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植物营养学PLANTNUTRITION选用课本：植物营养学（上、下册）参考书：植物营养与肥料（浙农大）农业化学（总论）（中国农大）高级植物营养学（廖红、严小龙）参考期刊：植物营养与肥料土壤与肥料磷肥与复肥JournalofPlantNutritionPlantandSoilFertilizerResearch授课大纲第一章绪论第二章植物对营养物质的吸收第三章营养物质在植物体内的运输和分配第四章土壤养分生物有效性第五章矿质营养与植物生长、产量和品质的关系第六章植物对逆境土壤的适应性第七章植物营养性状的遗传学特性与改良第八章植物的氮素营养与氮肥第九章植物的磷素营养与磷肥第十章植物的钾素营养与钾肥第十一章植物的钙、镁、硫、硅营养与钙、镁、硫、硅肥第十二章植物的微量元素营养与微量元素肥料第十三章复混肥料第十四章有机肥料第一章绪论主要内容基本要求植物营养学与农业生产和环境的关系掌握基本概念植物营养学的发展概况掌握李比希的三个学说植物营养学的范畴及研究方法了解第一节植物营养学与农业生产和环境的关系一、基本概念1.植物营养：植物体从外界环境中吸取其生长发育所需的养分，用以维持其生命活动的过程。2.营养元素：植物体用于维持正常新陈代谢完成生命周期所需的化学元素。3.植物营养学(plantnutrition)植物营养学是研究营养物质对植物的营养作用，研究植物对营养物质的吸收、运输、转化和利用的规律，以及植物与外界环境之间营养物质和能量交换的科学。营养物质植物环境营养作用营养物质和吸收运输转化利用能量交换4.肥料(fertilizers)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。5.肥料学(Fertilization)研究肥料性能及其积制、施用等理论和技术的科学。包括研究肥料对作物营养和土壤肥力的关系，各种肥料的成分、性质和用法，积肥、造肥、保肥、种植绿肥以及施肥的原则、施肥制度、各种作物的施肥方法等。1.提高农作物产量2.改善农产品品质3.改良土壤，提高土壤肥力4.发挥良种的增产潜力5.补偿耕地不足二.植物营养与肥料在农业中的作用1.提高农作物产量•粮食的“粮食”----肥料•尽管农业生产依赖于诸多的自然与社会条件；依赖于作物品种、水利、植物保护等多种农业技术的进步，但肥料的种类和数量是影响作物产量和品质的基本因素。•联合国资料：50%•西欧：40-65%•美国单产增加的原因：50-60%是肥料•中国52.35%（1978-1984），水稻40.8%，小麦56.6%，棉花48.6%，油菜64.4%•黄土高原地区平均46.63%，最高达79.86%；小麦57.25%，玉米41.97%，水稻38.69%。（彭琳）•使用化肥，不论在发达国家还是发展中国家都是最快、最有效、最重要的增产措施。表1中国古代粮食产量与肥料之关系（奚振邦，1998）肥源时代产量（公斤/公顷）灰肥古代375灰肥+粪肥古代750灰肥+粪肥+绿肥古代、近代3000灰肥+粪肥+绿肥+化肥近代3000表2我国化肥、谷物产量与人均粮食量年份人口（万）粮食产量（万吨）化肥用量（万吨）人均粮食量（kg)19495416711320/209195257482163907.82881957646531950537.330619637253819455194.227219739197028450536.9309198098255320521269.43271985104689378981322.2365表3我国氮、磷、钾化肥的增产效果（1981-1983）（林葆，1998）作物增产量（kg/kg养分）NP2O5K2O水稻9.14.74.6-6.6小麦10.08.12.1玉米13.49.11.6棉花（籽棉）3.62.02.9油菜籽4.06.30.6马铃薯58.133.210.3450004000035000300002500020000150001000050001000肥料施用量(万吨）1975年以来我国肥料施用量与粮食总产量的变化05001000150020002500300035004000450019751978198219851988199119941997200015000200002500030000350004000045000500005500060000650007000075000化肥用量粮食总产粮食单产粮食总产（万吨）、单产（kg/10hm2）张福锁（2004）2.改善农产品品质（外在、内在、卫生）钾对作物产量和品质的影响•钾充足，不但能使作物产量增加，而且可以改善作物品质，如：•1.油料作物的含油量增加•2.纤维作物的纤维长度和强度改善•3.淀粉作物的淀粉含量增加•4.糖料作物的含糖量增加•5.果树的含糖量、维C和糖酸比提高，果实风味增加•6.橡胶单株干胶产量增加，乳胶早凝率降低•钾－－通常被称为“品质元素”3.改良土壤，提高土壤肥力•培肥土壤，说到底就是提高土壤在无肥条件下的生产力。而连续系统的施用肥料，则是提高地力，即无肥条件下的生产力的有效方式。•每次投入农田的化肥，除了作物吸收利用和其它损失外，有相当数量的养分残留于土壤中(N约为30%，P约70%，K约为40%)。使得土壤有效养分增加，土壤肥力提高。4、发挥良种的增产潜力高产品种是对肥料高效应品种，也就是能吸收利用更多养分，并将其转化为产量的品种。如现代良种的需肥量和吸肥量大于地方传统品种。如杂交水稻、杂交玉米的施肥量大于常规品种。杂交晚稻较常规晚稻多吸收氮21-54千克/公顷，P2O51.5-15千克/公顷，K2O19.5-67.5千克/公顷。表4良种和地方种小麦对养分吸收的差异国家品种单产（吨/公顷）养分吸收量（公斤/公顷）单位产量养分吸收量（千克/100千克）NP2O5K2ONP2O5K2O德国地方种2.88436733.01.292.67良种6.0165731552.751.202.58印度地方种2.25929672.681.323.01良种6.0168751752.801.252.925、补偿耕地不足增加施肥量能提高作物产量，可以在较小面积的耕地上收获较多的农产品。