土壤学与植物营养学ppt课件.pptx

学以致用 服务三农 张成编著,土壤学与植物营养学,土壤基本知识,土壤学,1.1 土壤的概念土壤是发育于地球陆地表面能生长绿色植物的疏松多孔的结构表层。在这一概念中重点阐述了土壤的主要功能是生长绿色植物，具有生物多样性，所处的位置在地球陆地的表面层，它的物理性状是由矿物质、土壤有机质、水和空气组成的具有孔隙结构的介质。,可耕作的土壤,土壤学,1.2 土壤的物质组成 自然界土壤有矿物质、有机质（土壤固相）、土壤水分（土壤液相）和土壤空气（土壤气相）三相物质组成的，这决定了土壤具有疏松多孔的结构特性。土壤水含有可溶性有机物和无机物，又称为土壤溶液。土壤空气主要由氮气和氧气组成，并含有比大气中高很多的二氧化碳和某些微量气体。,土壤学,1.2 土壤的物质组成,土壤学,1.3 土壤矿物质 土壤中矿物质主要由岩石中矿物变化而来。土壤矿物部分的元素组成很复杂，但主要的约有20余种，包括氧、硅、铝、铁、钙、镁、钾、钠、磷、硫以及一些微量元素如锰、锌、铜、钼等。其中氧和硅是地壳中含量最多的两种元素，铁、铝次之，四者相加共占88.7%的重量。在地壳中，植物生长必须的营养元素含量很低，其中如磷、硫均不到0.1%，氮只有0.01%，而且分布很不平衡。由此可见，地壳中所含的营养元素远远满足不了植物和微生物的营养需要。,土壤学,1.4 土壤有机质 在土壤固相组成中，除了矿物质之外就是土壤有机质了。它是土壤肥力的重要物质基础。自然界中的土壤有机质主要来源于生长在土壤上的高等植物残体，其次是生长在土壤中的动物和微生物残体。土壤有机质的主要元素组成是C、O、H、N，其次是P和S。,土壤学,1.4.1 土壤有机质的作用提供植物所需要的营养成份。促进土壤团聚体的形成，改善土壤肥力特性。土壤微生物生命活动所需要的养分和能量的主 要来源。,土壤学,1.5 土壤生物,根瘤菌与豆科植物形成的共生体根瘤,土壤生物是土壤具有生命力的主要成分，在土壤形成和发育过程中起主导作用。也是评价土壤质量和健康状况的重要指标之一。土壤生物类型多种多样，有多细胞的后生动物，单细胞的原生动物，真核细胞的真菌和藻类，原核细胞的细菌、放线菌和蓝细菌及没有细胞结构的分子生物（如病毒）等。其中土壤微生物是土壤生物中最活跃的部分。它们参与土壤有机质的分解，腐殖质合成，养分转化和推动土壤的发育和形成。,土壤学,1.5.1 影响土壤微生物活性的环境因素一、温度温度是影响土壤微生物生长和代谢的最重要的环境因素。微生物生长需要一定的温度，温度超过最低或最高限度时，即停止生长或者死亡。土壤中绝大部分微生物的最适生长温度为2540。二、水分水是微生物细胞生命活动的基本条件之一。如果溶液中溶质的浓度过高(盐碱土壤)，渗透压过大，就会使微生物细胞脱水，造成生理干燥，引起质壁分离，细胞停止生命活动。,土壤学,1.5.1 影响土壤微生物活性的环境因素三、PH盐碱度（pH）对微生物生命活动有很大的影响。每种微生物都有其最适应的pH和一定的pH范围。一旦超出这个pH适应范围，则会造成土壤微生物的死亡。大多数土壤pH为49，就能维持各类微生物的生长发育。四、氧气通气状况的高低对微生物生长有一定的影响。好氧性微生物需要在有氧气的条件下生长，厌氧性微生物则必须在缺氧的条件下生长。兼厌氧性微生物适应的范围则比较广，在有氧和无氧的条件下都可以生存。