《土壤与植物营养》PPT课件.ppt
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- 土壤与植物营养 土壤 植物 营养 PPT 课件
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1、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有效性第三节土壤养分生物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根际根际是指受植物根系活动的影响,在物理、是指受植物根系活动的影响,在物理、化学和生物学性质上不同于土体的那部分化学和生物学性质上不同于土体的那部分微域土区。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。其中最明显的就是根际于原土体。其中最明显的就是根际pH、氧、氧化还
2、原电位和微生物活性的变化。化还原电位和微生物活性的变化。根际动态过程中的化学反应根际动态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病原微生物病原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 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,根在植物的生长发育过程中,根系会释放出大量的光合产物。系会释放出大量的光合产物。这些分泌物结构简单、
3、易分解,这些分泌物结构简单、易分解,成为微生物的良好的碳源和氮成为微生物的良好的碳源和氮源,因此根际土壤中的数量往源,因此根际土壤中的数量往往是土体数量的几倍至几十倍。往是土体数量的几倍至几十倍。 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; 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。 106/g风干土 作 物 根际土(R) 非根际土(S)
4、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 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布示意图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根际微生物与根系组成的特殊生态体系是根根际微生物与根系组成的特殊生态体系是根际微生态系统的重要组成部分,对根际土际微生态系统的重要组成部分
5、,对根际土壤养分的有效性及养分循环起着重要作用壤养分的有效性及养分循环起着重要作用。 根际是根系吸收养分与水分的门户,根系根际是根系吸收养分与水分的门户,根系及微生物的活动对根际土壤中的养分含量、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。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;(2)根系及微生物分泌螯合物改变根际环境。 (3)分泌质子(4)分泌氧化还原物累积累积 当土壤溶液中养分浓度高,植物蒸腾量大,当土壤溶液中养分浓度高,植物蒸腾量大,养分供应以质流方式为主时,根对水分的吸收
6、速养分供应以质流方式为主时,根对水分的吸收速率高于养分吸收速率,根际养分浓度增加并率高于养分吸收速率,根际养分浓度增加并高高于于土体的眼粉浓度,出现养分累积区土体的眼粉浓度,出现养分累积区; ;亏缺亏缺 当土壤溶液中养分浓度低,植物蒸腾强度小,当土壤溶液中养分浓度低,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分的根系吸收土壤溶液中养分的速率大于吸收水分的速率时,根际即出现养分亏缺区速率时,根际即出现养分亏缺区; ;持平持平 一定条件下,当水分蒸腾速率和养分吸收速一定条件下,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。根际养分分布类型根际
7、养分分布类型根际富集:迁移根际富集:迁移 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= 吸收量吸收量玉米根际主要养分的浓度分布情况玉米根际主要养分的浓度分布情况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元素种类:元素种类: 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 (土壤溶液浓度高)(土壤溶液浓度高) 养分需要量、土
8、壤溶液浓度,如:养分需要量、土壤溶液浓度,如:P P、K K 大大 低亏缺低亏缺 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 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;质地轻、缓冲能力弱的易亏缺、范围广;水分缺,养分迁移慢,易亏缺水分缺,养分迁移慢,易亏缺 亏缺:增加土壤中养分的有效性 养分浓度低,有利于根际养分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 根系对水分和养分吸收的差异,可使根际土壤的水势发生变
9、化,从而改变根际土壤水分有效性。如盐土中,氯化钠的积累,是根际土壤水分有效性降低。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/cm 10)氯(氯(Cl -)( 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 57
10、0 900 5.02根际微区有机物、酶和微生物增多,生物活根际微区有机物、酶和微生物增多,生物活性很强,从而使得根际氧化还原状况不同于土体。性很强,从而使得根际氧化还原状况不同于土体。旱作土壤根际旱作土壤根际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,片向根部的输氧组织,并有部分氧排出根外,使根际的氧化还原电位使根际的氧化还原电位高高于土体于土体氧化区氧化区水稻根水稻根根际根际pHpH值变化的原因复杂,主要是根系吸收阴值变化的原因复杂,主要是根系吸收阴阳离子的不平衡。阳离子的不平衡。此外
11、:根系吸收作用和根际微生物的呼吸作用此外:根系吸收作用和根际微生物的呼吸作用释放释放COCO2 2;根尖细胞伸长过程中分泌的质子和有机;根尖细胞伸长过程中分泌的质子和有机酸;酸;(1 1)根际)根际pH值变化的原因值变化的原因施用施用NHNH4 4+ +-N-N根系向外释放根系向外释放H H+ +,根际,根际pHpH值值下降;下降;施用施用NONO3 3- -N-N根系释放根系释放OHOH- -或或HCOHCO3 3- -,根际,根际pHpH值值上升上升。 1 1)、氮素形态)、氮素形态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+ +-
12、N-N使根际使根际pHpH值下降的幅度,而且不同种值下降的幅度,而且不同种类植物之间有明显差异。类植物之间有明显差异。NO3-N NH4-NNO3-N NH4-N缺磷缺铁铝胁迫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根系原生质膜分泌质子模式图缺铁引起根系原生质膜分泌质子模式图植物铵硝禾本科 豆科荞麦 呼吸作用 分泌物根际土壤结构较好: 根系穿插、挤压 根系分泌物(如植物粘多糖)表现:如:水稳性团聚体 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?)场所;
13、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。增加磷的活化作用增加磷的活化作用增加微量元素的吸收增加微量元素的吸收其它元素其它元素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 2.9NN根际根际pHpHK KP PNONO3 3- -7.37.313.613.61.51.5NHNH4 45.45.414.014.02.92.9 EhEh降低:氧化态养分有效性增加,降
14、低:氧化态养分有效性增加,FeFe、MnMn EhEh升高:还原态养分毒性降低升高:还原态养分毒性降低植物通过根系以根系脱落物或分泌物的形植物通过根系以根系脱落物或分泌物的形式进入根际微区,一般占其总同化碳量的式进入根际微区,一般占其总同化碳量的5%25%5%25%。所谓的所谓的“根分泌物根分泌物”是指植物生长过程中向是指植物生长过程中向生长基质中释放的有机物质的总称。生长基质中释放的有机物质的总称。由于根系分泌物极大地改变了根由于根系分泌物极大地改变了根- -土界面土界面物理、化学和生物学性状,因而对土壤中各种物理、化学和生物学性状,因而对土壤中各种养分的生物有效性产生重要的影响。养分的生物
15、有效性产生重要的影响。1 1) 保护根尖;保护根尖; 还原作用还原作用 根分泌物中的还原物质通过还原作用可提高土根分泌物中的还原物质通过还原作用可提高土壤中变价金属元素铁、锰、铜等的有效性。壤中变价金属元素铁、锰、铜等的有效性。 螯溶作用螯溶作用植物分泌的大量有机酸、氨基酸和酚类化合物,植物分泌的大量有机酸、氨基酸和酚类化合物,与根际内各种金属元素(铁、锰、铜、锌等)与根际内各种金属元素(铁、锰、铜、锌等)形成螯合物。它一方面能直接增加这些微量元形成螯合物。它一方面能直接增加这些微量元素的有效性;另一方面也可活化许多金属氧化素的有效性;另一方面也可活化许多金属氧化物所固持的营养元素(如磷、钼等
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