植物营养学 绪论

20世纪80 年代初粮食总产中约有1/3 是 施用化肥得来的。
氮磷钾化肥配合施用的增产效果
作物 水稻 玉米 试验个数 829 629
对照源自文库量 公斤/亩
277.8 285.6
施肥产量 公斤/亩
391.2 417.1
施肥增产 ％
40.8 46.1
小麦
棉花（皮棉）
1260
62
194.3
43.8
304.3
1. 作物增产
4000 3500 75000
•肥料的增产作用
肥料施用量 粮食总产量 肥料施用量 粮食总产量
70000 65000
肥料施用量(万吨)
2500 2000 1500 1000
55000 50000 45000 40000 35000 30000
500
0 1975 1978 1982 1985 1988 1991 1994 1997
伍德沃德（Wood-ward）：水培试验
索秀尔（1804）、萨克斯（Sachs） 西尼比尔（Senebier,1791） 大田试验实践的先驱
Aristotle’s Periodic Table of Elements Earth Fire Aristotle 384-322 BC Air Water
挖掘生物基因潜力 应用养分高效作物
肥料:
提供植物必需营养元素或兼有改变土 壤性质，提高土壤肥力功能的物质。 合理施用有机肥料和化学肥料，对于 提高单位面积产量和不断提高土壤肥 力起着重要的作用。
肥料分类:
按来源分：无机肥料、有机肥料等
按元素分：氮肥、磷肥、钾肥等 按养分多少分：单质肥料、复合肥料等 按养分有效性分：速效肥料、缓效肥料、长效肥料 按肥料状态分：固体肥料和液体肥料
不施肥
1908年试验结果
1934年我国化肥工业的先驱范旭东和侯德榜 等兴建了我国第一个氮肥厂，生产硫酸铵；之 后，日本侵华期间于1935年在大连建立了一个 氮肥厂。两厂规模都很小，最高年产量不超过 6000t(N)。
1949年以后，我国化肥工业飞速发展，不但在速 度上为国际社会所瞩目，1995年起年产量已位居 世界第一；而且结合我国国情，走出了具有鲜明 特色的发展道路。
中国（1） 中国（2） （1）按全国13333万公顷耕地计算 （2）按（1） 156%=20800万公顷计算
我国微量元素缺乏面积和施用面积
营养元素 缺素临界值 （mg/kg） 低于临界值面积 106公顷 施用面积
占耕地% 106公顷(%)
锌(Zn）
硼 (B) 钼(Mo) 锰(Mn) 铜(Cu)
≤0.5
Van Helmont’s willow tree experiment 海尔蒙特柳条试验 (1643-1648)
Five years later
Willow tree:2.3 kg Soil:56.7g
74.4kg
John Woodward’s
Mint Experiment
(1699)
500
Original plant weight
植物营养学是研究植物对营养物质吸收、运输、 转化和利用的规律及植物与外界环境之间营养物 质和能量交换的科学。
植物营养学的主要任务 —— 阐明植物体与外
界环境及养物质运输、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改善产品品质的 目的。
3.60
mg/L
0.14 mg/L
我国主要化学肥料利用率的估计
N
5-35%
P
5-20%
K
20-50%
许多有机材料还被当作废物烧掉
- 为什么要施肥？ - 施什么肥？ - 施多少肥？ - 如何施肥？
作物 土壤 措施 季节
…
二、植物营养与肥料的发展概况 （一）肥料的发展 早在西周（公元前11世纪至8世纪）时期，我国的劳 动人民已经开始有意识地利用天然绿肥。 人工栽培绿肥最早见于西晋郭义恭的《广志》（公 元3世纪）。 在施肥技术上分基肥与追肥，早在西汉的《范胜之 书》（公元前1世纪）中以有详细的叙述。清朝有 人将肥料分成十类, 在施肥方法上又提出“时宜”、 “土宜”和“物宜” 。
植物营养学
教材：
陆景陵,胡蔼堂主编.植物营养学（上、下 册，第二版）.北京：中国农业大学出版 社，2003
