无土栽培的理论基础课件

第三章无土栽培的理论基础

Chapter3TheBasicPrinciplesofSoillessCulture无土栽培作物之所以能够取得高产优质，是因为它提供给作物生长的水分、养分、光照、温度、湿度等环境条件比作物千百年来生长的土壤环境要来得优越。了解作物在无土栽培条件下养分、水分和温度等对作物生长的影响是成功进行无土栽培的基础。

第一节植物的矿质营养学说与无土栽培

Section1TheTheoryofMineralNutritionandHydroponics植物究竟需要什么作为其营养？Question:Whatnutrientsarerequiredforplantgrowth??1563年Palissy认为植物灰分是植物的营养VanHelmont的柳条试验：得出水是植物营养的结论1840年德国李比希(Liebig)创立了植物的矿质营养学说Liebig,ascientistfromGermany,establishedthetheoryofmineralnutritionin1840.1858年Knop和Sachs用盐类制成的人工营养介质栽培植物成功，有力地证明了矿质营养学说的正确性。人们对植物营养的本质有了较为清晰的认识。

植物矿质营养学说的创立具有划时代的意义。

无土栽培技术在一百多年前是作为验证植物营养学说而被使用的，它充分证明了李比希矿质营养学说的正确性，充实和丰富了矿质营养学说的内容。可以说，没有无土栽培技术的应用，就难以证明矿质营养学说的正确性，其内涵也不可能得以充实和完善。

反过来，日趋完善的植物营养学说又进一步推动了无土栽培技术的发展，使得最初用于验证矿质营养学说正确性的无土栽培技术从实验室走向大规模商业化应用，并发展成为一种高产优质高效作物生产的先进农业生产技术。

可见，植物的矿质营养学说是无土栽培的理论基础。

第二节植物的根系及其功能

SectionIIPlantRootsandtheirFunctions

根系是植物吸收养分和水分主要的器官，它的生长状况与植物地上部的生长息息相关。

无土栽培的显著优越性之一就表现在植物的根际环境要比土壤的易于控制。

a.须根系 b.直根系fibrousrootsystemTaprootsystem

直根系和须根系示意图Thesketchmapoftaprootsystemandfibrousrootsystems

从根的横切面从外向根内观察，可分为表皮、(外)皮层、内皮层和中柱这4个部分

Epidermis,cortex(exodermis),endodermis,stale(centralcylinder)canbeobservedfromthesurfaceofaroottothecenter.c.大麦(Hordeumvulgare)种子根的横断面

ThecrosssectionofseedrootofHordeumvulgare

4、根系的代谢功能/metabolismfunction5、根系的贮藏功能/storagefunction

6、根系与其它微生物共生的功能/intergrowthfunctionwithothermicroorganisms

7、根系的繁殖功能/propagationfunction

三、根系对淹水的适应性

Theadaptabilityofrootstowaterflooding(inundation)水生植物：如海带，水葫芦，浮萍沼泽性植物或半沼泽性植物，如水稻旱生植物，如大部分蔬菜可按植物生长的生态环境及根系对淹水适应性的不同分为：第三节无土栽培的生理学基础

Section3Basicbiologyofsoillessculture

水分从介质植物环境的过程：

Theproceduresofwaterfrommediatoplantandtoenvironment:

1)由介质迁移到根系皮层组织，再运送到木质部导管；2)由根系木质部导管向地上部运输并分配到各器官中；3)由地上部器官(主要是叶片)以气态水的形式(水蒸汽)释放到空气中。

一、植物吸水的过程/Theprocedureofwaterabsorption根系的吸水机理：渗透作用和毛细管作用

Themechanismofwaterabsorption:osmosisandcapillarity渗透作用是指水分从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统迁移的现象。水势是指在一定的温度和压力条件下，1摩尔容积的水溶液与1摩尔容积的纯水之间的自由能的差值。纯水的自由能最大，水势也最高。

表示水势的单位为大气压(atm)或巴(Pa)。1巴=0.987大气压。二、蒸腾作用及其生理意义

Transpirationanditsphysiologicalsignificances

蒸腾作用是指水分由植物体的地上部以水蒸汽的形式扩散的过程称为。

Transpirationistheprocedurethatthewaterdiffusesaswatervaporfromshootintoair.(一)蒸腾作用与蒸腾系数/Transpirationandtranspirationcoefficient根系吸收的水量如果比蒸腾作用所消耗的水量来得少，则会出现茎叶萎蔫，如果萎蔫状态维持的时间不长，根系吸水速率可以赶得上蒸腾速率，则植株的细胞间的膨压可以得到恢复，萎蔫状态可以消除，这种萎蔫称为暂时萎蔫(temporarywilting)。

