第二章土壤与植物营养.ppt
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1、第二章第二章土壤土壤(trng)(trng)与植物营与植物营养养第一页,共九十三页。1 1黎晓峰课件黎晓峰课件内容(nirng)(nirng)第一节第一节 根际营养根际营养第二节第二节 土壤养分类型与转化土壤养分类型与转化第三节土壤养分生物第三节土壤养分生物(shngw)(shngw)有效性有效性第四节我国土壤养分含量的基本情况第四节我国土壤养分含量的基本情况第二页,共九十三页。2 2黎晓峰课件黎晓峰课件第一节、根际营养(yngyng)(yngyng)根际根际是指受植物根系活动的影响是指受植物根系活动的影响(yngxing),在,在物理、化学和生物学性质上不同于土体的物理、化学和生物学性质上不
2、同于土体的那部分微域土区。那部分微域土区。根际的范围很小,一般在离根轴表面数毫米根际的范围很小,一般在离根轴表面数毫米之内。之内。根际的许多的化学条件和生物化学过程不同于原根际的许多的化学条件和生物化学过程不同于原土体。其中最明显的就是土体。其中最明显的就是(jish)根际根际pH、氧化还原、氧化还原电位和微生物活性的变化。电位和微生物活性的变化。第三页,共九十三页。3 3黎晓峰课件黎晓峰课件根际动态根际动态(dngti)(dngti)过程中的化学反应过程中的化学反应养分梯度变化养分梯度变化根际根际pH变化变化氧化还原势氧化还原势水分变化水分变化根分泌物根分泌物根际微生物分泌物根际微生物分泌物
3、病原病原(bngyun)微生物微生物非病原微生物非病原微生物其它根际微生物其它根际微生物 VA菌根菌根酸碱平衡酸碱平衡(pnghng)(pnghng)沉淀沉淀-溶解平衡溶解平衡吸附吸附-解吸附平衡解吸附平衡络合络合-解离平衡解离平衡第四页,共九十三页。4 4黎晓峰课件黎晓峰课件 1 1、根际有机物及微生物、根际有机物及微生物在植物的生长发育过程中,根系在植物的生长发育过程中,根系会释放出大量的光合产物。这些会释放出大量的光合产物。这些分泌物结构简单、易分解,成为分泌物结构简单、易分解,成为(chngwi)微生物的良好的碳源和氮微生物的良好的碳源和氮源,因此根际土壤中的数量往往源,因此根际土壤中
4、的数量往往是土体数量的几倍至几十倍。是土体数量的几倍至几十倍。一、根际土壤一、根际土壤(trng)(trng)的特点的特点第五页,共九十三页。5 5黎晓峰课件黎晓峰课件根系根系根系根系(gnx)(gnx)对微生物的促进作用表现出明显的选择性:对微生物的促进作用表现出明显的选择性:对微生物的促进作用表现出明显的选择性:对微生物的促进作用表现出明显的选择性:不同种类的微生物受到的促进作用不同,不同种类的微生物受到的促进作用不同,细菌受到的促进作用往往较大细菌受到的促进作用往往较大(jio d)(jio d);不同植物对微生物的促进作用不同,一般不同植物对微生物的促进作用不同,一般地说来,农作物地说
5、来,农作物林木,豆科作物林木,豆科作物非禾本非禾本科作物;科作物;植物的不同生育期的效应不同。植物的不同生育期的效应不同。第六页,共九十三页。6 6黎晓峰课件黎晓峰课件表2-2 不同(b tn)(b tn)作物根际与非根际细菌数的比较 106/g风干(fnggn)土 作 物 根际土(R)非根际土(S)R S 红三叶草 3 255 134 24 燕 麦 1 090 184 6 亚 麻 1 015 184 6 小 麦 710 120 6 玉 米 614 184 3 大 麦 605 140 3 第七页,共九十三页。7 7黎晓峰课件黎晓峰课件根际根际(R)土壤土壤(S)根际微生物分布示意图根际微生物分