第一章
基本概念：
绪
论
一、植物营养学与农业生产
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。 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
中国古代农业生产所用的 肥料主要是有机肥料，施 肥的特点是用地与养地相 结合，从而保证了农业生 态系统的平衡。而在欧洲， 直到11世纪，法国和德国 才开始施肥；英国到13世 纪农田施肥还很不普遍。
•1840年德国李比希（J. V. Liebig) 提出了矿质营养学说， 奠定了世界化学肥料生产发展 与应用的理论基础。
我国引进化肥并进行施肥的试验研究开始于上世 纪初期。在农业上大量施用化肥并在农业增产中 发挥重大作用是在60年代中期以后。
中国施用化肥的过渡阶段：
20世纪60年代前的有机肥与氮肥配合阶段，
60年代的有机肥与氮、磷化肥配合施用阶段 70年代中期以后的有机肥与氮、磷、钾、微量元素 肥料配合施用阶段。 此后又经过20年的发展，大量元素肥料的平衡 施用并没有完全解决，例如钾肥不足和土壤钾素亏 缺的问题日益突出。 同时微量营养元素（硼、锌、钼、锰等）和中 量营养元素（硫、钙、镁）对作物的增产作用日趋 明显，其需求呈增长之势。
优化生产投入
产量 品质 环境
化肥、有机肥
作物
根际
养分
土壤
肥料用量
输入
输出
农民施肥多依靠自己的经验
我国化肥单位面积用量与世界若干地区和国家比较
年份 1989 1997 地区和国家 全世界 北美和中美洲 亚洲 欧洲 所有发达国家 所有发展中国家 美国 前苏联（俄罗斯 印度 日本 联邦德国（德国） 荷兰 英国 1998 接耕地面积（kg/hm2） 1989 1994 1997 98.7 83.7 114.8 229.4 124.6 76.8 93.6 117.0 65.2 415.0 411.3 649.6 345.7 306.0 196.0 90 97 129 163 104 20 124 442 248 578 339 97.1 97.1 141.1 85.1 108.8 14.1 88.0 396.3 238.2 596.5 364.7 人均耕地 （hm2/人） 0.239 0.589 0.129 0.242 0.713 0.879 0.181 0.032 0.144 0.059 0.104 0.114
（二） 植物营养学的发展概况
１、植物营养研究的早期探索 尼古拉斯（Nicholas, 1401-1446） 海尔蒙特（Van Helmont, 1577-1644），柳条试验 罗伯特•波义尔（Robert Boyle）碳素营养学说 泰伊尔（Von Thaer, 1752-1832）腐殖质营养学说 布森高（Boussingault, 1802-1887）氮素营养学说
2.改善产品的外观 品质及营养品质
人体营养缺乏症
缺钙
缺铁
缺碘
4.增加植被覆盖度，促进牧业发展
5.促进植物生长，改善生态环境
文明生活的象征
游览休假的乐园
生态环境的卫士
运动健儿的摇篮
全球 变化
资源与环境
中国吃饱饭
粮食高产
目的： 提高作物产量、品质
途径：1.改良植物遗传特性，提高植物营养效率 2.通过施肥提供良好营养环境
400
Final plant weight (after 56 days)
300
200
100
Rain water
Ditch water Soil water
Rain water
Soil water
Von Thaer
李比希的功绩 —— 确立植物矿质营养学说，建立了植物营养学科， 从而促进了化肥工业的兴起； 提出养分归还学说和最小养分律, 对合理施肥至今 仍有深远的指导意义。 把化学应用于农业，使化学融合于农业科学之中； 推行新教学法，重视实践和人才培养；
65.1
56.4
48.6
油菜籽 大豆
64 115
84.5 121.2
138.9 142.9
64.4
17.9
中国没用或停用化肥的后果
