植物营养学课件

植物营养学PLANTNUTRITION1植物营养学PLANTNUTRITION1选用课本：植物营养学（上、下册）参考书：

植物营养与肥料（浙农大） 农业化学（总论）（中国农大） 高级植物营养学（廖红、严小龙）

参考期刊：植物营养与肥料 土壤与肥料 磷肥与复肥

JournalofPlantNutrition PlantandSoil FertilizerResearch2选用课本：植物营养学（上、下册）2授课大纲第一章绪论第二章植物对营养物质的吸收第三章营养物质在植物体内的运输和分配第四章土壤养分生物有效性第五章矿质营养与植物生长、产量和品质的关系第六章植物对逆境土壤的适应性第七章植物营养性状的遗传学特性与改良3授课大纲3第八章植物的氮素营养与氮肥第九章植物的磷素营养与磷肥第十章植物的钾素营养与钾肥第十一章植物的钙、镁、硫、硅营养与 钙、镁、硫、硅肥第十二章植物的微量元素营养与微量元素肥料第十三章复混肥料第十四章有机肥料4第八章植物的氮素营养与氮肥4第一章 绪论主要内容

基本要求植物营养学与农业生产和环境的关系掌握基本概念植物营养学的发展概况 掌握李比希的三个学说植物营养学的范畴及研究方法

了解5第一章 绪论主要内容 第一节

植物营养学与农业生产和环境的关系一、基本概念1.植物营养：植物体从外界环境中吸取其生长发育所需的养分，用以维持其生命活动的过程。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。6第一节63.植物营养学(plantnutrition)

植物营养学是研究营养物质对植物的营养作用，研究植物对营养物质的吸收、运输、转化和利用的规律，以及植物与外界环境之间营养物质和能量交换的科学。营养物质 植物 环境

营养作用 营养物质和吸收运输转化利用 能量交换73.植物营养学(plantnutrition)营养物质

4.肥料(fertilizers)

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。

5.肥料学(Fertilization)

研究肥料性能及其积制、施用等理论和技术的科学。包括研究肥料对作物营养和土壤肥力的关系，各种肥料的成分、性质和用法，积肥、造肥、保肥、种植绿肥以及施肥的原则、施肥制度、各种作物的施肥方法等。84.肥料(fertilizers)81.提高农作物产量2.改善农产品品质

3.改良土壤，提高土壤肥力

4.发挥良种的增产潜力5.补偿耕地不足

二.植物营养与肥料在农业中的作用91.提高农作物产量二.植物营养与肥料在农业中的作用91.提高农作物产量

粮食的“粮食”----肥料尽管农业生产依赖于诸多的自然与社会条件；依赖于作物品种、水利、植物保护等多种农业技术的进步，但肥料的种类和数量是影响作物产量和品质的基本因素。联合国资料：50%西欧：40-65%美国单产增加的原因：50-60%是肥料中国52.35%（1978-1984），水稻40.8%，小麦56.6%，棉花48.6%，油菜64.4%黄土高原地区平均46.63%，最高达79.86%；小麦57.25%，玉米41.97%，水稻38.69%。（彭琳）使用化肥，不论在发达国家还是发展中国家都是最快、最有效、最重要的增产措施。101.提高农作物产量

粮食的“粮食”----肥料10表1中国古代粮食产量与肥料之关系（奚振邦，1998）11表1中国古代粮食产量与肥料之关系（奚振邦，1998）11表2我国化肥、谷物产量与人均粮食量12表2我国化肥、谷物产量与人均粮食量12表3我国氮、磷、钾化肥的增产效果（1981-1983）（林葆，1998）13表3我国氮、磷、钾化肥的增产效果（1981-1983）（450004000035000300002500020000150001000050001000144500014张福锁（2004）15张福锁（2004）152.改善农产品品质（外在、内在、卫生）162.改善农产品品质（外在、内在、卫生）161717181819192020钾对作物产量和品质的影响

钾充足，不但能使作物产量增加，而且可以改善作物品质，如：1.油料作物的含油量增加2.纤维作物的纤维长度和强度改善3.淀粉作物的淀粉含量增加4.糖料作物的含糖量增加5.果树的含糖量、维C和糖酸比提高，果实风味增加6.橡胶单株干胶产量增加，乳胶早凝率降低钾－－通常被称为“品质元素”21钾对作物产量和品质的影响