,土壤学,1.6 土壤氮素形态及转化1.6.1 土壤氮素的形态 土壤中的氮分为无机态氮和有机态氮。有机态氮主要包括半分解有机质、微生物躯体和腐殖质。无机态氮主要指铵态氮和硝态氮。而其中可以为作物吸收的称为土壤有效氮（碱解氮），主要是包括铵态氮、硝态氮、氨基酸、酰胺和易水解的蛋白质的总和。土壤碱解氮最能反映土壤近期内氮素的供应情况，是土壤测氮的主要分析指标。,土壤学,1.6 土壤氮素形态及转化1.6.2 土壤氮素的转化氨的挥发土壤硝态氮淋洗损失或地表径流损失 反硝化作用 在嫌气条件下，硝酸盐在反硝化微生物的作用下被还原为氮气和氮的氧化物的过程。硝化作用 是指氨或铵盐，在通气良好的条件下，经过微生物氧化生成硝酸态氮的过程。 2NH4+3O22NO2-+2H2O+4H+ 2NO2-+O2 2NO3-有机氮的矿化 有机态氮在微生物的作用下，生成铵盐的过程。,土壤学,1.7 土壤磷素形态及转化1.7.1 土壤磷素的形态土壤中磷的形态主要分为无机磷和有机磷。土壤中的无机磷化合物种类繁多，多以正磷酸盐的形态存在，可分为矿物态、吸附态和水溶态。其中水溶性磷酸盐主要是一价磷酸根的盐类，其中HPO42-和H2PO4-各占一半，它们是植物最主要的磷源。因此，土壤溶液中磷的浓度常用来表征土壤的供磷能力。,土壤学,1.7 土壤磷素形态及转化1.7.2 土壤磷素的转化土壤中磷的转化，包括有机磷的分解和无机磷的生物固定和吸附。,土壤溶液磷,肥料磷,沉淀态磷,沉淀,溶解,有效态有机磷,吸附态磷,生物固定,矿化,吸附,解吸,土壤学,1.8 土壤钾素形态及转化土壤钾按化学组成分为矿物钾、非交换钾、交换钾和水溶性钾。其中土壤交换性钾和水溶性钾为土壤速效钾，可在当季被植物吸收利用。土壤的非交换性钾在土壤中速效钾被大量耗尽的时候可以转化为土壤速效钾。土壤钾的固定主要是土壤交换性钾转换为非交换性钾的过程。其主要受粘土矿物的类型所影响。还受水分条件等的影响，一般在高温干燥的气候条件下，能显著促进钾的固定。土壤保持适当的湿润，钾的固定大大减少。,土壤学,1.9 土壤是最珍贵的自然资源 土壤质地特征是肥力。土壤肥力是由母质向土壤演化的过程中，在自然成土因素，或自然因素和人为因素共同作用下形成的。在成土过程中，植物、动物和微生物生物体，可以不断地繁衍与死亡；土壤腐殖质可以不断地合成和分解；土壤养分及其元素随着土壤水的运转，可以不断积聚或淋湿，这些过程（生物、物理、化学的过程）都处于周而复始的动态平衡中。土壤肥力就是在这样周而复始的循环中不断获得发育和提高。只要科学的利用土壤资源，不断补偿和投入，完全有可能保持土壤肥力的永续利用。,在破坏性自然营力作用下，或人类违背自然规律，破坏生态环境，滥用土壤，高强度、无休止的向土壤索取，土壤肥力会不断下降和破坏，甚至丧失再生能力，如荒漠化、盐碱化。,植物营养基本知识,2.1 植物的养分的吸收植物体中所含的这些元素成分都是植物从周围环境中吸收的。有机物中碳和氧主要来源于空气中的CO2，是植物通过光合作用吸收的。氢来源于水。氮主要是植物根系由土壤中吸收的，但也有一部分是植物通过根际微生物的自生固氮作用或豆科植物借助于根瘤菌的共生固氮作用从空气中吸收的。其它的元素则主要来源于土壤和人为施肥加入。,21,2.2 植物的营养元素植物生长必需营养元素的标准,必要性：缺少该元素植物就不能完成其生命周期。