植物营养学(课件).docx

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1、植物营养学(课件)第一节植物营养性状的基因型差异第二节植物养分效率差异的生理学和遗传学基础(Part1Part2)第三节植物营养遗传特性的改进途径第一节肥料的科学施用第二节肥料的科学管理(Part1Part2)第十一章植物对逆境土壤的适应性第一节酸性土壤(Part1Part2Part3Part4)第二节盐渍土(Part1Part2)第三节石灰性土壤(Part1Part2)第四节渍水和淹水土壤第一章绪论第一节植物营养学与农业生产绿色植物的显著特点是其根或叶能从周围环境中汲取营养物质，并利用这些物质建造本身的躯体或转化为维持其生命活动所需的能源。植物体从外界环境中汲取其生长发育所需的养分，并用以维

2、持其生命活动，即称为营养。植物体所需的化学元素称为营养元素。营养元素转变合成与分解为细胞物质或能源物质的经过称为新陈代谢。本质上，营养元素是代谢经过的主要介入者。这表明植物营养与新陈代谢经过是严密相关的。植物营养学是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营养物质和能量交换的科学。或者讲，植物营养学的主要任务是说明植物体与外界环境之间营养物质交换和能量交换的详细经过，以及体内营养养分物质运输、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，或通过改进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，进而到达明显提高作物产量

3、和改善产品品质的目的。我国是一个人口诸多的国家，粮食生产在农业生产的发展中占有重要位置。粮食生产不仅是为了解决吃饭问题，而且也要为副食品生产、畜牧业、养殖业以及工业生产糖、酒等提供原料。通常，增加粮食产量的途径是扩大耕地面积或提高单位面积产量。根据我国国情，继续扩大耕地面积的潜力已不大，固然我国尚有很多未开垦的土地，但大多存在投资多、难度大的问题。这就决定了我国粮食增产必须走提高单位面积产量的道路。新中国成立以来，十分是1957年以后，我国化肥工业有了突飞猛进的发展，由于化肥生产量和化肥进口数量的逐年增加，粮食总产量也随之迅速上升图1-1。近十几年来，由于我国种植构造的变化，粮、棉、油的种植面

4、积有所减少，而瓜、菜、果园的面积发展较快，进而出现粮食总产滞后于化肥用量增长的势头。众所周知，施肥不仅能提高土壤肥力，而且也是提高作物单位面积产量的重要措施。根据联合国粮农组织TAO)的估计，化肥在农作物增产的总份额中占40肠一60。FAO于1960-1977年在40个国家进行的10多万个化肥示范和试验的结果表明，最好的施肥处理平均增产67；用于化肥的投资，可获得该投资4.8倍的农产品产值。在我国，增施化肥同样也有良好的效果。例如，我国粮食与棉花产量的增长与化肥施用量的增加严密相关。中国农科院土肥所曾整理了30年间(1951-1980化肥总用量与粮食总产量之间相关关系的资料，计算其相关系数为0

5、.964；化肥每亩施用量与粮食每亩产量的相关系数为0.98，均到达极显著水平。30年中化肥总用量与棉花总产量的相关系数为。788；化肥每亩施用量与棉花每亩产量的相关系数为0.86，也都到达显著水平。目前全国各地粮食生产水平相差很大，北京市、上海市和江苏、浙江等省均属高产地区，如上海市和浙江省年平均每公顷产量均在11250kg以上，而全国仍有3300多万hm2耕地粮食产量仍在每公顷1500kg下面。这一方面充分讲明了提高单产有很大的潜力；另一方面也展示了改造低产田的战略意义。高产田的经历为低产变高产提供了有益的启示。生产实践表明，提高作物单产的重要措施之一是要创造一个良好的营养环境，保证及时知足

6、作物对养分的需求。多年的实践证实，获得作物高产和优质产品的关键，在很大程度上取决于养分的平衡供给。它必须以植物营养理论为指导，以各类植物的营养特性与不同土壤供肥状况为施肥的重要根据。只要在正确理论指导下的施肥才能明显地提高产量、改善品质、保护环境，并建立良好的生态系统，造福人类；反之，盲目施肥往往不仅不能增产，反而浪费资源，毁坏生态环境，给人类带来宏大的损失和危害。二节植物营养学的发展大概情况我国农业生产的历史悠久，在施用肥料促进植物生长方面积累了丰富的经历，但对植物营养科学理论的探索，最早是从西欧开场的。当时，科学家研究植物营养主要是围绕着植物生长发育究竟需要什么物质，所需的物质是矿物质养分

