植物营养的基础理论(精).ppt

1 第二章第二章 植物营养与施肥的植物营养与施肥的 基础理论基础理论 2 第1节 植物的营养成分 3 4 对于植物生长具有必需性、不可替代性和作用直接性的化学元素称为植物必需营养元素；其它元素则是非必需营养元素。非必需营养元素中一些特定的元素，对特定植物的生长发育有益，或为某些种类植物所必需，这些元素为有益元素。例：豆科作物-钴；藜科作物-钠；硅藻和水稻-硅 一、植物的组成和必需营养元素的概念一、植物的组成和必需营养元素的概念 5 确定必需营养元素的三条标准确定必需营养元素的三条标准 必要性必要性：缺少这种元素植物就不能完成其生命缺少这种元素植物就不能完成其生命周周 期期 不可替代性不可替代性：缺少这种元素后，植物会出现特缺少这种元素后，植物会出现特有有 的症状，而其它元素均不能代替其作用，的症状，而其它元素均不能代替其作用，只只 有补充这种元素后症状才会减轻或消失。有补充这种元素后症状才会减轻或消失。直接性直接性：这种元素是直接参与植物的新陈代谢，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，而不是改善环对植物起直接的营养作用，而不是改善环境境 的间接作用。的间接作用。6 目前 国内外公认的高等植物所必需的营养元素有16种。它们是碳、氢、氧、氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁、硼、锰、铜、锌、鉬、氯。Mn B Fe S N C O H Ca K P Cu Cl Zn Mg Mo 二、必需营养元素的种类和确定的年份二、必需营养元素的种类和确定的年份 7 分组原则：分组原则：根据植物体内含量的多少分为根据植物体内含量的多少分为大量营大量营养元素养元素和和微量营养元素微量营养元素。一般以占干物质重量的一般以占干物质重量的0.1%为界线为界线。大量营养元素含量占大量营养元素含量占 干物重的干物重的0.1%以上以上，包括包括C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S等等9种种;微量营养元素含量一般在微量营养元素含量一般在0.1%以以下下，包括包括 Fe、B、Mn、Cu、Zn、Mo、Cl等等7种种 来源：来源：碳和氧来自碳和氧来自空气空气中的二氧化碳中的二氧化碳 氢和氧来自氢和氧来自水水 其它的必需营养元素几乎全部是来自其它的必需营养元素几乎全部是来自土壤土壤。由此可见由此可见，土壤不仅是植物生长的介质土壤不仅是植物生长的介质，而且也而且也是植物是植物 所需矿质养分的主要供给者所需矿质养分的主要供给者。三、必需营养元素的分组和来源三、必需营养元素的分组和来源 8 正常生长植株的干物质中营养元素的平均含量正常生长植株的干物质中营养元素的平均含量 元素 符号 mol/克（干重）mg/kg%Mo 0.001 0.1 -Cu 0.1 0.6 -Zn 0.30 20 -Mn 1.0 50 -Fe 2.0 100 -B 2.0 20 -Cl 3.0 100 -S 3.0 -0.1 P 60 -0.2 Mg 80 -0.2 Ca 125 -0.5 K 250 -1.0 N 1000 -1.5 O 30000 -45 C 40000 -45 H 60000 -6 钼 铜 锌 锰 铁 硼 氯 硫 磷 镁 钙 钾 氮 氧 碳 氢 9 K.Mengel和E.A.Kirkby把植物必需营养元素分为四组：第一组：植物有机体的主要组分，包括C、H、O、N和S；第二组：P、B(Si)都以无机阴离子或酸分子的形态被植物吸收，并可与植物体中的羟基化合物进行酯化作用；第三组：K、(Na)、Ca、Mg、Mn、Cl，这些离子有的能构成细胞渗透压，有的活化酶，或成为酶和底物之间的桥接元素；第四组：Fe、Cu、Zn、Mo，这些元素的大多数可通过原子价的变化传递电子。四、必需营养元素的一般营养功能四、必需营养元素的一般营养功能 10 十六种营养元素同等重要，具有不可替代性；N、P、K素有“肥料三要素”之称；有益元素对某些植物种类所必需，或是对某些植物的生长发育有益。