土壤肥料學(xué)-02-植物營養(yǎng)概論

1、第二講　植物營養(yǎng)概論 Plant nutrition,《土壤肥料學(xué)》第六章,本章重點(diǎn)、難點(diǎn)：植物所必需的營養(yǎng)元素；養(yǎng)分的遷移；植物根系對養(yǎng)分的吸收；養(yǎng)分的運(yùn)輸；根外營養(yǎng)。,知識點(diǎn),植物營養(yǎng)的概念 植物對養(yǎng)分的吸收 植物的葉部營養(yǎng),1 植物營養(yǎng)的概念與領(lǐng)域,概念：植物體從外界環(huán)境吸收其生長發(fā)育所需要的物質(zhì)并用以維持其生命活動。,植物體所需要的元素稱之為營養(yǎng)元素。,2002,農(nóng)學(xué)專業(yè)“農(nóng)業(yè)化學(xué)”講義　魯劍巍,1.1 領(lǐng)域,植物礦質(zhì)營養(yǎng)

2、生理學(xué)根際微生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)及其調(diào)控逆境植物營養(yǎng)生理學(xué)作物產(chǎn)量生理學(xué)植物營養(yǎng)生態(tài)學(xué)植物礦質(zhì)營養(yǎng)遺傳學(xué)植物土壤營養(yǎng)肥料學(xué)與養(yǎng)分資源管理,1）田間試驗(yàn)方法,1.2 植物營養(yǎng)學(xué)的研究方法,2002,農(nóng)學(xué)專業(yè)“農(nóng)業(yè)化學(xué)”講義　魯劍巍,研究生-大田試驗(yàn)-取樣,2）盆栽試驗(yàn)方法（模擬）,-N,-P,3）植物根系和根際研究方法,30 um 尼龍網(wǎng),,,4）生物統(tǒng)計(jì)和生物數(shù)學(xué)方法,近代物理化學(xué)、生物化學(xué)和儀器分析方法核技術(shù)研究方法

3、酶學(xué)診斷法植物營養(yǎng)診斷與調(diào)查研究法,2 植物的營養(yǎng)成分,75%－95%水分5% －25%干物質(zhì),新鮮植物,,,C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S、Fe、Mn、Zn、Cu、Mo、B、Cl、Si、Na、Se、Al,2.1 必需營養(yǎng)元素,不可缺少特定的癥狀直接營養(yǎng)作用,C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S、Fe、Mn、Zn、Cu、B、 Mo、 Cl,發(fā)現(xiàn)規(guī)律：,量大的發(fā)現(xiàn)的比較早 易缺乏的發(fā)現(xiàn)比較早 難凈化的發(fā)現(xiàn)比較晚

4、,2.2 必需營養(yǎng)元素的分組,1）大量營養(yǎng)元素（0.15%以上） C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S2）微量元素（0.1%以下，0.1 mg/kg） Fe、Mn、Zn、Cu、Mo、B、Cl3）次量元素或中量元素 Ca、Mg、S,2.3 必需營養(yǎng)元素的來源,C和O來自于CO2H和O來自于H2O 其它幾乎全部來自土壤，豆科作物固氮，植物葉片吸收一部分氣態(tài)養(yǎng)分（SO2）。

5、 土壤不僅僅是植物生長的介質(zhì)，而且也是植物所需礦質(zhì)養(yǎng)分的主要供給者。,2.4 必需營養(yǎng)元素的營養(yǎng)功能,1. 有機(jī)體的主要組分（C、H、O、N、S），新陳代謝。2. P、B，與植物體中的羥基化合物進(jìn)行脂化作用生成磷酸脂，硼酸脂。3. K、Mg、Mn、Cl，構(gòu)成細(xì)胞滲透壓，活化酶，酶與底物的橋鍵元素。4. Fe、Zn、Cu、Mo，通過原子價(jià)的變化傳遞電子。,2.5 有益營養(yǎng)元素,不是所有植物所必需，但卻是某些植物所必需，或