7、还是有机物质养分等间题进行的。一、植物营养研究的早期探索尼古拉斯(Nicholas,1401-1446)是第一个从事植物营养研究的人，他以为植物从土壤中吸收养分与吸收水分的某些经过有关。200年以后，海尔蒙特(VanHelmont,1577-1644)于1640年在布鲁塞尔进行了著名的柳条试验。他在一个装有20010(90.72kg)土的陶土盆中，插上一枝5磅(2.27kg)重的柳条，除浇雨水外不加任何东西，并在盆上盖有带气孔的马自铁板，以防止其他物质落人。5年后，柳条长成了1644(74.39kg)重的柳树，而土壤仅减少了2盎司即56.7g,1盎司一28.35g。由于他没有认识到柳树从大气中

8、摄取碳素以及从土壤中获得所必需的营养元素，所以他得出柳树增重是来自水而不是来自大气和土壤的错误结论。尽管他的结论并不正确，但他的重要功绩在于把科学的试验方法引人了植物营养研究的领域。1661和1680年，罗伯特波义尔RobertBoyle曾做过类似的试验，他根据植物体含有矿质灰分的事实，对植物仅从水中获得物质的见解表示怀疑。1804年，索秀尔(deSaussure)采用准确的定量方法测定了空气中的CO：含量以及在含不同数量CO：的空气中所培养的植物体内碳素含量以后，他证实植物体内的碳从来自大气中的CO：，是植物同化作用的结果；而植物的灰分则来自土壤；碳、氢、氧来自空气和水。至此，海尔蒙特柳条试

9、验的问题才算得到澄清。19世纪初期，欧洲特别流行德国学者泰伊尔VonThaer，1752-1828)的腐殖质营养学讲。他以为，土壤肥力取决于腐殖质的含量，腐殖质是土壤中唯一的植物营养物质；而矿物质只是起间接作用，即它可加速腐殖质的转化和溶解，使其变成易被植物吸收的物质这一学讲当时在欧洲曾风行一时，但也有不少学者持反对意见。法国的农业化学家布森高(Boussingault,1802-1887)是采用田间试验方法研究植物营养的创始人。1834年，他在本人的庄园里创立了世界上第一个农业试验站。他采用索秀尔的定量分析方法，研究碳素同化和氮素营养问题。他运用田间试验的技术，并首先把化学测定方法从实验室运

10、用到田间试验中，以揭示自然界的奥秘，提高人们对氮素营养的认识。他确认豆科作物可利用空气中的氮素，并能提高土壤的含氮量；谷类作物则不能利用空气中的氮素，只能吸收土壤中的氮素，并使之不断减少。他通过计算不同轮作中氮素循环的平衡账后指出，豆科作物在轮作中的作用。布森高对氮素营养的见解至今仍具有重要意义。此后，不少科学家曾用溶液培养方法研究过植物营养。例如，西尼比尔(Sene-bier，1791)发现植物死于不流动的水中，这是一个溶液培养试验的重要实践。索秀尔在1804年充实了这一见解，提出假设把栗树苗的根暴露在CO：而不是空气中，树苗几天内就会死去。后来萨克斯(Sachs)率先强调了溶液培养中根系适

11、当通气的重要性。伍德沃德Wood-ward)和索秀尔都是用溶液培养方法研究植物营养的先驱。二、植物营养学的建立和李比希的工作李比希(JustusvonLiebig,1803-1873是德国著名的化学家，国际公认的植物营养科学的奠基人。他于1840年在伦敦英国有机化学年会上发表了题为“化学在农业和生理学上的应用的著名论文，提出了植物矿质营养学讲，并否认了当时流行的腐殖质营养学讲。他指出，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，因而植物的原始养分只能是矿物质。这就是矿质营养学讲的主要论点。他还进一步提出了养分归还学讲，他指出：植物以不同的方式从土壤中吸收矿质养分，使土壤养分逐步

12、减少，连续种植会使土壤贫瘩，为了保持土奥肥力，就必须把植物带走的矿质养分和氮素以施肥的方式归还给土壤，否则由于不断地栽培植物，势必会引起土壤养分的损耗，而使土壤变得特别贫瘩，产量很低，甚至寸草不生，如通过施肥使之归还，就能维持土壤养分平衡。养分归还学讲对恢复和维持土壤肥力有积极意义。李比希提出的矿质营养学讲是植物营养学新旧时代的分界限和转折点，它使得植物营养学以崭新的相貌出如今农业科学的领域之中。李比希在1843年（化学在农业和生理学上的应用）一书的第3版中提出了“最小养分律。这一理论的中心意思是，作物产量受土壤中相对含量最少的养分所控制，作物产量的高低则随最小养分补充量的多少而变化。“最小养

