無土栽培的理論基礎(chǔ).ppt

第三章無土栽培的理論基礎(chǔ)Chapter3TheBasicPrinciplesofSoillessCulture 無土栽培作物之所以能夠取得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì) 是因為它提供給作物生長的水分 養(yǎng)分 光照 溫度 濕度等環(huán)境條件比作物千百年來生長的土壤環(huán)境要來得優(yōu)越 了解作物在無土栽培條件下養(yǎng)分 水分和溫度等對作物生長的影響是成功進(jìn)行無土栽培的基礎(chǔ) 第一節(jié)植物的礦質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說與無土栽培Section1TheTheoryofMineralNutritionandHydroponics 植物究竟需要什么作為其營養(yǎng) Question Whatnutrientsarerequiredforplantgrowth 1563年P(guān)alissy認(rèn)為植物灰分是植物的營養(yǎng)VanHelmont的柳條試驗 得出水是植物營養(yǎng)的結(jié)論 Glauber認(rèn)為植物的營養(yǎng)要素是硝石 KNO3 而不是水約在1755年FrancisHome指出植物的營養(yǎng)要素不是一種 而是多種 可能包括空氣 水 土 鹽 油和火等 Thaer1809年提出腐植質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說 1840年德國李比希 Liebig 創(chuàng)立了植物的礦質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說Liebig ascientistfromGermany establishedthetheoryofmineralnutritionin1840 1858年Knop和Sachs用鹽類制成的人工營養(yǎng)介質(zhì)栽培植物成功 有力地證明了礦質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說的正確性 人們對植物營養(yǎng)的本質(zhì)有了較為清晰的認(rèn)識 植物礦質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說的創(chuàng)立具有劃時代的意義 無土栽培技術(shù)在一百多年前是作為驗證植物營養(yǎng)學(xué)說而被使用的 它充分證明了李比希礦質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說的正確性 充實和豐富了礦質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說的內(nèi)容 可以說 沒有無土栽培技術(shù)的應(yīng)用 就難以證明礦質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說的正確性 其內(nèi)涵也不可能得以充實和完善 反過來 日趨完善的植物營養(yǎng)學(xué)說又進(jìn)一步推動了無土栽培技術(shù)的發(fā)展 使得最初用于驗證礦質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說正確性的無土栽培技術(shù)從實驗室走向大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用 并發(fā)展成為一種高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效作物生產(chǎn)的先進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù) 可見 植物的礦質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說是無土栽培的理論基礎(chǔ) 第二節(jié)植物的根系及其功能SectionIIPlantRootsandtheirFunctions 根系是植物吸收養(yǎng)分和水分主要的器官 它的生長狀況與植物地上部的生長息息相關(guān) 無土栽培的顯著優(yōu)越性之一就表現(xiàn)在植物的根際環(huán)境要比土壤的易于控制 一 根系的形態(tài)和結(jié)構(gòu)I Theconformationandstructureofroots 一 根系的形態(tài) 一株植株所有的根的總體稱為根系 植物從種子萌發(fā)開始 胚根從種皮中伸出并向下生長 這種從胚中長出的根稱為主根 隨著生長過程的進(jìn)行 又會在主根上長出側(cè)根 而當(dāng)側(cè)根長到一定的時候又會長出次一級的側(cè)根 這樣不斷生長就形成了一個植物的根系 