6、對某些植物的生長發(fā)育有益： Si是水稻的必需營養(yǎng)元素， Co是豆科植物固氮所必需的， Na是鹽土植物鹽生草所必需的， Na，Si，Co，Se是部分高等植物所必需的營養(yǎng)元素，Li、Ag、Sr、Cd、Al、Si、Ti、Pb、Cr、Se、F、Ni等12種元素列為有益元素或準(zhǔn)必需元素。,3 植物對養(yǎng)分的吸收,3.1 植物的根部營養(yǎng),根尖結(jié)構(gòu)初生結(jié)構(gòu)次生

7、結(jié)構(gòu),植物根系從營養(yǎng)環(huán)境中吸收養(yǎng)分的過程叫做植物的根部營養(yǎng)。,1）概念：植物的根部營養(yǎng),養(yǎng)分,,營養(yǎng),利用轉(zhuǎn)移運(yùn)輸吸收,,植物根系吸收的礦質(zhì)養(yǎng)分主要是離子態(tài)的，其中包括陽離子如NH 4+，K＋和陰離子 SO4-2, NO3-,2）植物根系吸收礦質(zhì)養(yǎng)分的形態(tài),根系是植物吸收養(yǎng)分和水分的重要器官，根系吸收養(yǎng)分的活躍部位主要在根尖幼嫩部分的某一特定區(qū)域，而并非整個(gè)根系。,3）根系吸收礦質(zhì)養(yǎng)分的部位,4 ）養(yǎng)分位置與有效性,土壤中有

8、效養(yǎng)分只有達(dá)到根系表面才能為植物吸收，成為實(shí)際有效養(yǎng)分。對于整個(gè)土體來說，植物根系僅占據(jù)極少部分空間，平均根系土壤容積百分?jǐn)?shù)大約為3%。因而，養(yǎng)分的遷移對提高土壤養(yǎng)分的空間有效性是十分重要的。,,,,,,,,,,土壤有效養(yǎng)分示意圖,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1,2.空間有效養(yǎng)分,1.化學(xué)有效養(yǎng)分,,,,,5）了解三個(gè)過程,礦質(zhì)養(yǎng)分向根部遷移； 根系對養(yǎng)分的吸收；根部吸收的養(yǎng)分在

9、植物體內(nèi)的運(yùn)輸。,,3.2 養(yǎng)分向根表的遷移,1）土壤中養(yǎng)分到達(dá)根表的兩種機(jī)理其一是根對土壤養(yǎng)分的主動截獲；其二是在植物生長與代謝活動（如蒸騰、吸收等）的影響下，土壤養(yǎng)分向根表的遷移。有兩種方式：即質(zhì)流和擴(kuò)散。,（1、截獲 2、質(zhì)流 3、擴(kuò)散）,植物根獲取土壤養(yǎng)分的模式圖,截獲是指根直接從所接觸的土壤中獲取養(yǎng)分而不經(jīng)過運(yùn)輸。截獲所得的養(yǎng)分實(shí)際是根系所占據(jù)土壤容積中的養(yǎng)分，它主要決定于根系容積大小和土壤中有效養(yǎng)

10、分的濃度。,（1）截獲,植物的蒸騰作用和根系吸水造成根表土壤與土體之間出現(xiàn)明顯水勢差，土壤溶液中的養(yǎng)分隨水流向根表遷移。其特點(diǎn)是運(yùn)輸養(yǎng)分?jǐn)?shù)量多，養(yǎng)分遷移的距離長。養(yǎng)分通過質(zhì)流到達(dá)根部的數(shù)量取決于植物的蒸騰率和土壤溶液中該養(yǎng)分的濃度。,（2）質(zhì)流,（3）擴(kuò)散,當(dāng)根系截獲和質(zhì)流作用不能想植物提供足夠的養(yǎng)分時(shí)，根系不斷的吸收可使根表有效養(yǎng)分的濃度明顯降低，并在根表垂直方向上出現(xiàn)養(yǎng)分濃度梯度差，從而引起土壤養(yǎng)分順濃度梯度向根表運(yùn)輸。土壤養(yǎng)