6、布示意图第八页,共九十三页。8 8黎晓峰课件黎晓峰课件根际与土体反消化细菌数(根际与土体反消化细菌数(104个个/g土)土)土体土体根际土根际土施氮施氮 不施氮不施氮细菌总数细菌总数反硝化细菌数反硝化细菌数6.4 127 46.60.21 43.6 6.7第九页,共九十三页。9 9黎晓峰课件黎晓峰课件根根际际微微生生物物与与根根系系组组成成的的特特殊殊生生态态体体系系是是根根际际微微生生态态系系统统的的重重要要组组成成部部分分,对对根根际际土土壤壤养养分分的的有有效效性性及及养养分分循循环环(xnhun)(xnhun)起起着着重重要要作用作用。第十页,共九十三页。1010黎晓峰课件黎晓峰课件2
7、 2、根际养分和水分、根际养分和水分(shufn)(shufn)(shufn)(shufn)状况状况根际是根系根际是根系(gnx)吸收养分与水分的门户,吸收养分与水分的门户,根系根系(gnx)及微生物的活动对根际土壤中的及微生物的活动对根际土壤中的养分含量、转化、生物有效性影响很大。养分含量、转化、生物有效性影响很大。根际土壤中的养分有效性往往不同于土体,其原因为:(1)根际微生物对土壤有机质的分解和吸收可促进土壤养分的释放(shfng);(2)根系及微生物分泌螯合物改变根际环境。(3)分泌质子(4)分泌氧化还原物第十一页,共九十三页。1111黎晓峰课件黎晓峰课件累累积积 当当土土壤壤溶溶液液
8、中中养养分分(yngfn)(yngfn)浓浓度度高高,植植物物蒸蒸腾腾量量大大,养养分分(yngfn)(yngfn)供供应应以以质质流流方方式式为为主主时时,根根对对水水分分的的吸吸收收速速率率高高于于养养分分(yngfn)(yngfn)吸吸收收速速率率,根根际际养养分分(yngfn)(yngfn)浓浓度度增增加加并并高高于于土土体体的的眼眼粉粉浓浓度度,出出现现养养分分累累积区积区;亏缺亏缺 当土壤溶液中养分浓度当土壤溶液中养分浓度(nngd)(nngd)低,植物蒸腾强低,植物蒸腾强度小,根系吸收土壤溶液中养分的速率大于吸收水度小,根系吸收土壤溶液中养分的速率大于吸收水分的速率时,根际即出现
9、养分亏缺区分的速率时,根际即出现养分亏缺区;持平持平 一定条件一定条件(tiojin)(tiojin)下,当水分蒸腾速率和养分吸收速下,当水分蒸腾速率和养分吸收速率相等时,根际没有养分浓度梯度。率相等时,根际没有养分浓度梯度。根际养分的分布与土体比较的可能状况:根际养分的分布与土体比较的可能状况:根际养分的分布与土体比较的可能状况:根际养分的分布与土体比较的可能状况:第十二页,共九十三页。1212黎晓峰课件黎晓峰课件根际养分分布根际养分分布(fnb)类型类型根际富集:迁移根际富集:迁移(qiny)吸收量吸收量根际亏缺:迁移根际亏缺:迁移 吸收量吸收量不不 变变 化:迁移化:迁移=吸收量吸收量第
10、十三页,共九十三页。1313黎晓峰课件黎晓峰课件玉米根际主要养分的浓度分布玉米根际主要养分的浓度分布(fnb)情况情况0 0.1 0.2 0.31.00.60.2离离 根根 距距 离(离(cmcm)相对浓度梯度相对浓度梯度0.80.40.0PKNO3第十四页,共九十三页。1414黎晓峰课件黎晓峰课件影响根际养分(yngfn)(yngfn)状况的因素II.II.元素种类元素种类(zhngli)(zhngli):富集:富集:CaCa2 2、NONO3-3-、SOSO4 42+2+、MgMg2 2 (土壤溶液浓度高)(土壤溶液浓度高)亏缺:亏缺:H H2 2POPO4 4-、NHNH4 4、K K
11、(土壤溶液浓度高)(土壤溶液浓度高)I.I.养分养分(yngfn)(yngfn)需要量、土壤溶液浓度,如:需要量、土壤溶液浓度,如:P P、K K 大大 低亏缺低亏缺III.植物的蒸腾作用、吸收强度、根毛特性植物的蒸腾作用、吸收强度、根毛特性IV.土壤特性:质地、缓冲能力、水分土壤特性:质地、缓冲能力、水分质地轻、缓冲能力弱的易亏缺、范围广;水分质地轻、缓冲能力弱的易亏缺、范围广;水分缺,养分迁移慢,易亏缺缺,养分迁移慢,易亏缺第十五页,共九十三页。1515黎晓峰课件黎晓峰课件养分亏缺(ku qu)(ku qu)和富集的意义亏缺:增加土壤中养分(yngfn)的有效性 养分浓度低,有利于根际养分