a 須根系b 直根系fibrousrootsystemTaprootsystem直根系和須根系示意圖Thesketchmapoftaprootsystemandfibrousrootsystems 二 根系的結(jié)構(gòu) Root sStructure 從根尖向根基部分為根冠 分生區(qū) 伸長區(qū)和成熟區(qū) 根毛區(qū) 這五個部分5partswillbedividedfromroottiptobase calyptra rootcap mitogeneticzone elongationzoneandmaturationzone root hairzone a 大麥根尖縱切面Thelongitudinalsectonofbarley sroot b 雙子葉植物根立體結(jié)構(gòu)圖Thesolidstructureofdicotyledon sroot 從根的橫切面從外向根內(nèi)觀察 可分為表皮 外 皮層 內(nèi)皮層和中柱這4個部分Epidermis cortex exodermis endodermis stale centralcylinder canbeobservedfromthesurfaceofaroottothecenter c 大麥 Hordeumvulgare 種子根的橫斷面ThecrosssectionofseedrootofHordeumvulgare 二 根系的功能 Functions 1 根系的支撐功能 Supporting2 根系的吸收功能 Absorption根系吸收的物質(zhì)包括水分 無機鹽類的分子或離子 簡單的小分子有機化合物以及氣體等3 根系的輸導(dǎo)功能 Transportation是指根系將其吸收的水分 無機鹽類和其它物質(zhì)以及根系代謝形成的物質(zhì)輸送到地上部供其生長所需 同時也可將地上部生產(chǎn)的有機物質(zhì)運送到根部 雙向運輸 4 根系的代謝功能 metabolismfunction5 根系的貯藏功能 storagefunction6 根系與其它微生物共生的功能 intergrowthfunctionwithothermicroorganisms7 根系的繁殖功能 propagationfunction 三 根系對淹水的適應(yīng)性Theadaptabilityofrootstowaterflooding inundation 水生植物 如海帶 水葫蘆 浮萍沼澤性植物或半沼澤性植物 如水稻旱生植物 如大部分蔬菜 可按植物生長的生態(tài)環(huán)境及根系對淹水適應(yīng)性的不同分為 第三節(jié)無土栽培的生理學(xué)基礎(chǔ)Section3Basicbiologyofsoillessculture 水分從介質(zhì)植物環(huán)境的過程 Theproceduresofwaterfrommediatoplantandtoenvironment 1 由介質(zhì)遷移到根系皮層組織 再運送到木質(zhì)部導(dǎo)管 2 由根系木質(zhì)部導(dǎo)管向地上部運輸并分配到各器官中 3 由地上部器官 主要是葉片 以氣態(tài)水的形式 水蒸汽 釋放到空氣中 一 植物吸水的過程 Theprocedureofwaterabsorption 根系的吸水機理 滲透作用和毛細(xì)管作用Themechanismofwaterabsorption osmosisandcapillarity 滲透作用是指水分從水勢高的系統(tǒng)通過半透膜向水勢低的系統(tǒng)遷移的現(xiàn)象 水勢是指在一定的溫度和壓力條件下 1摩爾容積的水溶液與1摩爾容積的純水之間的自由能的差值 純水的自由能最大 水勢也最高 表示水勢的單位為大氣壓 atm 或巴 Pa 1巴 0 987大氣壓 二 蒸騰作用及其生理意義Transpirationanditsphysiologicalsignificances 蒸騰作用是指水分由植物體的地上部以水蒸汽的形式擴(kuò)散的過程稱為 Transpirationistheprocedurethatthewaterdiffusesaswatervaporfromshootintoair 一 蒸騰作用與蒸騰系數(shù) Transpirationandtranspirationcoefficient 蒸騰作用對植株體內(nèi)水分自根系向地上部所產(chǎn)生的拉力稱為蒸騰拉力 蒸騰拉力是植物吸收與傳導(dǎo)的主要動力 植株蒸騰作用的部位主要是葉片 可通過氣孔蒸騰和角質(zhì)層蒸騰這兩個途徑來進(jìn)行 植物的蒸騰作用主要是通過氣孔來完成的 氣孔的蒸騰量占總蒸騰量的80 90 以上 根系吸收的水量如果比蒸騰作用所消耗的水量來得少 則會出現(xiàn)莖葉萎蔫 如果萎蔫狀態(tài)維持的時間不長 根系吸水速率可以趕得上蒸騰速率 則植株的細(xì)胞間的膨壓可以得到恢復(fù) 萎蔫狀態(tài)可以消除 這種萎蔫稱為暫時萎蔫 temporarywilting 