不可替代性：当缺少这种元素后，植物会出现特有的专一性症状，用任何其它元素均不能代替其作用，只有在补充了这种元素后，症状才会减轻或消失。,2.2 植物的营养元素植物生长发育所必须的营养元素有16种，它们分别为： 氮（ N ）、磷（ P ）、钾（ K ）、碳（ C ）、氢（ H ）、氧（ O ）、钙（Ca）、镁（Mg）、硫（ S ）、铁（Fe）、锰（Mn）、铜（Cu）、锌（Zn）、硼（ B ）、钼（Mo）、 氯（Cl）。,植物营养学,2.2 植物的营养元素这16种元素也并不是等量的被植物所吸收。其中碳、氢、氧、氮、磷、钾、钙、镁、硫等营养元素的含量较高，一般称它们为“大量营养元素”。氮、磷、钾是植物从土壤中吸收的，而且植物对这三种营养元素的需要量又比较多，因此，氮、磷、钾被叫做“作物营养三要素”。植物体内的铁、锰、铜、锌、硼、钼、氯等营养元素的含量较少，因此称它们为“微量营养元素”。对作物生长有刺激作用，能增加产量，但不是必需的，如钠，硅，钴，镍，硒，铝，钛等，它们被称为有益矿质元素：,植物营养学,2.3 植物营养元素的吸收2.3.1 植物的根部营养 植物吸收养分和水分的主要器官为根系，根系的吸收作用主要在根端幼嫩部分的某一特定区域进行的，而并非整个根系。一般认为是根部的成熟区，此区的细胞已完全成熟，一些表皮细胞形成了根毛，故又称成熟区为根毛区。根毛区是整个根尖吸收养分最活跃的区域。作物的根系主要分布在离地表1520cm的土层内。因此，除种肥外，追肥和基肥的深度最好在20cm左右。,植物营养学,2.3 植物营养元素的吸收2.3.2 植物的叶部营养 植物除了通过根部吸收养分外，还可通过叶部吸收养分。植物通过叶部吸收养分进行营养就叫做植物的叶部营养或根外营养。植物叶部吸收的养分和根部吸收的养分一样，能在作物体内被同化和转运，所以叶部营养也是植物营养的一种方式，特别是在根部营养受阻的情况下，叶部营养是一种很好的补充根部营养的辅助手段。,植物营养学,2.4 作物的阶段营养在作物的营养期中有两个关键时期，即作物营养临界期和作物营养最大效率期。,2.4 作物的阶段营养所谓作物营养临界期是指某种养分缺少或过多时对作物生长发育影响最大的时期。在临界期，作物对某种养分的要求在绝对数量上显然不多，但很迫切，作物因某种养分缺少或过多而受到的损失，即使在以后该养分供应正常时也很难弥补。作物营养最大效率期是指某种养分能发挥其最大增效能的时期。在这个时期作物对某种养分的需求量和吸收量是最多的。这一时期，也正是植物生长最旺盛的时期，吸收养分的能力特强，如能及时的满足作物的养分需求，其增产的效果将会非常的明显。,28,N,氮,一、植物的氮素营养 氮作为植物体内需求量最大的营养元素，它的生理功能也是多种多样的。其中，氮是蛋白质、核酸、核蛋白的重要成分；氮是叶绿素的成分，叶绿素是作物进行光合作用的主要场所。供氮水平的高低与叶片叶绿素的含量成正相关，而叶绿素含量的多少，又直接影响到光合作用的产物碳水化合物的形成。因此作物缺氮的时候，体内叶绿素的含量减少，叶色褪绿变黄，光合作用减弱，碳水化合物的合成减少，作物产量显著降低；氮还是作物体内许多酶、维生素以及一些植物激素的成分。,30,叶片黄化，植株生长过程迟缓；苗期生长受阻而植株矮小、瘦弱，叶片薄而小； 禾本科作物分蘖少，茎杆细长，穗小,粒瘪早衰。双子叶则表现为分枝少，子粒少；氮素是可以再利用的元素，作物缺氮的显著特征 是下部叶片首先失绿黄化，然后逐渐向上部叶片扩展。