钾充足，不但能使作物产量增加，而且3.改良土壤，提高土壤肥力培肥土壤，说到底就是提高土壤在无肥条件下的生产力。而连续系统的施用肥料，则是提高地力，即无肥条件下的生产力的有效方式。每次投入农田的化肥，除了作物吸收利用和其它损失外，有相当数量的养分残留于土壤中(N约为30%，P约70%，K约为40%)。使得土壤有效养分增加，土壤肥力提高。223.改良土壤，提高土壤肥力培肥土壤，说到底就是提高土壤在无肥4、发挥良种的增产潜力

高产品种是对肥料高效应品种，也就是能吸收利用更多养分，并将其转化为产量的品种。如现代良种的需肥量和吸肥量大于地方传统品种。如杂交水稻、杂交玉米的施肥量大于常规品种。杂交晚稻较常规晚稻多吸收氮21-54千克/公顷，P2O51.5-15千克/公顷，K2O19.5-67.5千克/公顷。234、发挥良种的增产潜力

高产品种是对肥表4良种和地方种小麦对养分吸收的差异24表4良种和地方种小麦对养分吸收的差异245、补偿耕地不足

增加施肥量能提高作物产量，可以在较小面积的耕地上收获较多的农产品。因此，对农业增加化肥施用量，实质上与扩大耕地面积的效果相似。在人多地少的国家无一不是借助增加投肥量来谋求提高作物单产，弥补其耕地的不足。255、补偿耕地不足增加施肥量能提高作物表5几个国家的化肥投入与谷物产量的比较（国际粮农组织年鉴，1990）26表5几个国家的化肥投入与谷物产量的比较（国际粮农组织年鉴，三.植物营养与肥料和环境的关系积极意义。。。。。。然而大量研究结果与生产实践却已证实，肥料使用或处理不当，会污染生态环境，导致人体健康受到威胁。27三.植物营养与肥料和环境的关系积极意义。。。。。。27氮素肥料可能引起的环境污染

氨的挥发和反消化脱氮对大气环境的污染；氮素的淋失对地表水和地下水环境的污染；氮素引起的农产品、尤其是食品中硝酸盐的富集。磷素肥料可能引起的环境污染

磷素随地表径流造成地下水的富营养化；磷素生产过程中引起的大气氟污染；施用时可能带来重金属镉的污染，放射性核素污染。28氮素肥料可能引起的环境污染28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?……29植物靠什么生长?29？化肥、有机肥土壤根际作物优化生产投入养分产量品质环境30？化肥、有机肥土壤根际作物优化生产投入养分产量30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。

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。31主要任务31第二节植物营养学的发展概况一、植物营养研究的早期探索尼古拉斯(Nicholas)15世纪，首位从事植物营养研究的人(植物吸收养分与吸收水分的过程有关)2.海尔蒙特(VanHelmont)1643年－1648年，

柳条试验32第二节一、植物营养研究的早期探索321648年74.4kg1643年2.3kgH2O“水的营养学说”VanHelmont’swillowtreeexperiment331648年74.4kg1643年2.3kgH2O“水的3.渥特沃(JohnWoodward)－－

土和盐都有营养作用，水培实验JohnWoodward’sMintExperiment(1699)500400300200100RainwaterDitchwaterSoilwaterOriginalplantweight Finalplantweight (after56days)343.渥特沃(JohnWoodward)－－

RainwaterSoilwater35RainwaterSoilwater354.格鲁伯(J.R.Glauber)－－硝有营养作用5.波义尔（RobertBoyle）－－碳素营养学说6.泰伊尔(VonThaer)－－19世纪初期“腐殖质营养学说”该学说认为： 土壤肥力取决于腐殖质的含量，因此腐殖质是土壤中植物养分的唯一来源，矿物质不过起间接作用，以加速腐殖质的转化和溶解，使之成为易被植物吸收的物质。36该学说认为：36VonThaer腐殖质学说AlbrechtThaerwurde1752inCelle(Niedersachsen)geboren.ErstudierteinGöttingenMedizinundließsichdanninseinerHeimatalsArztnieder,woersehrerfolgreichpraktizierteundbaldzumköniglichenLeibarztundStadtphysikusernanntwurde.37VonThaerAlbrechtThaerwurde二、植物营养学的建立

