农业化学

一、农业化学与农业生产

（一）农业化学的含义

广义：是农业科学和生产中有关物质的合成、转化及应用。

狭义：是植物营养与合理施肥的农业生物的科学。●研究对象：植物、土壤和肥料及其相互关系。●研究目的：提高作物产量、品质和土壤肥力。●中心任务：研究植物营养与合理施肥的问题。肥料：是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。它是提高农业生产的物质基础之一。（二）农业化学与农业生产

增加粮食生产的途径：①扩大耕地面积②提高单位面积产量

施肥是提高作物产量的重要措施，还能提高土壤肥力。联合国粮农组织（FAO）估计，化肥在农作物增产的总份额中的作用占40%~60%。

我国多年的统计数据：

化肥总用量与粮食总产量之间的相关系数为0.964。

化肥亩用量与粮食亩产量之间的相关系数为0.98。

合理施肥必须根据植物的营养原理和作物的营养特性，考虑外界环境条件的影响，掌握各种肥料的性质，应用现代科学手段研究合理施肥的理论和技术，以发挥肥料最大的增产效益。

二、农业化学的发展概况

（一）农化研究的早期探索

1.比利时：万·海尔蒙特Van Helmont(1577～1644)于1640年在布鲁塞尔进行了农化史上第一个定量试验：柳条试验。结论：水是柳树的惟一营养物质。（错误）功绩：把科学的试验方法引入了植物营养的研究领域。

2.英国：渥特沃Woodward(1665～1782)认为，土和盐都有营养作用。

3.德国：格鲁伯Glauber 认为，硝也有营养作用。

4.18世纪末，相当一些人认为植物营养物质包括：水、气、土、盐、硝、油和火（燃素）等。

5.18世纪至19世纪：认为空气也是植物营养物质的一种来源。瑞士化学家索秀尔De Saussure（1767～1845）首先将新化学理论应用于植物营养。他在含有不同浓度CO2的空气中培养植物。证明：植物体内碳素来自植物同化的大气中的CO2，植物的灰分来自土壤，C、H、O 来自空气和水。

●从本质上说植物营养物质是什么？

.法国农业化学家布森高Boussingault（1802～1887 ），是采用田间试验方法研究植物营养的创始人，1834年他在自己的庄园里创建了世界上第一个农业试验站。

他采用定量分析的方法研究植物的碳素、氮素营养，证实了植物碳素来源于空气中的CO2；豆科植物能利用和固定空气中的氮素，从而使土壤含氮量增加。

（二）植物矿质营养学说的建立和发展

●1840年，德国化学家李比希Justus von Liebig（1803～1873）提出：

1.矿质营养学说：腐殖质是在地球上有了植物以后才出现的，而不是在植物出现以前，植物的原始养分是矿物质。

2.养分归还学说：植物以不同的方式从土壤中吸收矿质养分，使土壤养分逐渐减少，连续种植会使土壤贫瘠，为了保持土壤肥力，必须把植物带走的养分以施肥的方式归还给土壤。

▲学说意义：在理论上，否定了腐殖质营养学说，说明了植物营养的本质（矿物质）；在实践上，引出了巨大的化肥工业。

●1842年英国的鲁茨(Lawes，英国洛桑农业试验站的创始人)取得了制造过磷酸钙的专利，1843年利用兽骨加硫酸制成过磷酸钙，以后逐渐发展为磷肥工业。●1855年德国开采钾盐矿，精制出钾盐用于生产。●1913年根据德国化学家哈伯(Harber)提出的合成氨工艺，建立了世界上第一个合成氨工厂。李比希的矿质营养学说促进了化肥工业的发展，并推动传统农业向现代农业发展。●根据矿质营养学说的原理，植物学家萨克斯(Sachs,1860)和克诺普(Knop,1861)先后设计了营养液培养试验，证明了矿质营养学说的正确性。●到20世纪50年代已经确认了目前已知的16种植物必需营养元素。

（三）现代农业化学的研究进展

1. 美国Hoagland(1884～1949)在20世纪初提出¡°霍格兰氏营养液¡±，也导致了无土栽培(水培)产业的发展。研究养分吸收发现，矿质元素能逆浓度梯度进入植物体。

2. 20世纪初苏联农业化学家普良尼施尼科夫根据生理与环境统一的观点，把植物、土壤、肥料三者联系起来，研究它们的相互关系，以施肥为手段来调节植物的营养，建立了生理路线的农业化学派。