需要注意的问题需要注意的问题 11 第二节作物对养分的吸收第二节作物对养分的吸收 1 1、作物吸收养分的、作物吸收养分的器官器官 根系是植物吸收养分根系是植物吸收养分和水分的主要器官，和水分的主要器官，也是养分和水分在植也是养分和水分在植物体内运输的重要部物体内运输的重要部位，它在土壤中能固位，它在土壤中能固定植物，保证植物正定植物，保证植物正常受光和生长，并能常受光和生长，并能作为养分的储藏库。作为养分的储藏库。本章讨论根系吸收养本章讨论根系吸收养分的极力及其影响因分的极力及其影响因素。素。根际的概念根际的概念 12 2.1养分离子向根部的迁移 迁移的途径迁移的途径 截获截获 质流质流 扩散扩散 13 2.2根部对养分离子的吸收 吸收方式吸收方式 被动吸收被动吸收 主动吸收主动吸收 14 矿质养分跨膜进入根细胞的机理矿质养分跨膜进入根细胞的机理 1、离子的、离子的被动吸收被动吸收 被动吸收是离子顺电化学势梯度被动吸收是离子顺电化学势梯度进行的扩散运动，这一过程不需要能量，进行的扩散运动，这一过程不需要能量，也没有选择性。也没有选择性。15 2、离子的主动吸收离子的主动吸收 植物细胞逆浓度梯度（化学植物细胞逆浓度梯度（化学势或电化学势）、需能量的离子选势或电化学势）、需能量的离子选择性吸收过程。关于主动吸收有两择性吸收过程。关于主动吸收有两种假说：种假说：（1）载体学说载体学说 当离子跨膜运输时，离子首先当离子跨膜运输时，离子首先要结合在膜蛋白（即载体）上，着要结合在膜蛋白（即载体）上，着一结合过程与底物和酶结合的原理一结合过程与底物和酶结合的原理相同。相同。16 二、叶部营养二、叶部营养 叶部营养的基本特点 1、直接供给作物养分 2、对养分的吸收转化快 3、影响体内代谢 4、经济有效施用微肥的方式 17 第三节第三节 影响作物吸收养分的外界条件影响作物吸收养分的外界条件 影响养分吸收的因素主要包括介影响养分吸收的因素主要包括介质中的养分浓度质中的养分浓度、温度温度、光照强度光照强度、土壤水分土壤水分、通气状况通气状况、土壤值土壤值、养分养分离子的理化性质离子的理化性质、根的代谢活性根的代谢活性、苗苗龄龄、生育时期植物体内养分状况等生育时期植物体内养分状况等。18 光照可通过影响植物叶片光照可通过影响植物叶片的光合强度而对某些酶的的光合强度而对某些酶的活性活性、气孔的开闭和蒸腾气孔的开闭和蒸腾强度等产生间接影响强度等产生间接影响，最最终影响到根系对矿质养分终影响到根系对矿质养分的吸收的吸收。一、光照一、光照 19 二二、温度温度 一般一般638 C的范围内，根的范围内，根系对养分的吸收随温度升高而增系对养分的吸收随温度升高而增加。温度过高（超过加。温度过高（超过40 C）时，时，高温使体内酶钝化，从而减少了高温使体内酶钝化，从而减少了可结合养分离子载体的数量，同可结合养分离子载体的数量，同时高温使细胞膜透性增大，增加时高温使细胞膜透性增大，增加了矿质养分的被动溢泌。低温往了矿质养分的被动溢泌。低温往往是植物的代谢活性降低，从而往是植物的代谢活性降低，从而减少养分的吸收量。减少养分的吸收量。20 三、水分三、水分 水分状况是决定土壤中养分离子以扩散还水分状况是决定土壤中养分离子以扩散还是以质流方式迁移的重要因素，也是化肥是以质流方式迁移的重要因素，也是化肥溶解和有机肥料矿化的决定条件。水分状溶解和有机肥料矿化的决定条件。水分状况对植物生长，特别是对根系的生长有很况对植物生长，特别是对根系的生长有很大影响，从而间接影响到养分的吸收。大影响，从而间接影响到养分的吸收。21 四、养分浓度四、养分浓度 22 五、通气状况五、通气状况 土壤通气状况主要从三个方面影响植物土壤通气状况主要从三个方面影响植物对养分的吸收：一是根系的呼吸作用；对养分的吸收：一是根系的呼吸作用；二是有毒物质的产生；三是土壤养分的二是有毒物质的产生；三是土壤养分的形态和有效性。良好的通气环境，能使形态和有效性。