如果萎蔫狀態(tài)維持的時間較長 即使介質(zhì)中有充足的水分供應(yīng) 而植物仍不能從萎蔫狀態(tài)恢復(fù)的 這種萎蔫稱為永久萎蔫 permanentwilting 永久萎蔫會對植物正常生長產(chǎn)生很大的傷害 甚至導(dǎo)致植株死亡 蒸騰系數(shù) transpirationcoefficient 是指在一定的生長時期內(nèi)的蒸騰失水量與其干物質(zhì)累積量的比值 通常用每生產(chǎn)單位重量 g 干物質(zhì)所蒸騰散失的水量 g 來表示 因此 蒸騰系數(shù)也可以理解為水分的利用效率 即蒸騰系數(shù)越大 植物的水分利用效率越低 也即生產(chǎn)同等重量的干物質(zhì) 蒸騰系數(shù)大的植物耗水量較多 而蒸騰系數(shù)小的耗水量就少 幾種作物的蒸騰系數(shù) 耗水量 g 干物重 g 二 蒸騰作用的生理意義ThephysiologicalsignificancesofTranspiration 首先是提供了一個水分從地下部到地上部上升的垂直拉力 保證了水分在植株中的運輸 為各種生理代謝的正常進(jìn)行提供了充足的水分 其次 通過莖葉的蒸騰作用而使得植物在夏季高溫時植株體內(nèi)及葉表面保持一定的溫度 避免或減少高溫的危害 第三 有利于植物根系對養(yǎng)分的吸收 第四 利于植物生物合成的物質(zhì)在體內(nèi)的進(jìn)一步分配 番茄在不同供水條件下莖和葉片的氮 磷含量ThecontentsofNandPintomatoleavesunderdifferentwatersupplies Gates 1957 三 影響根系吸水的因素 1 植物的生長狀況 Thestatusofplantgrowth2 溫度 temperature在棚室氣溫較高或較低的情況下 如能夠保證根際溫度在適宜的范圍內(nèi) 大多數(shù)植物能正常生長 這是氣溫和根溫的互補性 3 介質(zhì)中溶液的濃度 concentrationofthesolutioninmedia由于介質(zhì)中溶液濃度過高而產(chǎn)生的植物缺水現(xiàn)象稱為生理失水 4 根系病害 rootdiseases5 根系的通氣狀況 aerationofroots environment6 空氣濕度 airhumidity 四 表觀吸收成分組成濃度 山崎肯哉認(rèn)為 正常生長的植株對水分和養(yǎng)分的吸收是同步的 并以此提出了表觀吸收成分組成濃度這一概念表觀吸收成分組成濃度 n w 是植物對各種養(yǎng)分的吸收量 n mmol 和吸收消耗的水量 w L 的比值 單位為mmol L 它既可以是指植株對所有養(yǎng)分的吸收量和消耗的水量之比 也可以是指植株對某一種養(yǎng)分離子的吸收量和消耗的水量之比 幾種作物整個生長期的表觀吸收成分組成濃度TheApparentabsorptionconstituteconcentrationinwholegrowthstageofsomeplants n w n w值反映植物吸水和吸肥的關(guān)系 即植物吸收一定量的水就相應(yīng)地吸收一定量的營養(yǎng)元素 也可以理解為在向植物提供一定量的水分時 也應(yīng)同時提供相應(yīng)數(shù)量的各種養(yǎng)分 實際上就是營養(yǎng)液的濃度指標(biāo) 由于植物對水分和養(yǎng)分的吸收受許多外界因素影響 因此 不同生長季節(jié) 不同的作物長勢以及不同的作物品種之間n w值存在著很大的差異 表觀吸收成分組成濃度 n w 也只能是作為一種參考 第四節(jié)植物對礦質(zhì)營養(yǎng)的吸收Section4TheAbsorptionofmineralnutrients 一 植物的營養(yǎng)成分 Thenutrients新鮮的植物含有75 95 的水分和5 25 的干物質(zhì)Freshplantscontainsabout75 to95 ofwaterand5 to25 ofdrymatter 植物必需的營養(yǎng)元素有16種 即碳 C 氫 H 氧 O 氮 N 磷 P 鉀 K 鈣 Ca 鎂 Mg 硫 S 鐵 Fe 錳 Mn 鋅 Zn 銅 Cu 硼 B 鉬 Mo 氯 Cl Thereare16kindsoftheessentialnutrientelementsforplantgrowth includingC N P K Ca Mg S Fe Mn Zn Cu MoandCl 二 必需營養(yǎng)元素的標(biāo)準(zhǔn)TheStandardsofEssentialelements 該元素是植物正常生長所不可缺少的 如果缺少了 植物就不能完成其生活史 也即營養(yǎng)元素的必要性 該元素在植物體內(nèi)的營養(yǎng)功能不能被其它元素所代替 即營養(yǎng)元素功能的專一性 該元素必須是直接參與植物的代謝作用 即起直接作用的 而不是起其它的間接作用的 也即營養(yǎng)元素功能的直接性 Arnon和Stout 1939 提出判