11、分的擴(kuò)散作用具有速度慢距離短的特點(diǎn)。擴(kuò)散速率主要取決于擴(kuò)散系數(shù)。,三種方式在土壤中同時(shí)存在。在植物養(yǎng)分吸收總量中，通過根系截獲的數(shù)量很少。大多數(shù)情況下，質(zhì)流和擴(kuò)散是植物根系獲取養(yǎng)分的主要途徑。對于不同各種營養(yǎng)元素來說，不同供應(yīng)方式的貢獻(xiàn)是各不相同的。 鈣、鎂和氮（NO3-）主要靠質(zhì)流供應(yīng)，而H2PO4-、K+、NH4+等擴(kuò)散是主要的遷移方式。在相同蒸騰條件下，土壤溶液中濃度高的元素，質(zhì)流供應(yīng)的量就大。,不同遷移方式對小麥

12、根系養(yǎng)分的相對貢獻(xiàn)*,*根據(jù)Baeber（1974）估計(jì)，根容積等于土壤容積的1%,2）影響?zhàn)B分移動的因素,養(yǎng)分向根表的遷移受到根系吸收和土壤供應(yīng)兩方面的影響。許多土壤因素（主要有土壤質(zhì)地、含水量和溫度）可調(diào)節(jié)由擴(kuò)散和質(zhì)流造成的離子向根表面的輸送。,質(zhì)地越細(xì)，水分運(yùn)動及隨之而來的離子擴(kuò)散越慢，而且粘土比砂土中通過土壤水分的擴(kuò)散更容易使離子被吸附位點(diǎn)所吸附。,低溫將從擴(kuò)散和質(zhì)流兩方面減緩離子運(yùn)輸。擴(kuò)散率與溫度平方成正比。因在低溫時(shí)比在溫

13、暖條件下植物蒸騰需水大大減少，所以質(zhì)流引起的養(yǎng)分離子運(yùn)動在低溫時(shí)會降低。另外，土溫低時(shí)，土表蒸發(fā)水流中的離子運(yùn)移也減少。,（1）土壤質(zhì)地,（2）土壤溫度,（3）土壤濕度增加土壤濕度，可使土壤表面水膜加厚，一方面能增加根表與土粒間的接觸吸收；另一方面又可減少養(yǎng)分?jǐn)U散的曲徑，從而提高養(yǎng)分?jǐn)U散速率。,（4）施肥,施肥可增加土壤溶液中養(yǎng)分的濃度，直接增加質(zhì)流和截獲的供應(yīng)量。同時(shí)，施肥加大了土體與根表間的養(yǎng)分濃度差，也增加了養(yǎng)分?jǐn)U散遷移量。,吸

14、附與固定使磷、鉀、鋅、錳 鐵等營養(yǎng)元素的移動性變小。向土壤直接供應(yīng)有機(jī)螯合態(tài)肥料，或者施用有機(jī)肥，可減少養(yǎng)分的吸附和固定。,（5）養(yǎng)分的吸附與固定,3.3 植物根系對養(yǎng)分的吸收,主動吸收和被動吸收,被動吸收（非代謝吸收）：溶質(zhì)分子或離子無選擇性地順著濃度差梯度或電化學(xué)勢梯度進(jìn)入細(xì)胞的過程。三個(gè)特點(diǎn)：不需要消耗代謝能量沒有選擇性順著濃度梯度或電化學(xué)勢梯度吸收方式：主要有離子交換和離子擴(kuò)散,1）根系對養(yǎng)分的被動吸收,指溶質(zhì)分子或

15、離子有選擇性地逆濃差梯度或電化學(xué)梯度而進(jìn)入細(xì)胞膜內(nèi)的過程。 主動吸收的特點(diǎn)：需要消耗代謝能；吸收的離子具有選擇性；根系逆濃度梯度吸收養(yǎng)分。,2）根系對養(yǎng)分的主動吸收,光照、溫度、水分、土壤反應(yīng)、養(yǎng)分濃度、離子間的相互作用等。,3.4 影響?zhàn)B分吸收的因素,拮抗作用　在溶液中某一離子的存在抑制另一離子吸收的現(xiàn)象。協(xié)同作用　在溶液中某一離子的存在有利于根系對另一些離子的吸收。主要表現(xiàn)在陰離子與陽離子之間。,1）離子間的相互作用,