良好的通气环境，能使根部供氧状况良好，并能使呼吸产生的根部供氧状况良好，并能使呼吸产生的CO2从根际散失。这一过程对根系正常从根际散失。这一过程对根系正常发育、根的有氧代谢以及离子的吸收都发育、根的有氧代谢以及离子的吸收都有十分重要的意义。有十分重要的意义。23 pH 改变了介质中改变了介质中H+和和OH-的比例。的比例。其对离子吸收的影响主要是通过根表其对离子吸收的影响主要是通过根表面，特别是细胞壁上的电荷变化及其面，特别是细胞壁上的电荷变化及其与与K+，Cu2+，Mg2+等阳离子的竞争等阳离子的竞争作用表现出来的。作用表现出来的。六、土壤反应（六、土壤反应（pH）24 七、养分之间的相互关系 相助作用相助作用 离子间的协助作用是指在溶液中某一离子的存离子间的协助作用是指在溶液中某一离子的存在有利于根系对另一些离子的吸收。这种作用在有利于根系对另一些离子的吸收。这种作用主要表现在阳离子和阴离子之间，以及阴离子主要表现在阳离子和阴离子之间，以及阴离子与阴离子之间。与阴离子之间。Ca2+对多种离子的吸收有协助作用，一般认对多种离子的吸收有协助作用，一般认为是由于它具有稳定质膜结构的特殊功能，有为是由于它具有稳定质膜结构的特殊功能，有助于质膜的选择性吸收。的这种协助作用也称助于质膜的选择性吸收。的这种协助作用也称“维茨效应”“维茨效应”。25 拮抗作用拮抗作用 离子间的拮抗作用是指在溶液中某一离子的存在能抑离子间的拮抗作用是指在溶液中某一离子的存在能抑制另一离子吸收的现象，主要表现在对离子的选择性制另一离子吸收的现象，主要表现在对离子的选择性吸收上。一般认为，化学性质近似的离子在质膜上占吸收上。一般认为，化学性质近似的离子在质膜上占有同一结合位点。阳离子中，有同一结合位点。阳离子中，K+，Rb+和和Cs+之间，之间，Ca2+，Sr2+和和Ba2+之间；在阴离子中之间；在阴离子中Cl-，Br-和和I-之之间，间，SO42-与与SeO42-之间，之间，H2PO4-与与SO42-之间，之间，H2PO4-与与Cl-之间，之间，NO3-与与Cl-之间，都有拮抗作用。之间，都有拮抗作用。此外还有竞争电荷的非竞争性拮抗作用。此外还有竞争电荷的非竞争性拮抗作用。26 第四节 作物的阶段营养 一般在植物生长初期一般在植物生长初期，养分吸收的数养分吸收的数量少量少，吸收强度低吸收强度低。随时间的推移随时间的推移，植物对营养物质的吸收逐渐增加植物对营养物质的吸收逐渐增加，往往往在性器官分化期达到吸收高峰往在性器官分化期达到吸收高峰。到到了成熟阶段了成熟阶段，对营养元素的吸收又逐对营养元素的吸收又逐渐减少渐减少。27 在植物整个生育期中，根据反应强弱和敏感性可以把植在植物整个生育期中，根据反应强弱和敏感性可以把植物对养分的反应分为营养临界期和最大效率期。物对养分的反应分为营养临界期和最大效率期。营养临界期营养临界期是指植物生长发育的某一时期是指植物生长发育的某一时期，对某对某种养分要求的绝对数量不多但很迫切种养分要求的绝对数量不多但很迫切，并且当并且当养分供应不足或元素间数量不平衡时将对植物养分供应不足或元素间数量不平衡时将对植物生长发育造成难以弥补的损失生长发育造成难以弥补的损失，这个时期就叫这个时期就叫植物营养的临界期植物营养的临界期。不同作物对不同营养元素不同作物对不同营养元素的临界期不同的临界期不同。大多数作物磷的营养临界期在大多数作物磷的营养临界期在幼苗期幼苗期。氮的营养临界期氮的营养临界期，小麦小麦、玉米为分蘖玉米为分蘖期和幼穗分化期期和幼穗分化期。水稻钾营养临界期分蘖期和水稻钾营养临界期分蘖期和幼穗形成期幼穗形成期。28 植物营养的最大效率期植物营养的最大效率期 在植物生长阶段中所吸收的某种养分能发在植物生长阶段中所吸收的某种养分能发挥起最大效能的时期挥起最大效能的时期，叫植物营养的最叫植物营养的最大效率期大效率期。这一时期这一时期，作物生长迅速作物生长迅速，吸收养分能力特别强吸收养分能力特别强，如能及时满足作如能及时满足作物对养分的需要物对养分的需