,二、植物缺氮症状与供氮过多的危害,作物缺氮不仅影响产量，而且使产品品质也下降！,1、作物缺氮的外部特征,31,作物贪青晚熟，生长期延长。细胞壁薄，植株柔软，易受机械损伤（易倒伏） 病害侵袭（大麦褐锈病、小麦赤霉病、 水稻褐斑病）。,2、氮素过多的危害,大量施用氮肥会降低果蔬品质和耐贮存性；棉花蕾铃稀少易脱落；甜菜块根产糖率下降；纤维作物产量减少，纤维品质降低。,32,33,34,35,P,磷,一、磷的营养作用磷在作物生长发育的生理功能主要有，磷是作物体内许多主要化合物的组成成分，并在许多重要有机化合物的代谢过程中期促进作用，同时磷本身也是代谢过程的调节剂。磷还能促进花芽分化，缩短花芽分化时间，从而使作物的整个生长期缩短。磷还能增加作物的抗逆性，提高抗旱、抗寒能力。,37,1、缺磷对植物光合作用、呼吸作用及生物合成过程都影响；2、供磷不足时，细胞分裂迟缓、新细胞难以形成，同时也影响细胞伸长。所以从外形上看：生长延缓，植株矮小，分枝和分蘖减少。3、植物缺磷的症状常首先出现在老叶；4、缺磷的植株因为体内碳水化合物代谢受阻，有糖分积累而形成花青素(糖苷)，许多一年生植物的茎呈现典型症状：紫红色。,二、缺磷症状,38,39,40,41,42,43,K,钾,植物对钾的吸收有高度选择性，因此钾能较顺利地进入植物细胞内。当植物细胞内的钾离子浓度较高时，细胞的渗透势也随之增加，并促进细胞从外界吸收水分。缺钾时，细胞吸水能力差，胶体保持水分能力也小，细胞失去弹性，植株和叶片萎蔫。钾还能调节气孔运动，有利于作物经济用水，促进叶绿素合成；钾能促进光和作用，提高二氧化碳的同化率，以及提高酶活性等作用。,钾的营养功能和缺素症状,（一）钾对调节植物细胞的水势有重要作用。,45,（二）增强植物的抗逆性 钾有多方面的抗逆功能，它能增强作物的抗旱、抗高温、抗寒、抗病、抗盐、抗倒等的能力，从而提高其抵御外界恶劣环境的忍耐能力。这对作物稳产、高产有明显作用。,46,改善品质：提高产品的营养成分，延长产品的贮存期，耐搬运和运输；对蔬菜和水果类作物，能改善产品的外观，使水果的色泽更鲜艳，汁液含糖量增加。过量施用钾肥的后果：破坏养分平衡，造成品质下降；作物奢侈吸收，导致浪费；,（三）钾与作物品质,47,植株组织中出现细胞解体，死细胞增多；根系生长不良，易出现根腐病；组织柔弱易倒伏；气孔开闭失调，抗旱能力下降。供氮过量而供钾不足，双子叶植物叶片常出现叶脉紧缩而脉间凹凸不平的现象。大豆结荚成熟后，植株仍保持绿色，是缺钾的典型症状。,（四）植物缺钾的一般症状,48,49,中量元素,钙,50,钙是质膜、细胞壁的重要组成成分，可保持细胞完整性，防止胞液外渗。钙是某些酶如淀粉酶的活化剂。钙有中和酸性和解毒的作用。,一 、钙的营养作用,中量元素钙,二、钙素营养失调的症状,钙在植物体内可以形成不溶性的钙盐而沉淀下来，是不能再利用的元素。因此，缺钙症状常表现在新生组织上。老叶仍然保持绿色。缺钙时，植株生长受阻，节间较短，因而一般较正常的矮小，而且组织柔软。因此，缺钙植株顶芽、侧芽、根尖等分生组织容易腐烂死亡，幼叶卷曲畸形，多缺刻状，或从叶缘开始变黄坏死。果实生长发育不良。会出现叶焦病，或称缘叶病（因缺钙导致硝酸在嫩叶叶片内积累，使生长点萎缩，嫩叶边缘呈烧灼状）。缺钙细胞壁融化，组织变软，因此叶片下垂与黏化。