如果中国一直没有使用化肥，粮食产量一直保 持在800公斤/公顷水平，按现有种植面积计算,我国 粮食总产只有0.9亿吨，仅能养活2.2亿人，有10.4 亿人没有饭吃。 如果中国停止使用化肥或全部采用有机农业， 以减产30％和人均400公斤口粮估计，我国将有2.9 亿人没有饭吃；
在1950－1970年的20年中，世界粮食增产近1倍， 其中因播种面积增加而增加的产量占22％，因单 位面积产量增加所增加的产量占78％。而在各项 增产因素中，增施化肥要起30-50％的作用（一 般可按40％估计）。
数以10万计的田间试验结果表明，每公斤化肥平均 可增产8-12kg粮食；4-8kg油料；3-6kg棉花。
16
15
每公斤化肥增产量 kgkg-1
14 12 10 8 6 9 7
4
2 0
50
70
90
年代
Over- fertilization causes environmental pollution
水体富营养化 ▲氮肥不当 ▲过量施肥 ▲过量磷肥带入
海洋赤潮 频频发生
地下水硝酸盐含量限量指标: 50 mg/L NO360% n=37
施化肥增加的农产品价值是化肥投资的4.8倍。 根据全国化肥试验网 1981~1983 年在全国布置 的5000多个田间试验结果计算：合理的氮磷钾化肥 配合，可使水稻增产 40.8% ，玉米增产 46.1% ，小 麦 增 产 56.6% ， 棉 花 增 产 48.6% ， 油 菜 籽 增 产 64.4%，大豆增产17.9%。 每公斤氮肥（N）可增产稻谷9.1公斤，小麦10.0公 斤，玉米13.4公斤；每公斤磷肥（P2O5）可增产稻 谷 4.7 公斤，小麦 8.1 公斤，玉米 9.7 公斤 ; 每公斤钾 肥（ K2O ）可增产稻谷 4.9 公斤，在小麦、玉米上 的增产效果较低。
≤0.5 ≤0.15 ≤5.0 ≤0.2
48.6
32.8 44.5 20.3 6.5
51.1
34.5 46.8 21.8 6.9
9.7(19.9)
5.9(18.1) 1.0(2.1) 0.3(1.6) —
铁 (Fe)
≤45
4.7
5.0
—
270-300kg N/ha
小麦倒伏
不同年代每公斤化肥增产粮食示意图
欧盟现行标准
分布频率
40% n=20 20% n=7 n=7
n=9
0% >=45 30－44 20－29 10-19 <10
硝酸盐含量分级(mg/L)
北京市蔬菜产地地下水硝酸盐含量( n=80 )
太湖水质氮磷含量的变化：
1995年
--------- 1999年 四年期间
N
P
0 .30 mg/L
0.06 mg/L
•1843年英国鲁兹和吉尔伯特（Lawes and Gilbert) 首次用兽骨添加硫酸制成过磷酸钙后， 取得世界的第一个化肥专利，并在他们建立的 世界的第一个长期肥料试验站—英国洛桑试验 站布置了田间肥效试验，一直延续到现在。
1861年在德国斯塔斯富特(Stassfurt)建立了世界 上第一座钾碱工厂，生产氯化钾。随后在法国阿 尔萨斯(Alsace)、美国卡尔斯巴德(Carsbad)、加 拿大萨斯喀斯温(Saskatchwan)等地发现了巨大 的钾盐矿床，推动了世界钾盐生产的迅速发展。 1908年哈勃（H. Haber)第一个获得专利，建立 了合成氨实验室装置。 1913年德国BASF公司正式建成了世界第一 套年产30t氨的合成氨装置。
25000 20000
15000
粮食产量(万吨)
3000
60000
人口
土地
粮食
施肥的重要作用在于提高粮食作物产量。
人多地少的日本、荷兰单位面积施肥量是美国、前 苏联的3-5倍，单产是美国前苏联的2倍； 我国通过施肥提高单产解决人口压力。
施用肥料后油菜的产量有很大提高
据联合国粮农组织（FAO）统计:
李比希的学说——
《化学在农业及生理上的应用》 Justus von Liebig 1840
驳斥腐殖质营养学说，确立植物矿质营养学说
___“植物最初的营养物质是矿物质，而非腐殖质”
养分归还学说(theory of nutrient returns)