和李比希(Liebig)的工作38二、植物营养学的建立 和李比希(Liebig)的工作3

Giessen'suniversity(withmorethan21,000students)hasalongandinterestinghistory.Itwasfounded1607.Theofficialname"Justus-Liebig-University"stemsfromthefamousGerman"JustusvonLiebig",whobecameprofessorinGiessenattheageof21andwhotaughtintheagriculturalchemistrydepartmentfor28years.JustusvonLiebig1803-187339Giessen'suniversity(wi1.植物矿物质营养学说（1840年，《化学在农业和生理学上的应用》）要点：土壤中矿物质是一切绿色植物唯一的养料，厩肥及其它有机肥料对于植物生长所起的作用，并不是由于其中所含的有机质，而是由于这些有机质在分解时所形成的矿物质。意义：①理论上，否定了当时流行的“腐殖质学说”，说明了植物营养的本质；是植物营养学新旧时代的分界线和转折点，使维持土壤肥力的手段从施用有机肥料向施用无机肥料转变有了坚实的基础；

②实践上促进了化肥工业的创立和发展；推动了农业生产的发展。401.植物矿物质营养学说40李比希的矿质营养学说不仅为植物营养学研究奠定了基础，也为农业化学和化肥工业的建立和发展提供了理论依据。1842年英国的鲁茨取得了过磷酸钙的制造专利1855年德国开采钾盐矿，1860年广泛施用1903年挪威为电弧法生产硝酸盐1913年德国发明家哈卜发明了合成氨技术，达到促进了氮肥工业的发展二次世界大战后，化肥工业急剧发展，为世界粮食生产作出了巨大贡献。植物矿物质营养学说具有划时代的意义。化肥工业的建立和发展41李比希的矿质营养学说不仅为植物营养学研究奠定了基础，也为农业2.养分归还学说要点：①随着作物的每次收获，必然要从土壤中取走大量养分，②如果不正确地归还土壤的养分，地力就将逐渐下降，③要想恢复地力就必须归还从土壤中取走的全部养分。意义：对恢复和维持土壤肥力有积极作用养分归还方式：一是通过施用有机肥料，二是通过施用无机肥料。二者各有优缺点，若能配合施用则可取长补短，增进肥效，是农业可持续发展的正确之路。422.养分归还学说42

在未来农业发展过程中，养分归还的主要方式是“合理施用化肥”，而不是“只需施用有机肥料”。

(Why?)

因为，施用化肥是提高作物单产和扩大物质循环的保证，目前，农作物所需氮素的70％是靠化肥提供的，因而合理施用化肥是现代农业的重要标志。我国几千年传统农业的特点就是有机农业，其特征是作物单产低，因此不符合人口增长的需求。考虑到有机肥料所含养分全面兼有培肥改土的独特功效，充分利用当地一切有机肥源，不仅是农业可持续发展的需要，而且也是减少污染和提高环境质量的需要。43 在未来农业发展过程中，养分归还的主要方式是“合理施用化肥”444445453.最小养分律（1843年）要点：①作物产量的高低受土壤中相对含量最低的养分所制约。也就是说，决定作物产量的是土壤中相对含量最少的养分。最小养分律示意图463.最小养分律（1843年）最小养分律示意图46最小养分随条件而变化的示意图②而最小养分会随条件变化而变化，如果增施不含最小养分的肥料，不但难以增产，还会降低施肥的效益。意义：指出作物产量与养分供应上的矛盾，表明施肥要有针对性，应合理施肥。47最小养分随条件而变化的示意图②而最小养分会意义：指出作物产量李比希观点认识的不足与局限性

尚未认识到养分之间的相互关系；对豆科作物在提高土壤肥力方面的作用认识不足；

过于强调矿质养分作用，对腐殖质作用认识不够。48李比希观点认识的不足与局限性尚未认识到养分之间的相互关系李比希是植物营养学科杰出的奠基人！杰出学者，光辉著作 －－纪念农业化学奠基者 尤·李比希逝世110周年