因此，对农业增加化肥施用量，实质上与扩大耕地面积的效果相似。在人多地少的国家无一不是借助增加投肥量来谋求提高作物单产，弥补其耕地的不足。表5几个国家的化肥投入与谷物产量的比较（国际粮农组织年鉴，1990）国家化肥投入量人均耕地（公顷/人）谷物产量（千克/公顷）相对产量（前苏联为100）千克/公顷千克/人日本415.015.80.04185848269荷兰649.641.00.05617093327美国93.672.20.75524749219前苏联117.095.10.80702171100中国250.428.30.11063478160三.植物营养与肥料和环境的关系•积极意义。。。。。。•然而大量研究结果与生产实践却已证实，肥料使用或处理不当，会污染生态环境，导致人体健康受到威胁。•氮素肥料可能引起的环境污染•氨的挥发和反消化脱氮对大气环境的污染；•氮素的淋失对地表水和地下水环境的污染；•氮素引起的农产品、尤其是食品中硝酸盐的富集。•磷素肥料可能引起的环境污染•磷素随地表径流造成地下水的富营养化；•磷素生产过程中引起的大气氟污染；•施用时可能带来重金属镉的污染，•放射性核素污染。植物靠什么生长?植物与环境的关系?如何提高植物的产量和品质?……？化肥、有机肥土壤根际作物优化生产投入养分产量品质环境主要任务阐明植物体与外界环境之间营养物质交换和能量交换的具体过程，以及体内营养物质运输、分配和能量转化的规律，并在此基础上通过施肥手段为植物提供充足的养分，创造良好的营养环境，或通过改良植物遗传特性的手段调节植物体的代谢，提高植物营养效率，从而达到明显提高作物产量和改善产品品质的目的。简单来说，就是以植物营养原理为理论基础，以施肥或改良植物营养遗传特性为手段，达到高产、优质和高效的目的。第二节植物营养学的发展概况一、植物营养研究的早期探索1.尼古拉斯(Nicholas)15世纪，首位从事植物营养研究的人(植物吸收养分与吸收水分的过程有关)2.海尔蒙特(VanHelmont)1643年－1648年，柳条试验1648年74.4kg1643年2.3kgH2O“水的营养学说”VanHelmont’swillowtreeexperiment3.渥特沃(JohnWoodward)－－土和盐都有营养作用，水培实验JohnWoodward’sMintExperiment(1699)500400300200100RainwaterDitchwaterSoilwaterOriginalplantweightFinalplantweight(after56days)RainwaterSoilwater4.格鲁伯(J.R.Glauber)－－硝有营养作用5.波义尔（RobertBoyle）－－碳素营养学说6.泰伊尔(VonThaer)－－19世纪初期“腐殖质营养学说”该学说认为：土壤肥力取决于腐殖质的含量，因此腐殖质是土壤中植物养分的唯一来源，矿物质不过起间接作用，以加速腐殖质的转化和溶解，使之成为易被植物吸收的物质。VonThaer腐殖质学说AlbrechtThaerwurde1752inCelle(Niedersachsen)geboren.ErstudierteinGöttingenMedizinundließsichdanninseinerHeimatalsArztnieder,woersehrerfolgreichpraktizierteundbaldzumköniglichenLeibarztundStadtphysikusernanntwurde.二、植物营养学的建立和李比希(Liebig)的工作Giessen'suniversity(withmorethan21,000students)hasalongandinterestinghistory.Itwasfounded1607.TheofficialnameJustus-Liebig-UniversitystemsfromthefamousGermanJustusvonLiebig,whobecameprofessorinGiessenattheageof21andwhotaughtintheagriculturalchemistrydepartmentfor28years.JustusvonLiebig1803-18731.植物矿物质营养学说（1840年，《化学在农业和生理学上的应用》）要点：土壤中矿物质是一切绿色植物唯一的养料，厩肥及其它有机肥料对于植物生长所起的作用，并不是由于其中所含的有机质，而是由于这些有机质在分解时所形成的矿物质。意义：①理论上，否定了当时流行的“腐殖质学说”，说明了植物营养的本质；是植物营养学新旧时代的分界线和转折点，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。1.李比希的矿质营养学说不仅为植物营养学研究奠定了基础，也为农业化学和化肥工业的建立和发展提供了理论依据。2.1842年英国的鲁茨取得了过磷酸钙的制造专利3.1855年德国开采钾盐矿，1860年广泛施用4.1903年挪威为电弧法生产硝酸盐5.1913年德国发明家哈卜发明了合成氨技术，达到促进了氮肥工业的发展6.二次世界大战后，化肥工业急剧发展，为世界粮食生产作出了巨大贡献。植物矿物质营养学说具有划时代的意义。化肥工业的建立和发展2.养分归还学说要点：①随着作物的每次收获，必然要从土壤中取走大量养分，②如果不正确地归还土壤的养分，地力就将逐渐下降，③要想恢复地力就必须归还从土壤中取走的全部养分。意义：对恢复和维持土壤肥力有积极作用养分归还方式：一是通过施用有机肥料，二是通过施用无机肥料。二者各有优缺点，若能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。在未来农业发展过程中