第六章-1植物营养

1987
镍
Ni
1.1
5.必需元素的分类
Middle-element 中量元素： 介于两者之间 Macro-element 大量元素： ＞0.1%
H
Ca
C
P
K
S
Mg
O
N
Zn
Mo
Cu
Fe
Mn
Ni
B
Cl
Micro-element 微量元素： ＜0.1%
6. 影响养分含量的因素


植物种类 生育阶段 丰缺程度 环境因子
4、植物矿质营养遗传学 基因型差异 遗传基础 分子机理 营养性状的遗传改良
培育营养高效型新品种
导入柠檬酸合成酶提高蕃木瓜耐铝毒能力 (Fuente JM et al 1997)
Transgenic
WT
Lam et al., 1995; Oliveira et al., 2002
5. 植物土壤营养学
由此可见，土壤不仅是植物生长的介质，而且也是植物 所需养分的主要供给者。
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矿质养分与肥料三要素
其中，P、K、Ca、Mg、S、Fe、Mn、Cu、 Zn、B、Mo Cl、来自矿物，故称矿质养分 （Mineral nutrient）。
N、P、K植物需要量和收获时带走较多，土 壤中普遍不足，要通过施肥才能满足，故通常称 为“肥料三要素”或“植物营养三要素”。
《21世纪谁来养活中国人》
粮食安全
粮食生产与肥料施用密切相关
“有收无收在于水， 收多收少在于肥”！
“庄稼一枝花， 全靠肥当家”！
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施肥提高单位面积作物产量！
不合理施肥的负面影响
资源耗竭
污染环境
食物安全
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? 如何合理科学施肥？ ……
直接性
2. 必需元素的种类
目前 国内外公认的高等植物所必需的营养元素有 16（17）种。它们是碳、氢、氧、氮、磷、钾、钙、 镁、硫、铁、硼、锰、铜、锌、鉬、氯，镍。
N
Cl Mo
C
H
P
K
S
Mg
Fe B Mn Cu Zn
Ca
O
3.必需元素的发现
元 素 H,O C N Fe Mn B Zn Cu P,K,Mg,S,Ca
研究植物、土壤和肥料体系内营养物质 含量、形态、分布与动态变化的必要手段。 在大多数情况下，此法 应与其它方法结合运用，但 手续繁多，工作量大。近十 几年来，有各种自动化测试 仪器相继问世，从而克服了 这一缺点。
多元素分析仪
碳氮分析仪
原子吸收分光光度计
流 动 分 析 仪
6. 核素技术法（同位素示踪技术法）
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1958年，毛泽东提出我国农业的高速度发展， 必须抓好“土、肥、水、种、密、保、管、工” 等八个方面的工作。史称农业“八字宪法”。
土壤肥料学
Soil and Fertilizer Science 植物营养学 张文君 wenjunzhang@mail.hzau.edu.cn
wk.baidu.comOGO
第六章
植物营养与施肥的基础理论


肥料--种类，性质，转化及 有效性 施肥--施肥的方法、数量、 时期及影响有效性的因素。
开辟新的肥源—有机肥与 无机肥的生物效应 实现优质施肥技术及机械 化条件下的现代施肥技术


Modern Fertilization Technology
精准农业
营养元素 看不见，摸不着， 怎么办？
三、植物营养学的研究方法
3. 植物营养生态学
主要研究不同生态类型中各种营养元素在土壤圈、 水圈、大气圈、生物圈中的转化和迁移规律；各种养 分和环境生态系统的关系。
不同生态系统地下“透视”
热 带 雨 林
落 叶 阔 叶
针 叶 林
荒
漠
草
地
重金属和污染物质在食物链中的富集、迁移和调控 氮素的气态损失（NO、NO2、NH3）和淋洗
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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。
植物的营养元素
75～95％水分 5～25％干物质 煅烧 ~525º C 95％以气体挥发 5％灰分(成分复杂)
植物体内灰分元素
70多种灰分元素
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植物体内灰分元素
并非全是植物所必需
所含元素种类和数量受环境条件及施肥措施 影响。
植物也吸收那些不是生长所需，甚至可能有 毒的元素。
哪些元素是植物的必需营养元素？
1. 植物营养生理学
2）逆境生理学：
研究植物在逆境条件下的生理变异及适应性变化 规律，通过营养调节挖掘植物抗逆性的基因型潜 力，为选育优良抗性品种提供依据。
非生物逆境：旱、涝、盐碱、高温、寒冷、营养 不足或失调、通气不良 生物逆境：病虫害
番茄根结线虫
干旱
虫害 涝害
棉花黄萎病 盐碱地
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1. 植物营养生理学
二、必需营养元素（Essential Element）
1、概念——三个标准 (Arnon and Stout, 1939)



