植物营养学绪论

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1、植 物 营 养 学,PLANT NUTRITION,选用教材 黄建国主编 植物营养学 中国林业出版社 陆景陵主编 植物营养学（上）中国农业大学出版社 胡霭堂主编 植物营养学（下）中国农业大学出版社 参 考 书 1、严小龙主编，高级植物营养学, 科学出版社 2、吴平主编，植物营养分子生理学，科学出版社 3、印莉萍等主编，植物营养分子生物学及信号转导，科学出版社 4、buchanan, B B. Biochemistry & Molecular Biology of Plants，科学出版社 5、John L. Havlin, Soil fertility and fertilizers, 高等教

2、育出版社 参考期刊 Journal of Plant Nutrition，Plant and Soil， Journal of Plant Nutrition and Soil Science,授课大纲： 绪论 第一章 植物营养与施肥原理 第二章 植物氮素营养与氮肥 第三章 植物的磷素营养与磷肥 第四章 植物的钾素营养与钾肥 第五章 植物的钙、镁、硫营养与钙、镁、硫肥,第六章 植物的微量元素营养与微量元素肥料 第七章 复混肥料 第八章 有机肥料 第九章 新型肥料与施肥新技术 第十章 合理施肥,绪 论,主要内容 基本要求 植物营养学的基本概念 掌握基本概念 植物营养学的发展概况 掌握李比希的三个

3、学说 植物营养学的范畴及研究方法 了解,植物营养学,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。,二氧化碳,矿质养分,第一节 植物营养学与农业生产,植物营养学主要任务,理论上：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；体内营养物质运输、分配和能量转化规律； 生产上：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，达到明显提高作物产量和改善产品品质的目的。,农业生产,植物营养学与农业生产,吃饭问题,畜牧业、养殖业,工业生产（糖、

4、酒原料）,very important!,主要目的 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。,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。,肥料,Fertilizers (N+P2O5+K2O,Mt),Chemical fertilizer Consumption in China from 1902 to 2000,Year,0,5,10,15,20,25,30,35,40,45,1900,1910,1920,1930,1940,1950,1960,1970,1980,1990,2000,Qin,(221-2

5、06BC),793,Song,(960-1279),780,1952,735,1980,1,890,Dynasty,year,Wheat yield, kg.ha-1,我国肥料施用量与粮食总产量的变化,粮、棉、油种植面积减少，瓜 菜果园面积增加。,世界化肥消费量的变化,年 份,发达国家化肥消费量的变化,消费量 t,年 份,发展中国家化肥消费量的变化,消费量 t,年 份,提高农作物产量,肥料在农业生产中的作用,(2) 改善农产品品质 氮提高谷类籽粒蛋白质和“必需氨基酸”的含量 磷改善糖料作物、淀粉作物、油料作物等的品质 钾“品质元素” (3) 改良土壤，提高土壤肥力（包括土壤结构、土壤养分含量和

6、比例、土壤反应、土壤生化特性等）,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”,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 1. 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(Van Helmont)1643年1648年，柳条试验,

7、5年 74.39 kg -56.7 g,1640 年 90.72 kg 2.27 kg,H2O,“水的营养学说”,Van Helmonts willow tree experiment,科学试验方法,1661和1680 波义尔 怀疑,1804 索秀尔 合理解释：C、H、O/灰分,3. 渥特沃(John Woodward)土和盐都有营养作用 4. 索秀尔（de Saussure) -灰分（some elements） 5. 格鲁伯(J. R. Glauber)硝有营养作用 6. 泰伊尔(Von Thaer)19世纪初期， “腐殖质营养学说”,该学说认为： 土壤肥力决定于腐殖质的含量，因此腐殖质是

8、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。,Justus von Liebig 1803-1873,Giessens university (with more than 21,000 students) has a long and interesting history. It was founded 1607. The official name “Justus-Liebig-University“ stems from the famous German “Justus von Liebig“, who became prof

9、essor in Giessen at the age of 21 and who taught in the agricultural chemistry department for 28 years.,二、植物营养学的建立 和李比希(Liebig)的工作,1. 植物矿物质营养学说 1840年，英国有机化学年会化学在农业和生理学上的应用 要点 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，因此植物的原始养分只能是腐殖质。 意义 理论上，否定了当时流行的“腐殖质学说”，揭示了植物营养的本质；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

10、变有了坚实的基础； 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。,19世纪中、后期，磷肥和钾肥生产先后建立并得到发展； 20世纪初合成氨生产出现，氮肥生产迅速发展。 在农业产量的增加份额中，有4060归功于化肥的施用。,植物矿物质营养学说具有划时代意义,2. 养分归还学说 要点： 随着作物的每次收获，必然要从土壤中取走大量养分， 如果不正确地归还土壤的养分，地力就将逐渐下降， 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： 通过施用有机肥料， 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

11、展的正确之路。,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。,3. 最小养分律（1843年） 要点：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

12、的是土 壤中相对含量 最少的养分。,最小养分律示意图,最小养分随条件而变化的示意图,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。,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。,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),Justus von Liebig 1803-1873,功

13、绩,1、把矿质营养确定为一门科学； 2、教育家 鲁茨-英国洛桑试验站；磷肥工业 吉尔伯特-肥料试验系统,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2030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

14、高等植物必需营养元素的三条标准,英国洛桑试验站,鲁茨(Lawes),7. 植物必需微量元素的发现和确定：1860，19221938，1954 8. 霍格兰(Hoagland)和阿农(Arnon) 20世纪2030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： 深入理解了16种必需营养元素得营养生理作用； 明确了有益元素及其与有害元素间的差异； 加强了中量元素得研究； 认识了营养元素之间相互作用的重要性； 微量元素的功能研究进展迅速； 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： 海得尔(Hiltner)在1

15、904年提出根际概念； 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；,Dennis Hoagland Emanuel Epstein University of California,“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；我国的严小龙等编著了植物营养遗传学 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,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,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。,Plant Nutriology ?,Modern Discipline of Plant Nutrition,四、植物营养学面临的任务 1