(金善宝，1983)JustusvonLiebig1803-187349李比希是植物营养学科杰出学者，光辉著作Justusvon三、植物营养学的发展1.布森高(Boussingault)－－1834年，开创了田间试验2.鲁茨(Lawes)－－1843年创立英国洛桑试验站3.萨克斯(Sachs)和克诺普(Knop)－－1860年和1861年，水培试验研究的先躯4.普良尼施尼柯夫－－20世纪初，主张把植物－土壤－肥料联系起来研究，提出“肥肥土，土肥苗”的观点，形成了“生理学路线的农业化学派”5.罗宗洛－－20世纪20～30年代，在氮素营养及微量元素方面做了大量工作6.阿农(Arnon)和斯道特(Stout)－－1939年，提出高等植物必需营养元素的三条标准50三、植物营养学的发展507.植物必需微量元素的发现和确定：1860，1922～1938，1954

8.霍格兰(Hoagland)和阿农(Arnon)－－20世纪20～30年代，研究营养液中营养元素的比例和浓度，发表了许多标准的营养液配方，沿用至今。9.元素功能等方面研究：

①深入理解了16种必需营养元素得营养生理作用； ②明确了有益元素及其与有害元素间的差异； ③加强了中量元素得研究； ④认识了营养元素之间相互作用的重要性； ⑤微量元素的功能研究进展迅速； ⑥完善了养分跨膜运输理论，更新了许多传统概念10.根系研究工作进展迅速：

①海得尔(Hiltner)在1904年提出根际得概念； ②德国马斯纳(H.Marschner)自20世纪80年代以来，系统地开展了植物根际营养的研究； 517.植物必需微量元素的发现和确定：1860，1922～19DennisHoaglandEmanuelEpstein

UniversityofCalifornia

新交叉学科形成：“植物营养遗传学”和“植物营养生态学”

都是21世纪人类重要的研究课题11.创立“植物营养遗传学”：美国的爱泼斯坦(E.Epstien)在《植物的矿质营养》(1972年)一书中详细叙述了植物营养遗传性状。12.提出“植物营养生态学”：研究植物－土壤及其环境的相互关系；Rorison在《植物矿质营养的生态问题》(1969)一书总结了当时植物营养生态的研究成果；近年来环境保护更成为研究的热点52DennisHoaglandEmanuelEpst古典时期（19世纪）新古典发展时期（20世纪前半叶）现代植物营养发展时期（20世纪50年代以后）

100多年来，植物营养学从零散的经验和现象描述到揭示机理，最后建立完整的学科体系，经历了——53古典时期（19世纪）新古典发（20世纪现代植物营养（20世纪

在现代植物营养发展时期，植物营养学科逐渐与其它学科相互滲透，形成许多新的研究领域并获得大量成果。经过长期积累并不断充实，植物营养学已逐渐发展为一门体系更为完整，内容更加丰富，并具有现代科技特点的一门学科。54在现代植物营养发展时期，植物营养学科逐渐与其它学科相互TraditionalUnderstandingonPlantNutritionAgronomyPlantNutrition

PlantPhysiologySoilScienceCropPlant

SoilFertilizer55TraditionalUnderstandingonPSoilSciencePlantNutriology?

PlantPhysiol.MolecularBiologyAgronomyGeneticsMolecularGeneticsEnviron.EcologyModernDisciplineofPlantNutritionMedicalScience56SoilSciencePlantNutriologyPl四、植物营养学面临的任务1.利用生物技术，改良植物对营养元素的吸收利用效率，从而在少施甚至不施化肥的情况下植物仍然能正常生长并获得高产。盐害2.利用生物技术，改良植物本身的营养特性以适应“问题土壤”，提高“问题土壤”的生产力。57四、植物营养学面临的任务盐害2.利用生物技术，改良植物第三节植物营养学的 范畴及研究方法一、植物营养学的范畴1.植物营养生理学2.植物根际营养 3.植物营养遗传学4.植物营养生态学5.植物的土壤营养6.肥料及现代施肥技术58第三节植物营养学的 范畴及研究方法581.植物营养生理学营养元素生理学：研究养分元素的营养生理功能与养分的再循环、再利用，养分的吸收、养分在植物体内的长距离与短距离运输、养分的分配等；产量生理学：研究主要农作物产量的形成、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；研究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；逆境生理学：研究植物在旱、涝、盐碱、高温、寒冷、病虫害、通气不良、营养不足或失调等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。591.植物营养生理学营养元素生理学：研究养分元素的营养生理功2.植物根际营养