12、的解吸和土体中的养分向根际迁移富集:形成新的离子间相互作用、降低(jingd)水分有效性 如:钙富集,影响钙、钾交换平衡,微量元素有效性 氯化钠富集,降低根际土壤水势第十六页,共九十三页。1616黎晓峰课件黎晓峰课件根际土壤(trng)(trng)中水分的有效性根系对水分和养分吸收的差异,可使根际土壤的水势(shu sh)发生变化,从而改变根际土壤水分有效性。如盐土中,氯化钠的积累(jli),是根际土壤水分有效性降低。第十七页,共九十三页。1717黎晓峰课件黎晓峰课件玉米的水分吸收与根际钠,氯积累的关系玉米的水分吸收与根际钠,氯积累的关系 水分吸收水分吸收(蒸腾(蒸腾ml/cm10)氯(氯(C
13、l-)(mg/Kg)钠(钠(Na+)(mg/kg)根表电导率根表电导率(nS/cm)土体土体 根际根际 根表根表 土体土体 根际根际 根表根表0.380.460.820.95310 410 580 220 340 410 1.38360 430 650 280 330 450 2.28430 660 970 360 490 680 3.79440 640 1280 380 570 900 5.02第十八页,共九十三页。1818黎晓峰课件黎晓峰课件根根际际微微区区有有机机物物、酶酶和和微微生生物物增增多多,生生物物活活性性很很强强,从从而而使使得得(sh(sh de)de)根根际际氧氧化化还还原
14、原状状况况不不同同于于土土体。体。旱作旱作(hn zu)(hn zu)土壤根际土壤根际EhEh值都低于土体;值都低于土体;水稻根系具有输氧的特性,体内存在着由叶片向水稻根系具有输氧的特性,体内存在着由叶片向根部的输氧组织,并有部分氧排出根外,使根际根部的输氧组织,并有部分氧排出根外,使根际的氧化的氧化(ynghu)(ynghu)还原电位还原电位高高于土体于土体。3.3.根际氧化还原电位根际氧化还原电位第十九页,共九十三页。1919黎晓峰课件黎晓峰课件氧化区氧化区水稻根水稻根水稻根际氧化带示意图水稻根际氧化带示意图第二十页,共九十三页。2020黎晓峰课件黎晓峰课件根根际际pHpH值值变变化化的的
15、原原因因复复杂杂,主主要要是是根根系系吸吸收收阴阴阳阳(yn(yn yn)yn)离子的不平衡。离子的不平衡。此此外外:根根系系吸吸收收作作用用和和根根际际微微生生物物的的呼呼吸吸作作用用释释放放COCO2 2;根尖细胞伸长过程中分泌的质子和有机酸;根尖细胞伸长过程中分泌的质子和有机酸;(1 1)根际)根际pH值变化值变化(binhu)(binhu)的原因的原因4 4、根际、根际pH第二十一页,共九十三页。2121黎晓峰课件黎晓峰课件施施用用NHNH4 4+-N-N根根系系(gnx)(gnx)向向外外释释放放H H+,根根际际pHpH值值下下降;降;施用施用NONO3 3-N-N根系释放根系释放
16、OHOH-或或HCOHCO3 3-,根际,根际pHpH值值上升上升。(2 2)影响根际)影响根际pHpH值变化值变化(binhu)(binhu)(binhu)(binhu)的因素的因素1 1)、氮素形态)、氮素形态(xngti)(xngti)NONO3 3-N-N根际根际pHpH值上升使的幅度一般低于值上升使的幅度一般低于NHNH4 4+-NN使根际使根际pHpH值下降的幅度,而且不同种类植物之间值下降的幅度,而且不同种类植物之间有明显差异。有明显差异。第二十二页,共九十三页。2222黎晓峰课件黎晓峰课件NO3-N NH4-N第二十三页,共九十三页。2323黎晓峰课件黎晓峰课件NO3-N NH
17、4-N第二十四页,共九十三页。2424黎晓峰课件黎晓峰课件2)共生(gngshng)(gngshng)固氮第二十五页,共九十三页。2525黎晓峰课件黎晓峰课件3)逆境(njng)(njng)胁迫缺磷缺铁铝胁迫(xip)第二十六页,共九十三页。2626黎晓峰课件黎晓峰课件NAD(P)HNAD(P)+2Fe2+ATPADP+PiH+-ATPaseH+2Fe2+2Fe3+H+K+2e-细胞壁细胞壁细胞质细胞质还原系统还原系统缺铁引起缺铁引起(ynq)根系原生质膜分泌质子模式图根系原生质膜分泌质子模式图第二十七页,共九十三页。2727黎晓峰课件黎晓峰课件4)植物遗传(ychun)(ychun)特性植物