3. 20世纪初30年代我国著名的植物生理学家罗宗洛开展了有关植物生理的研究，在氮素营养方面做了大量工作，获得了许多研究成果。

4. 在营养液试验中，1922-1939年先后发现了一批植物必需的微量元素，1954年又确定了必需营养元素氯。

5. 20世纪50年代初期，美国Epstein提出离子吸收的酶动力学假说，发展和丰富了载体假说，后人又提出了离子泵假说、变构酶假说，近年又发展成为离子通道、转运子等理论。

6. 1904年Hiltner提出了根际的概念，研究集中在根际微生物方面。

7. 近年来，植物营养基因型研究和应用发展较快，利用细胞诱变，筛选突变体，进行植物性状改良。

三、农业化学（总论）的研究内容●农业化学包括了植物营养原理、肥料学、作物施肥学和植物营养研究法。

●农业化学（总论）的内容：1.植物营养原理：植物营养元素的种类及其主要功能；营养元素的吸收、运转、同化及代谢过程；植物营养与植物各时期的生长和发育的关系等。2.肥料学：涉及肥料的种类、成分、性质及其施用；肥料各组分在土壤中的转化规律及对作物产量和品质的影响。

四、农业化学的研究方法1.生物试验：是指在一定的环境条件下，有目的地对生长中的植物进行某种处理，然后观察和分析测定植物对该处理的反应，从而得到某一问题的结论。（1）田间试验：研究植物营养与农业生产的关系。包括试验设计，实施管理，采样分析及资料整理等。（2）培养试验：土培、砂培、水培。（3）实验室试验：在生长室内的研究，适用于一些模式植物（如拟南芥）的营养研究。

2.植物营养分析：主要对土壤、肥料、植物等进行分析测定。分析测定方法有化学分析、仪器分析及分子生物学分析。

§1 植物营养

Plant Nutrition

§1-1 植物生长发育必需的营养元素§1-2 植物的根部营养§1-3 植物的叶部营养§1-4 作物的阶段营养§1-1 植物生长发育必需的营养元素

▲植物必需的营养元素▲植物的有益元素●组成有机物的化学元素：C.H.O.N●组成灰分的化学元素：P.K.Ca.Mg.S.Cl.Fe.Mn.Cu.Zn.Mo.

B.Al.Na.Ba.Si.Co.F.Br.I等几十种。由于这些元素存在于植物的灰分中，又称灰分元素。

（三）植物必需的营养元素及其确定标准1939年Arnon和Stout提出了高等植物必需营养元素的三条标准：1、该元素必须是植物完成整个生活周期所不可缺少的。－－必要性2、缺少该元素时植物会显示出专一的缺素症，只有补充这种元素后症状才能减轻或消失。－－专一性3、该元素必须直接参与植物的代谢作用，而不是间接地起改善环境的作用。－－直接性

根据三条标准，确定了以下16种高等植物必需营养元素：C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S Fe、Mn、Cu、Zn、Mo、B、Cl。

（四）植物体内必需营养元素的含量1.大量营养元素：C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S九种，或大量元素，又称常量元素。占植物干物重的百分之几十～千分之几（﹥0.1%）。2.微量营养元素：Fe、Mn、Cu、Zn、Mo、B、Cl 七种，或微量元素。占植物干物重的千分之几～十万分之几（﹤0.01%）。微量元素在植物体内的含量虽少，但在植物营养中却起着重要的作用。

（五）植物必需营养元素的一般功能1、构成植物活体的结构物质、贮藏物质和生活物质▲结构物质：纤维素、半纤维素、木质素及果胶质等。▲贮藏物质：淀粉、脂肪、植素等。▲生活物质：AA、蛋白质、核酸、叶绿素、酶类等。

2、加速植物体内的代谢Cu、Mn、Zn、Cl、Mo、B、Fe、Ca、Mg等是植物体内。进行代谢作用的许多酶的辅基或激化酶活性的活化剂。

3、对植物体有特殊功能K、Mg、Ca等参与植物体内物质的转化与运输，调节细胞的透性，增强作物的抗逆性。

二、有益元素~·某些元素适量存在时能促进植物的生长发育；或者是某些特定的植物、在某些特定条件下所必需的，这类元素称为“有益元素”。

§1-2 植物的根部营养植物根系从营养环境中吸收养分的过程叫作植物的根部营养。

●根系吸收养分的部位

●根系对无机（矿质）养分的吸收（离子态）●根系对有机养分的吸收（分子态）●影响根系吸收养分的外界环境条件及其调节●养分在物