番茄、辣椒、西瓜等缺钙易发生脐腐病，又称顶腐病，在果实顶部产生圆形的病状，多在幼果期开始发生，以后继续扩展。苹果易患苦痘病，又称苦陷病，先在果皮下呈现褐斑，以后斑点在果皮上露出，果实上病部微凹，味苦；或患水心病，病状出现于果心，成水渍半透明状，味清甜，山梨糖醇增加，易腐烂。,在含钙量高的土壤果实也会出现缺钙症状，因为钙主要靠蒸腾作用运送到叶子，而运送到果实的钙更少。当蒸腾作用减弱和后期果实和叶片生长速度加快的时候，果实和叶子的钙更感供应不足。这个时候建议叶面喷施钙肥。,Ca,55,中量元素,镁,一、镁的营养功能镁是叶绿素的组成成分，叶绿素a和叶绿素b中均含有镁。镁是许多酶的活化剂，与碳水化合物的代谢、磷酸化作用、脱羧作用关系密切。例如镁能活化磷酸果糖激酶、磷酸甘油激酶等，促进碳水化合物的代谢和植物的呼吸作用，镁能促进腺二磷合成腺三磷。镁也参与脂肪、氮的代谢作用。缺镁时，油脂含量明显下降，幼嫩组织的发育受到影响。镁还能促进植物体内维生素A和维生素C的合成，从而有利于提高蔬菜、果品的品质。,中量元素镁,二、镁素营养失调的症状,植物中镁是较易移动的元素。缺镁时，植株矮小，生长缓慢；先在叶脉间失绿，而叶脉仍保持绿色；以后失绿部分逐步由淡绿色转变为黄色或白色，还会出现大小不一的褐色或紫红色斑点或条纹。症状在老叶、特别是在老叶尖端先出现；随着缺镁症状的发展，逐渐危及老叶的基部和嫩叶。多年生果树长期缺镁会阻碍生长，严重时果实小或不能发育。,58,中量元素,硫,1.硫的营养功能硫是构成蛋白质和酶不可缺少的成分。二硫键（SS）在蛋白质的结构与功能上起着重要作用。缺硫时蛋白质的形成受阻，从而影响作物产量和产品中蛋白质的含量。一些生理活性物质（如维生素）中也含有硫。含硫有机化合物还参与植物体内的氧化还原过程，对植物的呼吸作用有特殊功能。叶绿素的成分中虽然没有硫，但硫对于叶绿素的形成的一定影响。缺硫时叶绿素含量降低，叶色褪淡，严重时呈黄白色。,中量元素硫,2.硫素营养失调的症状果树体中硫的移动性很少，较难从老组织向幼嫩组织运转。缺硫时，由于蛋白质、叶绿素的合成受阻，生长受到严重障碍，植株矮小瘦弱，叶片褪绿或黄化，茎细、僵直、分蘖分枝少，与缺氮有些相似。但缺硫症状首先在幼叶出现，这一点与缺氮有异。3.土壤中的硫土壤含硫量一般为0.01%0.5%，它主要存在于有机质中，土壤有机质含量高，含硫量也高在温带地区，中性有机土含硫量最高，可以超过0.5%。热带地区土壤含硫量高常比温带地。在干旱和半干旱地区，由于风化产生的硫酸盐极少流失，因而硫多以钙、镁、钠、钾的硫酸盐存在于土层中。,微量元素的营养作用,微量元素包括硼（B）、锌（Zn）、锰（Mn）、铁（Fe）、铜（Cu）、钼（Mo）、氯（Cl）。作物体内微量元素的含量仅百万分之几到十万分之几，但它们的作用是很重要的。随着作物产量的不断提高和大量施用化学肥料，农业中对微量元素的需要逐渐迫切。,70年代以来，我国微量元素肥料的研究与应用得到较全面的发展，普遍开展了土壤微量元素的含量调查。结果表明：土壤缺硼面积多在40%以上，缺锌面积多在20%以上，缺锰10以上，缺铁5，缺铜1以上。,63,硼,微量元素,硼的营养作用,促进体内碳水化合物的运输和代谢。 （参与糖代谢） 参与半纤维素及有关细胞壁物质的合成。 促进细胞伸长和细胞分裂。 促进生殖器官的建成和发育。 