18、铵硝禾本科 豆科荞麦 第二十八页,共九十三页。2828黎晓峰课件黎晓峰课件5)根际微生物呼吸作用(h x zu yn)分泌物第二十九页,共九十三页。2929黎晓峰课件黎晓峰课件5、根际土壤结构根际土壤结构较好:根系穿插(chunch)、挤压 根系分泌物(如植物粘多糖)表现:如:水稳性团聚体第三十页,共九十三页。3030黎晓峰课件黎晓峰课件二、根际在植物(zhw)(zhw)营养中的作用根际是矿质元素向根系迁移的门户;根际是植物吸收养分的重要(主要(zhyo)?)场所;根际pH、氧化还原状况、根系分泌物显著影响根际的营养状况及根系生长。第三十一页,共九十三页。3131黎晓峰课件黎晓峰课件 增加磷的
19、活化增加磷的活化(huhu)(huhu)作用作用增加增加(zngji)(zngji)微量元素的吸收微量元素的吸收其它其它(qt)(qt)元素元素1 1、根际、根际pHpH值变化与养分有效性值变化与养分有效性第三十二页,共九十三页。3232黎晓峰课件黎晓峰课件不同形态氮肥对小麦吸收微量元素的影响(田间测量)不同形态氮肥对小麦吸收微量元素的影响(田间测量)氮肥种类氮肥种类植株含量(植株含量(mg/Kg干重)干重)Fe Mn Zn Cu Ca(NO3)2(NH4)2SO455 23 18 2.668 45 24 2.9第三十三页,共九十三页。3333黎晓峰课件黎晓峰课件表表2-3 2-3 供应不同供
20、应不同(b tn)(b tn)形态的氮对菜豆根际及地上部养形态的氮对菜豆根际及地上部养分吸收的影响分吸收的影响NN根际根际pHpHK KP PNONO3 3-7.37.313.613.61.51.5NHNH4 45.45.414.014.02.92.9第三十四页,共九十三页。3434黎晓峰课件黎晓峰课件2、氧化还原状况与植物(zhw)(zhw)营养EhEh降低:氧化降低:氧化(ynghu)(ynghu)态养分有效性增加,态养分有效性增加,FeFe、MnMnEhEh升高:还原态养分毒性降低升高:还原态养分毒性降低第三十五页,共九十三页。3535黎晓峰课件黎晓峰课件.植植物物通通过过根根系系以以根
21、根系系脱脱落落物物或或分分泌泌物物的的形形式式进进入根际微区,一般占其总同化碳量的入根际微区,一般占其总同化碳量的5%25%5%25%。所所谓谓的的“根根分分泌泌物物”是是指指植植物物生生长长过过程程中中向向生生长基质中释放的有机物质的总称。长基质中释放的有机物质的总称。由由于于根根系系分分泌泌物物极极大大地地改改变变了了根根-土土界界面面物物理理、化化学学和和生生物物学学性性状状,因因而而对对土土壤壤中中各各种种养养分的生物有效性产生分的生物有效性产生(chnshng)(chnshng)重要的影响。重要的影响。3 3、根分泌物、根分泌物第三十六页,共九十三页。3636黎晓峰课件黎晓峰课件养分
22、养分(yngfn)(yngfn)(yngfn)(yngfn)胁迫胁迫根际微生物根际微生物植物植物(zhw)(zhw)(zhw)(zhw)种类种类(1 1)影响)影响(yngxing)(yngxing)(yngxing)(yngxing)根系分泌物的因素根系分泌物的因素机械阻抗机械阻抗第三十七页,共九十三页。3737黎晓峰课件黎晓峰课件1 1)保护保护(boh)(boh)根尖;根尖;(2 2)根分泌物对土壤)根分泌物对土壤(trng)(trng)(trng)(trng)养分有效性的影响养分有效性的影响第三十八页,共九十三页。3838黎晓峰课件黎晓峰课件2 2)对养分)对养分(yngfn)(yng
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