不可缺少：缺少这种元素植物就不能完成其生 命周期。 必要性 特定症状：缺少这种元素后，植物会出现特有 的症状，而其它元素均不能代替其作用只有补 充这种元素后症状才会减轻或消失。专一性 直接营养作用：这种元素是直接参与植物的新 陈代谢对植物起直接的营养作用，而不是改善 环境的间接作用。
2. 活化酶类
3. 稳定细胞壁和生物膜构型 第四组：Fe、Cu、Zn、Mo、Ni 1. 以配合态存在于植物体内 2. 变化价态传递电子
植物必需营养元素的各种功能一般通过植物的 外部形态表现出来。而当植物缺乏或过量吸收某一 元素时，会出现特定的外部症状，这些症状统称为 “植物营养失调症”，包括“营养元素缺乏症”和 “元素毒害症”。
4）植物营养学
研究植物营养与施肥 的科学。 即研究植物对营养物质的 吸收、运输、转化和利用 的规律及植物与外界环境 之间物质与能量交换的科 学。
植物
营养物质
环境
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我们为什么要学习植物营养学？
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“国以民为本， 民以食为天”
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Lester Brown (1995, American)
注意：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
8. 必需营养元素的主要功能：生物化学作用和生理功能
第一组：C、H、O、N、S 1. 组成有机体的结构物质和生活物质 2. 组成酶促反应的原子基团，被同化 第二组：P、B、(Si) 1.以无机阴离子或酸分子的形态被植物吸收 2.形成连接大分子的酯键，储存及转换能量 第三组：K、Mg、Ca、Mn、Cl 1.以离子形态被吸收，维护细胞内的有序性， 如渗透调节、电性平衡等
root exudates

根系生态学、根系生理学、根系解剖学 土壤-植物根-微生物相互作用的场所

4.生物统计和生物数学方法
指导试验设计，检验试验数据； 帮助试验者评定试验结果的可靠性；作出 正确的科学结论。 计算机技术的应 用，可进行大量数据 处理，可进行数学模 拟，建立数学模型等。
5. 近代物理化学、生物化学和仪器分析方法
3）产量生理学：
作物产量的形成、养分的分配和调节过程； 库-源关系及其在产量形成过程中的作用； 利用各种内外源激素或调节剂对产量形成过程 的调控和机理；
2. 植物根际营养
-根际微生态系统中的物质循环及其调控
主要研究 根－土界面微域中养分、水分及其它物质的转化规 律和生物效应； 植物－土壤－微生物及环境因素之间物质循环、转 化的机制及调控措施。
第一节 植物营养的内容与领域
一、植物营养的概念
1）植物营养
植物体从外界环境中吸取其生长发育所需要的物 质并用以维持其生命活动，即称为植物营养。
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。
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3）肥料 (fertilizers)
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。
Mo Cl
年 份 发 现 人 化学元素发现之前 —— 1800 Senebier &Saussure 1804 Saussure 1860 Sachs 1922 McHargue 1923 Warington 1926 Sommer & McKinney 1931 Lipman & Mackinney 1938 Sprengel
利用放射性和稳定性同位素的示踪特性，揭 示养分运动的规律； 缩短试验进程，解决其它试验方法难以深入 的问题。
热 电 离 同 位 素 质 谱 仪
7、酶学诊断法

