土壤肥料学课件-植物营养与施肥原理

（1）簡單擴散
自由空間
指根部某些組織或細胞允許外部溶液中離子 自由擴散進入的區域。
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細 胞 壁 結 構 圖
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中柱鞘 木質部
皮層
內皮層 凱氏帶
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（2）離子通道運輸
離子通道：是指生物膜上具有選擇功 能的孔道蛋白。孔道蛋白及其表面電 荷的密度決定著該運輸蛋白的選擇性 強弱。
生產上要求：平衡供給養分
不可代替性：植物的每一種必需營養元素 都有 特殊的功能，不能被其他元素所 代替
生產上要求：全面供給養分
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第二節 植物對養分的吸收
一.根系對養分的吸收特點
① 主要吸收器官:
LaLatteerraal lroots roots
根系 離根尖10cm以 內根吸收養分最多。
7.3
4.0
10.0
4.5
16.6
1.6
總 K+量 （μg）
29.2 45 26.6
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3.溶液與葉面接觸時間
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2.微量營養元素(源於土壤)
種類 Cl Fe Mn B Zn Cu Mo
吸收形態 含量
Cl-
0.01
Fe3＋ Fe2＋ 0.01
Mn2+
0.005
BO33- , B4O72- 0.002
Zn2+
0.002
Cu+ Cu2+ 0.0006
MoO42- 0.00001
細胞膜上兩種離子運載蛋白
低
*
質膜 +
（ ）為溶質
上坡
自由能變化
0
擴散
下坡
通過類脂
與載體相連 -
通過含水孔隙
離子跨膜的主動（“上坡”）和被動（“下坡”）運輸圖示
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1.被動吸收：離子順電化學勢梯度進 行的擴散運動。
特點：不需能量、無選擇性、順濃度梯度 進行。
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影響因素：蒸騰作用、離子濃度
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2. 擴散（diffusion）
定義：由於根系吸收養分，使根表附近的養分與土 體養分存在離子濃度差而引起的，土壤中的養分 離子從高濃度向低濃度的運動。
特點：距離較短，陰離子快，陽離子慢，50%PK， 0.1-15mm
影響因素：濃度差、土壤濕度、擴散係數
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表1. 缺銅土壤上葉面施銅對小麥生長和產量的影響
處理
穗數/m2
(CuSO4/kg.hm2)
不施Cu
37.0
10.0（soil） 28.8
0.04（leaf） 63.8
穗粒數
0.14 2.3 17.1
籽粒數/g.m2
0.03 1.0 14.0
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（三）根部對有機養分的吸收
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3.截獲（interception）
定義：根系在土壤中伸長、並與土壤緊密接觸， 使根系釋放的H+和HCO3-與土壤膠體的陰陽離 子直接交換而到達根表被吸收。
特點：根系占土壤體積比一般只有1％－4％，該 方式獲取養分較少，0.2%-10%，鈣鎂通過截 獲 吸收的較多。
影響因素：根系的陽離子代換量
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質流、擴散和截獲同時存在,相互作用。
♦ 磷以擴散為主，氮、鈣、鎂以質流為主， 銅、錳、鐵、鋅以擴散為主；
♦ 硼：質流和擴散各占一半；
♦ 鉬含量低時以擴散為主，含量高時以質流 為主。
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三、根部對離子態養分的吸收
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元素，植物就不能完成其生活史
三 標
II.專一性
➢ 缺少這種元素，作物出現某些特 定症狀，只有補充該元素才能恢復
准
正常
III.直接性
➢ 該元素在植物營養生理上表現出 直接的效果，而不是改善了環境條 件而產生的間接效果。
D.I.Arnon和P.R.Stout 1939年提出
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1.植物必需營養元素
濃度（ mmol/L）
麗藻
法囊藻
離子 池水 細胞液 B/A 海水 細胞 B/A
（A） （B）
(A) 液(B)
K + 0.05 54 1080 12 500 42
Na+ 0.22 10
45 498 90 0.18
Ca2+ 0.78 10
13 12 2 0.17
Cl- 0.93 91
98 580 597 1
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根自由空間中陽離子交換位點的數 目決定著各類植物根系陽離子交換量 （ CEC ） 的 大 小 。 通 常 雙 子 葉 植 物 的 CEC比單子葉植物要大得多。
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運載分子