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。602.植物根际营养603.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生化特征、生态变异和遗传控制机理，以便筛选和培育出高效营养基因型植物新品种。realityFarmer’simpression613.植物营养遗传学realityFarmer’simpr4.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，其中包括重金属和污染物在食物链中的富集、迁移规律和调控措施。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624.植物营养生态学不同生态系统地下“透视”热带雨林落叶阔叶土壤养分行为学：土壤中各种养分的形态、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以及土壤肥力水平与植物营养的关系；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。5.植物的土壤营养63土壤养分行为学：土壤中各种养分的形态、含量、吸附固定等转化和6.肥料学与现代施肥技术主要研究各类肥料的理化性状和农艺评价，在土壤中的行为，对植物的有效性；建立以有机、无机肥料合理分配为中心的轮作施肥制度以及建立电子计算机作物施肥决策与咨询系统，推行定量化配方施肥新技术。646.肥料学与现代施肥技术主要研究各类肥料的理化性状和农艺评6565一、植物营养学的范畴1.植物营养生理学 2.植物根际营养 3.植物营养遗传学 4.植物营养生态学5.植物的土壤营养 6.肥料及现代施肥技术

研究的最终目的：以植物营养特性为依据，在原有土壤肥力的基础上，通过施肥措施，为植物提供良好的营养环境，或通过生物技术，改良植物的营养特性，并在其它农业措施的配合下，达到高产、优质、高效的综合效果，并对环境质量和土壤培肥作出应有的贡献。66一、植物营养学的范畴66二、植物营养学的主要研究方法

(一)调查研究：查阅资料、调查座谈会、现场观察(二)试验研究1.生物田间试验法2.生物模拟法：

盆栽试验：土培法、砂培法和水培法 培养试验：分根培养、流动培养和灭菌培养3.化学分析法4.数理统计法5.核素技术法6.酶学诊断法7.分子生物学方法67二、植物营养学的主要研究方法1.生物田间试验法

在田间自然条件下进行，是植物营养学科中最基本的研究方法； 试验条件最接近农业生产要求，能较客观地反映生产实际，所得结果对生产有直接的指导意义；

田间自然条件有时很难控制，不适合进行单因素试验。此法应与其它方法结合起来运用。681.生物田间试验法 田间自然条件有时很难控制，不适合进行单到19世纪末，生物试验的常规方法已接近完善并发展为试验网。在我国1958年建立了全国肥料试验网。69到19世纪末，生物试验的常规方法已接近完善并发展为试验网。6肥料长期定位试验应用基础研究采用既”长期”又”定位”的独特研究方法解决土壤肥料上一些带有战略性的问题，具有短期常规试验无可比拟的优点长期使用化肥对地力和作物产量的影响；在作物高产条件下如何定量施肥与肥料配合；土壤肥力长期演变规律；施肥、土壤与作物间的循环定量关系；气象因子对作物产量的影响以及长期施用有机肥的贡献等。

70肥料长期定位试验应用基础研究70

世界上最早的肥料长期定位试验英国洛桑试验站从1843年开始布置土壤肥力与肥料效益长期定位试验,至今已持续160多年。71世界上最早的肥料长期定位试验英英国洛桑试验站鲁茨(Lawes)72英国洛桑试验站鲁茨(Lawes)72

我国持续时间最长的肥料长期定位试验是青岛农业大学（原莱阳农学院）从1978年在烟台莱阳潮土上由姚源喜教授开始的试验，目前我院刘树堂教授继续进行试验研究。

73我国持续时间最长的肥料长期定位试验是2.生物模拟试验法

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。742.生物模拟试验法 运用特殊装置，给予特殊条件便于调控水、低磷介质上菌根对植物利用磷的影响-AM+AMArbuscular

Mycorrhiza

菌根75低磷介质上菌根对植物利用磷的影响-AM7676Hydroponicculture77Hydroponicculture773.化学分析法研究植物、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，是进行植物营养诊断所不可少的方法。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。783.化学分析法研究植物、土壤和肥料体系内营养物质含量、形态4.数理统计法指导试验设计，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。794.数理统计法指导试验设计，检验试验数据； 计算机技术的应5.核素技术法（同位素示踪技术法）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。6.酶学诊断法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