如果萎蔫状态维持的时间较长，即使介质中有充足的水分供应，而植物仍不能从萎蔫状态恢复的，这种萎蔫称为永久萎蔫(permanentwilting)。永久萎蔫会对植物正常生长产生很大的伤害，甚至导致植株死亡作物(C3植物)蒸腾系数作物(C3植物)蒸腾系数作物(C4植物)蒸腾系数水稻rice680西瓜Watermelon580玉米corn370小麦wheat540南瓜cushaw834高粱sorghum280棉花cotton570菜豆Commonbean700粟millet300向日葵sunflower600豌豆Pea788苋菜amaranth300苜蓿clever840马铃薯potato640马齿苋purslane280几种作物的蒸腾系数[耗水量(g)/干物重(g)]

(二)蒸腾作用的生理意义

Thephysiologicalsignificancesof

Transpiration首先是提供了一个水分从地下部到地上部上升的垂直拉力，保证了水分在植株中的运输，为各种生理代谢的正常进行提供了充足的水分。其次，通过茎叶的蒸腾作用而使得植物在夏季高温时植株体内及叶表面保持一定的温度，避免或减少高温的危害。第三，有利于植物根系对养分的吸收。

第四，利于植物生物合成的物质在体内的进一步分配。三、影响根系吸水的因素

1、植物的生长状况/Thestatusofplantgrowth2、温度/temperature在棚室气温较高或较低的情况下，如能够保证根际温度在适宜的范围内，大多数植物能正常生长，这是气温和根温的互补性。3、介质中溶液的浓度/concentrationofthesolutioninmedia由于介质中溶液浓度过高而产生的植物缺水现象称为生理失水。

4、根系病害/rootdiseases

5、根系的通气状况/aerationofroots’environment6、空气湿度/airhumidity四、表观吸收成分组成浓度

山崎肯哉认为，正常生长的植株对水分和养分的吸收是同步的，并以此提出了表观吸收成分组成浓度这一概念表观吸收成分组成浓度(n/w)是植物对各种养分的吸收量(n,mmol)和吸收消耗的水量(w,L)的比值，单位为mmol/L。它既可以是指植株对所有养分的吸收量和消耗的水量之比，也可以是指植株对某一种养分离子的吸收量和消耗的水量之比。几种作物整个生长期的表观吸收成分组成浓度

TheApparentabsorptionconstituteconcentrationinwholegrowthstageofsomeplants(n/w)

作物生长季节一株作物一生吸水量(L)每吸收1L水的同时系数各元素的量(n/w,mmol/L)NPKCaMg番茄12月~次年7月164.5070.6741.51.0黄瓜12月~次年7月173.36131.0063.52.0甜椒8月~次年6月165.8190.8361.50.75结球生菜9月~次年1月29.0360.541.00.5甜瓜3~6月65.45131.3363.51.5茄子3~10月119.08101.0071.51.00草莓11月~次年3月12.647.50.754.51.50.75第四节植物对矿质营养的吸收

Section4TheAbsorptionofmineralnutrients

一、植物的营养成分/Thenutrients

新鲜的植物含有75%~95%的水分和5%~25%的干物质Freshplantscontainsabout75%to95%ofwaterand5%to25%ofdrymatter.植物必需的营养元素有16种，即碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)、磷(P)、钾(K)、钙(Ca)、镁(Mg)、硫(S)、铁(Fe)、锰(Mn)、锌(Zn)、铜(Cu)、硼(B)、钼(Mo)、氯(Cl)Thereare16kindsoftheessentialnutrientelementsforplantgrowth,includingC,N,P,K,Ca,Mg,S,Fe,Mn,Zn,Cu,MoandCl.二、必需营养元素的标准

TheStandardsofEssentialelements①该元素是植物正常生长所不可缺少的，如果缺少了，植物就不能完成其生活史，也即营养元素的必要性；②该元素在植物体内的营养功能不能被其它元素所代替，即营养元素功能的专一性；③该元素必须是直接参与植物的代谢作用，即起直接作用的，而不是起其它的间接作用的，也即营养元素功能的直接性。

Arnon和Stout(1939)提出判定一种元素是否为高等植物必需的营养元素要符合以下的三个标准：三、矿质营养元素的生理功