矿质元素是多种酶的组 成成分或活化剂，调节 酶的稳定。
通过酶活性的变化了解植 物体内养分的丰缺状况，反应 灵敏，能及时提供信息。 专一性较差，需累积经验。
主要因素：
1. 遗传因素－－如：禾本科植物需Si、淀粉植 物块茎含K多、豆科植物含N较多等。 2. 环境条件（生长环境）－－如：盐渍土上生 长的植物含Na和Cl较多、沿海的植物含I较多、 酸性红壤上的植物含Al和Fe较多。
7.必需元素的来源
在必需营养元素中，碳、氢、养来自二氧化碳 和水，其它必需营养元素几乎全部是来自土壤。
土壤养分行为学：土壤肥力水平与植物营养 的关系；土壤中养分的存在形态、含量、吸 附固定等转化和迁移的规律；有效养分的形 态、形成过程及影响因素；各种养分的生物 有效性；
土壤肥力学：研究在农业耕作条件下，施肥 对土壤肥力演变的影响；阐明维持和提高土 壤肥力的农业措施与影响条件。
6. 肥料学与优化平衡施肥
植 物 矿 质 营 养 遗 传 学
植 物 土 壤 营 养
肥肥 料 学 与 优 化 平 衡 施
其内容与范畴随着学科的发展在不断变化
1. 植物营养生理学
1）矿质营养生理学

如何吸收、运输、分配和调控养分 生理功能


元素缺乏和过剩症状
与环境的相互作用
服务于农业，寻求最佳调控技术措施
植物元素缺乏和过剩症状
8.植物营养诊断与调查研究法

调查统计植物的营 养特征（缺素症状
或中毒症状），判
断营养状况。
缺 磷
硼 中 毒
缺 硼
缺 硫
小结 • 植物营养的概念
植物营养、营养元素、植物营养学、肥料
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• 植物营养学的主要研究领域 • 植物营养学研究方法
营养元素？
第二节
一、植物的组成
新鲜植株
烘干 ~75º C
1939 1954 Arnon & Stout Broyer
随着化学纯化技不断术改进，一些新的必需矿质营养元素可能被发现。
4. 正常生长植株的干物质中营养元素的平均含量
确定 年份 1939 1931 1926 1922 1844 1923 1954 1839 1839 1839 1839 1839 1804 最早 1800 最早 元素 钼 铜 锌 锰 铁 硼 氯 硫 磷 镁 钙 钾 氮 氧 碳 氢 符号 Mo Cu Zn Mn Fe B Cl S P Mg Ca K N O C H mol/克（干重 ） 0.001 0.1 0.30 1.0 2.0 2.0 3.0 3.0 60 80 125 250 1000 30000 40000 60000 mg/kg 0.1 0.6 20 50 100 20 100 % 0.1 0.2 0.2 0.5 1.0 1.5 45 45 6
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。
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二、植物营养学的主要研究领域
植物营养学
矿质营养生理学 逆境营养生理学 产量生理学
植 物 营 养 生 理 学
物根 质际 循微 环生 及态 其系 调统 控中 的
植 物 营 养 生 态 学
运用特殊装置，给予特殊条件便于调控 水、肥、气、热和光照等因素，有利于开展 单因子的研究，多用于田间条件下难以进行 的探索性试验。 所得结果 往往带有一定 局限性，需要 进一步在田间 试验中验证， 然后再应用于 生产。
土培、沙培、 水培、分根培养、 流动培养、 灭菌培养„
3、植物根系和根际研究方法
试验研究+调查研究
植 物
模拟研究方法 植物根系和根际研究方法
营 养 学
研 究 方 法
核技术研究方法 酶学诊断法
1、生物田间试验法
植物营养学最基本 的研究方法
特点： 最接近于生产条件的 试验方法，比较客观 地反映农业实际，对 农业生产具有实际直 接的指导意义 受自然条件影响很大
2. 生物模拟试验法