肥和迟效肥有机肥料：养分释放速度慢，肥效长，提高土壤肥力——“中药”；化学肥料：无机肥料；养分释放速度快，肥效短，直接吸收——“西药”；三肥无机肥料化肥有机肥料单体肥料(N、P、K)复混肥料有机肥(农家肥)绿肥肥料（一）传统施肥方法特点：把肥料施入土壤，补给作物最缺的养分，通常是土壤缺什么养分就施什么肥料。一般根据施用时期的不同分为基肥、种肥和追肥三种施肥方式及其相应的施肥方法。施肥方法传统施肥方法（二）现代施肥方法1.喷施多元微肥2.喷施多功能叶面肥3.灌溉施肥：喷灌、滴灌4.二氧化碳施肥现代施肥技术——喷灌果园草坪菜园施肥土壤施肥根外施肥肥料种类的确定施肥量确定施肥时间施肥方法植物土壤肥料肥料种类的确定生理酸性（碱性）肥料养分元素的