通道蛋白
載體蛋白
高 膜脂
電化學勢梯度
簡單擴散
易化擴散
被動運輸
能量 主動運輸
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根表皮層
內皮層
木質部 薄壁組織
木質部
1 2
凱氏帶
根部離子短距離運輸進入木質部的雙泵模式
1）、共質體；2）、質外體
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P
根毛區
根尖區
Ca
吸收量
不同根區P和Ca的吸收量示意圖
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0.6
0.21
0.14
2.06
0.1
0.1
Trianea bogotensis根表皮細胞胞間連絲數目與根毛的關係 （單位：個/µm2）
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③ 根系吸收養分的特點
選擇性
累積現象 基因性
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二、土壤中養分向根表的遷移
1.質流 (mass flow)
含義：由於植物的蒸騰作用，根系吸水消耗根表 土壤水分，引起土壤中水分攜帶養分離子由土 體向根表流動的過程
特點：長距離遷移的主要方式 NO3-、Ca2+、Mg2+、SO42-、Cl-
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生理酸性和生理鹼性肥料：
生理酸性和生理鹼性:
由於作物的選擇性吸收造成外界溶液的酸堿變化 相應的肥料稱為生理酸性和生理鹼性肥料。
KNO3, NaNO3, NH4Cl, KCl,(NH4)2SO4
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二、葉部對養分的吸收
（一）根外營養的機制
根外營養是作物吸收養分的一種方式； 根外營養的部位主要是葉； 葉部吸收可通過植物葉片角質層上的裂縫進入； 葉背面是比較疏鬆的海綿組織，細胞間隙大，孔道
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（四）葉部吸收的影響因素
1.養分種類
鉀肥: KCl>KNO3>KH2PO4 氮肥: 尿素>硝態氮肥>銨態氮肥 硝酸鉀進入體內時間 1 hr 氯化鉀……………… 30 min 硫酸鎂……………… 20 min 氯化鎂……………… 15 min 銨態氮……………… 2 hr 硝態氮……………… 15 min
1.植物的營養成分 2.植物對養分的吸收 ３.影響養分吸收的環境條件 4.植物的營養特性
5.合理施肥的原理與施肥技術
第一節 植物的營養成分
一.植物體內元素組成及含量
新鮮作物
烘乾 75ºC
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75－95％水分
5％－25％幹物質
煆燒 525ºC
95% 以氣體揮發CHON
5％灰分元素 Ca K Si P S Cl Al Na Fe
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必需營養元素的功能
(1).構成作物活體的結構物質及生活物質
如纖維素、半纖維素、木質素、果膠等 蛋白質、氨基酸、核酸、脂類、葉綠素等
(2).加速作物體內代謝
Zn Cu Mn Cl Mo B Fe Ca Mg K是酶的輔基或活化基
(3).對作物具特殊功能的元素
K Ca Mg 調節滲透勢，增強抗逆性
RRoooot htairs hairsot
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RMuoniocltage cap
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P
根毛區
根尖區
Ca
吸收量
不同根區P和Ca的吸收量示意圖
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② 根系吸收養分形態
離子態：NO3-、NH4+、 HPO42分子態：尿素、AA、
生長素、 CO2
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基質中離子濃度與麗藻和法囊藻細胞液 中離子濃度的關係
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(1) 載體學說
磷酸化載體
I
P
I P
載體
P
I P
磷酸激酶
ATP ADP
(未活化)
I
磷酸脂酶
P
線粒體 或
葉綠體
磷酸化載體離子
質膜
外
內
載體運輸離子進入膜過程示意圖
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① 載體磷酸化
磷酸激酶
載體＋ATP
磷酸化載體＋ADP
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(1) 載體學說
磷酸化載體
I
P
I P
載體
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3.有益元素(beneficial element)
為某些植物正常生長發育所必需，或對某
些植物生長有促進作用。
矽：水稻必需 鈉：甜菜、芹菜，鹽生草和藜科植物等耐鹽
植物 必需 鈷：豆科植物共生固氮所必需 硒：紫雲英、沙打旺
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三. 必需營養元素間的關係
同等重要性：植物必需營養元素在植物 體內的數量不論多少都是同等重要的