花的子房和柱头含硼量很高,缺硼时: 油菜“ 花而不实” ; 大麦、小麦“ 穗而不实”; 棉花“ 蕾而不花”; 花生“ 有壳无仁”; 菊花“ 扫帚病”。 调节酶的代谢和木质化作用。 提高豆科作物根瘤菌的固氮能力。,大多生理性病害是由于植物营养元素缺乏造成的，简称缺素症,番茄缺硼引起裂果,92,微量元素,锌,锌的营养作用,某些酶的组分或活化剂： 锌通过酶的作用对植物碳氮代谢产生相当广泛的影响。 参入生长素的代谢 锌能促进吲哚和丝氨酸合成色氨酸，而色氨酸是生长素的前身。 参入光合作用中CO2的水和作用。 促进蛋白质代谢。 促进生长器官发育和提高抗逆性。 抗旱、抗热、抗冻等。,106,微量元素,钼,钼的营养作用,是硝酸还原酶的组分,钼的营养作用突出表现在氮素代谢方面。 参与根瘤菌的固氮作用，还可能参与氨基 酸的合成与代谢。 促进植物体内有机含磷化合物的合成。 参与体内的光合作用和呼吸作用。 促进繁育器官的速成。,113,微量元素,锰,锰的营养作用,直接参与光合作用。 参与水的光解和电子传递。 多种酶的活化剂。 氮代谢、生长素代谢、氧化还原过程等。 促进种子萌发和幼苗生长。,128,微量元素,铁,铁的营养作用,叶绿素合成所必需： 大部分铁存在于叶绿体中，蔬菜75。 参入体内氧化还原反应和电子传递。 参入植物呼吸作用。 铁与核酸，蛋白质代谢有关。,缺铁上部叶片变黄发白，下部叶片仍然浓绿。,132,缺铁症,缺铁上部叶片变黄发白，下部叶片仍然浓绿。,141,微量元素,铜,铜的营养作用,参入体内氧化还原反应 铜是植物体内许多氧化酶的成分或 是某些酶的活化剂。 构成铜蛋白并参入光合作用，叶绿体 中含量较高。 超氧化物歧化酶(SOD)的重要组分。 参入氮代谢，影响固氮作用。 促进花器官的发育。,146,微量元素,氯,氯的营养作用,参入光合作用 氯作为锰的辅助因子参入水的光解反应。 调节气孔运动 活化H+泵ATP酶。 抑制病害发生。 其它作用：,保持电荷平衡，维持细胞内的渗透压，氯对酶也有影响，适量的氯有利于碳水化合物的合成和转化。,植物的缺素症状,缺素症简要索引,作物缺少微量元素的症状 和诊断方法,当微量元素严重缺乏时，外部形态表现出一定的缺乏症状，如叶片大小、颜色、茎的生长等，因此外形诊断可作为营养丰缺的一种方法，但元素之间缺素形态有的相似，一般的是潜伏性缺乏，再加上病虫害及环境因素的干扰混淆，易造成误诊，必须配合其它诊断方法，才能作出正确判断。,一、外形诊断,症状出现部位：Fe、Mn、B、Mo、Cu都首先在新生组织出现，而Zn在老叶上出现，其次，看叶片大小和形状，缺Zn叶片窄小，簇生（小叶病），缺B叶片肥厚，叶片卷曲、皱缩、变脆，其它元素叶片大小和形状不变，再看失绿部位，缺Zn 、Fe、Mn都会产生叶脉间失绿黄化，但叶脉仍为绿色，缺Zn最初在下部老叶片上，沿主脉出现失绿条纹及黄绿相间成明显花叶，严重时褐色斑点，缺铁植株幼叶叶脉间失绿黄化，严重时整个叶片变黄或发白，见p157页表66。,二、根外喷施诊断,如根据外形诊断不能肯定缺乏那种微量元素时，可采用根外喷施诊断：这种方法简便易行，适用于各种土壤和作物，具体方法是配制一定浓度（一般为0.1-0.2%）的含某种微量元素的溶液，喷在植株叶部或浸泡、涂抹等方法，隔710天观察前后作物叶色、长相、长势的变化。为使微量元素易进入植株体内，可在喷施溶液中添加0.1%湿润剂（中性肥皂、茶子饼浸出液等）或增加喷施次数。,