16、NB,NKB,NPKB,硼對鉀肥效果的影響（Hubei，1992）,拮抗作用,鐵、鋅、錳、銅離子易被土壤固定，也容易與磷發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成不溶性沉淀物，而且它們之間也有拮抗作用。如果存在拮抗，要想辦法消除這些拮抗，從而使每一種元素都能發(fā)揮其最大的作用。,1）養(yǎng)分運(yùn)輸方向 橫向運(yùn)輸　指養(yǎng)分由根表皮經(jīng)皮層、內(nèi)皮層到中柱層（導(dǎo)管）的運(yùn)輸過程。質(zhì)外體和共質(zhì)體是根部橫向運(yùn)輸水分和養(yǎng)分的重要通道?？v向運(yùn)輸　指離子在木質(zhì)部或韌皮部內(nèi)從根向地上部分

17、或從地上部分向根系的運(yùn)輸?？v向運(yùn)輸也稱為長距離運(yùn)輸。,3.5 養(yǎng)分在植物體內(nèi)的運(yùn)輸,,木質(zhì)部與韌皮部養(yǎng)分運(yùn)輸與轉(zhuǎn)移示意圖,,,,,,,,,,,,P,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,T,,X,,,,,韌皮部,,韌皮部,(P),,轉(zhuǎn)移細(xì)胞,(T),,,木質(zhì)部（,X,）,2）養(yǎng)分的重新分配,根系所吸收的養(yǎng)分在植物體內(nèi)的分布是不均衡的。植物體內(nèi)的養(yǎng)分可以重新分配，稱養(yǎng)分的再分配。,礦質(zhì)元素重新分配的難易程度,再利用程度強(qiáng)的元素　指通過

18、韌皮部而運(yùn)轉(zhuǎn)的離子，元素可由老葉向新葉轉(zhuǎn)移，缺素癥由老葉開始。N P K Mg Cl再利用程度較差的元素　其缺素癥，首先出現(xiàn)在幼葉上。 S Zn Cu Mn Fe Mo難于再利用的元素　主要在木質(zhì)部由下往上隨蒸騰液流而運(yùn)輸，出現(xiàn)在頂葉和新葉。Ca B,缺氮,缺鉀,缺磷,缺硫,缺鋅,缺鐵,缺鈣,缺硼,DEFICIENCY SYMPTOMS,Because nitrogen, phosphorus, potassiu

19、m, magnesium, and molybdenum are mobile in the plant, deficiencies of these elements are expressed on older, rather than more recent growth. This is due to the movement of the elements from more mature growth to newer,

20、juvenile tissue when these elements are in short supply,DEFICIENCY SYMPTOMS,Because sulfur (S), calcium (Ca), iron (Fe), manganese (Mn), boron (B), copper (Cu), and zinc (Zn) are immobile in the plant, deficiencies of th

21、ese elements are usually first expressed on juvenile growth.,3.6 植物的葉部營養(yǎng),植物可通過葉部吸收養(yǎng)分。植物通過葉部吸收養(yǎng)分進(jìn)行營養(yǎng)稱為葉部營養(yǎng)或根外營養(yǎng)。葉部營養(yǎng)是補(bǔ)充根部營養(yǎng)不足的一種手段。,1）植物的葉部營養(yǎng),葉部對有機(jī)及無機(jī)態(tài)養(yǎng)分的吸收葉部吸收養(yǎng)分的機(jī)理與根部類似葉部對CO2的吸收　通過光合作用可固定CO2，通過呼吸作用放出CO2,2）葉部對養(yǎng)分的吸收,防

22、止養(yǎng)分在土壤中的固定葉部營養(yǎng)能及時(shí)滿足植物對養(yǎng)分的需要葉部營養(yǎng)能直接促進(jìn)植物內(nèi)的代謝作用葉部營養(yǎng)應(yīng)用上也有一定的局限性。對大量元素靠葉部營養(yǎng)來供應(yīng)顯然是不夠的。根外養(yǎng)只能作為根部營養(yǎng)的補(bǔ)充。,3）葉部營養(yǎng)的特點(diǎn),溶液的組成：鉀被葉片吸收速率依次KCl>KNO3>K2HPO4，而氮被葉片吸收的速率則為尿素＞硝酸鹽＞銨鹽。溶液的濃度及反應(yīng)溶液濕潤葉片的時(shí)間葉片的類型養(yǎng)分在葉內(nèi)的移動性,4）影響葉部吸收養(yǎng)分的因素,