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(1) 載體學說
磷酸化載體
I
P
I I
P
載體
P
磷酸激酶
ATP ADP
載體(未活化)I PI源自磷酸脂酶P線粒體 或
葉綠體
磷酸化載體離子
質膜 外
內
載體運輸離子進入膜過程示意圖
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(2) 離子泵學說
1944年，Hoagland首先提出。 離子泵是存在於細胞膜上的蛋白質， 在有能量供應時可使離子在細胞膜上 逆電化學勢梯度主動吸收。
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水分自由空間：被水分佔據並能和外部 介質溶液達到物理化學平衡的這部分質外 體區域。
杜南自由空間：養分離子由於受細胞壁 或原生質膜所帶電荷的影響而不能自由移 動或擴散，這部分區域稱為**。
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陽離子
非擴散性 陰離子
陰離子
大孔 微孔
WFS DFS
表觀自由空間微孔體系示意圖
細胞多，吸收養分比上表皮快。
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角質膜
保衛細胞
氣孔
上表皮細胞 柵欄組織
海綿組織
維管束 下表皮細胞
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葉片的結構示意圖
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表面
橫切面
仙人掌表面向內凹陷的氣孔
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（二）根外營養的特點
1 .提高肥料利用率； 2 .用量少； 3. 有利於作物後期和密植作物的追肥； 4 .轉化快
大量營養元素
C H O
N P
主要吸收形態
CO2 H2O CO2 O2 NH4+ NO3H2PO4- HPO42-
K
K+
主要來源
大氣 土壤水
幹物質中的含量 （％）
45 45
大氣和土壤空氣
6
土壤
1.5
土壤
0.2
土壤
1.0
S
SO42+
土壤
0.1
Ca
Ca2+
土壤
0.5
Mg
Mg2＋
土壤
0.2
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施肥基礎
❖ 肥料三要素（ N P K ）:作物對氮磷鉀這三種營養
元素需要量比較多，而土壤中有效含量相對較少，必 需通過施肥來補充，所以氮磷鉀被稱作肥料三要素。
❖ C H O：保護地施CO2肥
❖
2NH4HCO3+H2SO4 (NH4)2SO4+2CO2+2H2O
❖ S Ca Mg: 北方土壤一般夠用，施磷肥時有所補充。
P
I P
磷酸激酶
ATP ADP
未活化
I
磷酸脂酶
P
線粒體 或
葉綠體
磷酸化載體離子
質膜 外
內
載體運輸離子進入膜過程示意圖
2021-12-30
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② 結合並運轉：磷酸化載體＋離子 磷酸化載體－離子
③ 膜內釋放：磷酸化載體－離子
磷酸酯酶
載體＋離子＋無機磷（Pi）
④ ATP的再生：ADP＋Pi
線粒體或葉綠體
ATP
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2.溶液的濃度及pH值
在不引起傷害的前提下養分進入葉片的 速度和數量隨濃度升高而升高
大量元素： 0.2~2% 微量元素 ：0.01~0.2%
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表2. 介質濃度對向日葵傷流液中含鉀量的影響
介質 K+濃度 （mmol/L）
0.1 1.0 10
傷流液 K+濃度 傷流液體積 （mmol/L） （ml）
♠ 水稻幼苗直接吸收氨基酸和醯胺 ♠ 大麥能吸收賴氨酸 ♠ 玉米能吸收甘氨酸 ♣ 並不是所有的有機養分都能被根系
吸收，僅是小部分小分子有機物
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根系吸收有機養分的特點：
（1）脂溶性越強，越容易吸收（透膜擴散）； （2）小分子有機物易透過膜，大分子有機物難透過
膜（分子篩假說）； （3）胞飲作用（球蛋白、核糖核酸、病毒等）； （4）有被動吸收，也有主動吸收現象。
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（3）離子交換
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2.主動吸收
定義：養分離子逆電化學勢梯度進入
植物細胞內的現象。
特點：a 逆電化學勢梯度 b. 高度選擇性 c. 消耗能量
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醣脂類
細胞質絲
膽固醇
細胞膜流動鑲嵌模型
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主動吸收 載體學說
2021-12-30
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灰分元素
❖ 將作物幹物質進行煆燒後，C H O N以氣體 形態揮發（氣態元素）殘留下的不揮發的物質 （70多種元素）
植物種類
鹽生植物 豆科植物
Na N
環境
水稻
紅壤土-Al
甜菜 馬鈴薯
Si
K
施肥措施
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二. 作物必需的營養元素
➢ 這種元素對所有高等植物的生長
I.必要性
發育是不可缺少的。如果缺少該