13、分律指出了作物产量与养分供给上的矛盾，表明施肥应有针对性。150多年前，李比希提出的这一卓越见解，作为农业发展的基本理论，至今仍不失其光彩。李比希最初的功绩在于他编辑和总结了前人有关矿质元素对植物生长重要性方面的零散报道，并把植物矿质营养确定为一门科学。1843年以后，李比希与他的学生们陆续进行了化肥研制、田间试验等大量工作，为广泛施用化肥奠定了基础，进而促进了化肥工业的兴起。李比希是一位伟大的化学家，他把化学上的成果进行了高度的理论概括，成功地运用到农业、工业、政治、经济、哲学等各个领域，并十分重视解决农业生产实际中的问题。李比希还特别注意以通俗的笔调撰写“化学通信，以阐述化学和国民经济各部

14、门，如工业、农业、商业以及药物等方面的联络。李比希及其学讲对于农业的影响着重于使化学融合于当代的农学、园艺学、植物生理学、林学以及其他农业科学之中。总之，他的学讲在很多科学领域中产生了深远的影响。李比希不仅是一位科学家，而且也是一位推行新教学法的教育家。他一改当时只鼓励迫切求知的学生从书本中去学，而提倡学生应从实践中去学。他教会学生使用仪器，并和他们一起进行科学研究。他强调通过实践去观察，进而检验某些观念能否可靠，某些结果能否正确，并且进一步提出新的概念，此后再作进一步观察，获得新的发现。李比希的很多学生后来都成了著名的研究者导师。后人从李比希倡导的“通过研究来教育的独特风格中获得了极大的启发

15、和教益。值得提及的是，1842年英国洛桑农业试验站创始人鲁茨(Lawes)获得制造普通过磷酸钙的专利，第2年采用兽骨加硫酸制成过磷酸钙，以后逐步发展为磷肥工业。鲁茨和吉尔伯特(Gilbert)都是李比希的学生，他们在洛桑农业试验站创始的肥料试验系统研究工作一直延续至今。与此同时，法国发现钾盐矿，开场生产钾盐并用于农业。1904-1908年德国化学家哈伯(Haber)提出了合成氨工艺，此后于1913年在德国建立了世界上第一个合成氨工厂。至此，由于矿质营养学讲的建立，使得维持土壤肥力的手段从施用有机肥料向施用化学肥料转变有了坚实的基础。李比希的矿质营养学讲促进了化肥工业的发展，并推动传统农业向当代

16、农业发展，具有划时代的意义。李比希提出的“归还学讲和“最小养分律对合理施肥至今仍有深远的指导意义，只是他尚未认识到养分之间的互相联络，把养分的作用各自独立起来。此外，李比希过于强调了矿质养分的作用，而把腐殖质看成仅是在分解后放出CO2，误以为厩肥的作用只是供应灰分元素。他还错误地指责布森高关于豆科作物使土壤肥沃的正确观点。尽管如此，他仍不愧为植物营养学出色的奠基人。第三节植物营养学的范畴及其主要的研究方法一、植物营养学的范畴植物营养学的范畴大体包括下面几个方面：1.植物营养生理学主要研究：(1)营养生理学：即养分元素的生理功能与养分的再循环、再利用，养分的吸收，养分在体内的长距离和短距离运输，

17、养分的分配等；(2)产量生理学：即研究主要农作物产量的构成，养分的分配和调节经过，源库关系及其在产量构成经过中的作用；研究利用各种内外源激素或调节剂对产量构成经过的调控和机理；(3)逆境生理学：即研究植物在旱、涝、盐碱、高温、严寒、病虫害、通气不良、营养缺乏或失调等逆境条件下的生理变化及适应机理，通过营养调节挖掘植物抗逆性的遗传潜力。2.植物根际营养主要研究根土界面微域中养分、水分以及其他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、能量转化的机理及调控措施。3.植物营养遗传学主要研究不同植物种类及品种的矿质营养效率基因型差异的生理与分子机理及遗传规律，以便挑选和培育出高营养效率植物新品种。4.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、生物圈中的迁移、转化和循环规律；各