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1、植物营养学 PLANTNUTRITION 第一章绪论 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范畴及研究方法了解植物营养学的发展概况掌握李比希的三个学说 基本概念 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 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 肥料 调节植物营养与培肥改土的一类物质 二 植物营养学的主要任务 1 阐明植物与外界环境间营养物质和能量的交换过程 2 阐明植物体内营养物质的运输 分配和转化规律 3 通过施肥手段 为植物创造良好的营养环境 4 通过改良植物营养性状 提高植物的营养效率和对营养胁迫的适应性 5
2、通过合理施肥 改善生态环境 6 提高作物产量和改善农产品品质 目的 提高作物产量 改善产品品质 减轻环境污染 土壤 植物 肥料的相互作用 植物 土壤和肥料三者之间相互影响 处在动态平衡之中植物 作物 是施肥对象土壤是施肥条件肥料是作物丰产的物质保证施肥原理与施肥技术是施肥指导 三 植物营养学与农业生产的关系 1 肥料在农业生产中的作用 增产 2 肥料在农业生产中的作用 改善品质 N 果实大小 色泽 蛋白质和氨基酸含量 P 促进果实和种子的成熟和含磷物质含量 K 品质元素 提高蔗糖 淀粉 脂肪 维生素和矿物质含量 改善果蔬色泽 风味 贮藏和加工性能 品质 钾对作物产量和品质的影响 钾充足 不但能
3、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 施肥与农产品品质和安全 1 商品品质 2 营养品质 3 卫生质量 植物体内硝酸盐含量的分级 我国蔬菜硝酸盐污染程度的卫生评价标准 沈明珠 1982 级别硝酸盐含量污染程度参考卫生性 mg kg 鲜重 1 432轻度允许生食2 785中度允许盐渍 熟食3 1440高度允许熟食4 3100严重不允许食用 蔬菜亚硝酸盐国际标准 NO2 4mg
4、 kg 3 植物营养与土壤培肥和生态环境安全 土壤污染水体污染大气污染 增加土壤养分 补充土壤有机质 改善土壤理化性状 调节土壤酸碱度 提高土壤生物和生化活性 减少污染 改善生态环境 Eutrophication Soilpollution 第二节植物营养学的范畴与研究方法一 研究范畴 1 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
5、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 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 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 reality Farmer simpression 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 生物圈中的转化和迁移规
6、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 18 花生 玉米间作可改善花生的缺铁失绿症 花生 玉米间作的田间景观 禾本科植物在缺铁条件下释放的麦根酸活化根际难溶性铁 提高了与其间作的双子叶植物的铁吸收量 有利于克服这些双子叶植物的缺铁黄化现象 揭示了我国传统间套作体系中不同物种间互惠互利的作用机制 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
7、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 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 土壤学 植物营养学PlantNutrition 生态学Ecology 植物营养学和相关学科的关系 土壤学Soilscience 养分转化 迁移和生物有效性 养分效率 逆境抗性 遗传改良 功能 吸收 代谢和利用 生物地球化学Biogeochemistry 植物生理学PlantPhysiol
8、ogy 生物化学Biochemistry 遗传学Genetics 分子生物学Molecularbiology 食品科学Foodscience 环境学Environmentalsciences 总结 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 二 植物营养学的主要研究方法 一 调查研究
9、 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 一 传统研究方法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 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
10、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 30um隔网 Ca2 P Ca8 P Ca10 P Fe P Al P 不同土壤 不同磷源 30 m m 间接标记直接标记 根际研究技术 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 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 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
11、短试验进程 解决其它试验方法难以深入的问题 二 现代研究方法 近十几年来 研究植物营养的方法和技术有了很大的发展 如示踪技术 X光衍射 电子探针 电镜观察以及各种精密仪器 如电超滤 EUF 仪 等离子发射光谱仪 ICP 色谱仪 流动分析仪等的问世 使植物营养研究工作的手段有了明显的提高和改善 这无疑能加速植物营养学学科向纵深发展 三 植物营养学的主要课程 本科生阶段 1 植物营养原理2 肥料基础理论3 肥料制造与加工 后续课程 4 土壤农化分析 后续课程 5 植物营养研究法 后续课程 6 作物施肥法 后续课程 第二节植物营养学的发展概况 一 植物营养学研究的早期探索 1840 中国古代在施肥方
12、面的实践和理论 公元前1世纪汉朝 礼记 月令 中已有 烧草取灰 或沤草作肥 的经验 西汉 汜胜之书 中有施用基肥 种肥和追肥的记载 区田法 为集中施用肥 水的丰产措施 公元265 316年 郭义恭 广志 有栽培绿肥肥田的记载 北魏末年 534年 贾思勰的 齐民要术 为我国现存的最古老的农业典籍 对肥料科学和知识有详细的记述 元朝王祯 公元1313年 农书 三十六卷 分为农桑通诀 百谷谱和农器图谱3部分 土壤肥料问题在农桑通诀中 明朝徐光启 著 农政全书 约70万字 是我国古代农业生产的百科全书 在土壤肥力和绿肥方面有较多的记载 清朝杨屾著 知本提纲 提出施肥应与耕 灌相结合 并提出施肥要注意
13、因时制宜 因地制宜 因物制宜 做到天尽其时 地尽其利 物尽其用 的思想 实际上就是我们现在通俗的 三看 施肥法 即看天 季节 气候 看地 土壤 看苗 作物 施肥法 这是施肥理论的重要进展 中国古代在植物营养和肥料方面有丰富的经验 这在世界农业史上是罕见的 但大多仅仅是经验的记述 未能在理论上加以概括和提高 也很少进行科学研究 又加上语言的原因 因而未能在世界范围内产生很大的影响 并发扬光大 国际上植物营养学的早期探索 尼古拉斯 Nicholas 1401 1446 是第一个从事植物营养研究的人 认为植物吸收养分与吸收水分的某些过程有关 200年后 海尔蒙特 vanHelmont 1577 16
14、44 于1643 1648年做了著名的柳条试验 认为柳条重量的增加来自水 虽然其结论是错误的 但他把肥料学的试验方法引入植物营养领域 Dr Jean baptisteVanHelmont 1577 1644 医生兼炼金术士 1648年 1643年 H2O 水的营养学说 VanHelmont swillowtreeexperiment 3 渥特沃 JohnWoodward 土和盐都有营养作用4 格鲁伯 J R Glauber 硝有营养作用5 泰伊尔 VonThaer 19世纪初期 腐殖质营养学说 该学说认为 土壤肥力决定于腐殖质的含量 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
15、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 JustusvonLiebig1803 1873 Giessen suniversity withmorethan21 000students hasalongandinterestinghistory Itwasfounded1607 Theofficialname Justus Liebig University stemsfromthefamousGerman JustusvonLiebig whobecameprofessorinGiessenattheageof21andwhotaughtintheagriculturalchem
16、istrydepartmentfor28years 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 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 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 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40 60 归功于化肥的施用 植物矿物质营养学说具有划时代的意义 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 一是通过施用有机肥料 二是通过施用无机肥料 二者
