植物營(yíng)養(yǎng)的物理化學(xué)研究方法

1、關(guān)于植物營(yíng)養(yǎng)的物理化學(xué)研究方法現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第一頁(yè)，共83頁(yè) 第一節(jié)第一節(jié) 植物營(yíng)養(yǎng)的熱力學(xué)研究方法植物營(yíng)養(yǎng)的熱力學(xué)研究方法 一、基本原理：一、基本原理： （一）自由能：指體系總能量中，具有作（一）自由能：指體系總能量中，具有作有用功本領(lǐng)的那部分能量，或者說(shuō)可被人有用功本領(lǐng)的那部分能量，或者說(shuō)可被人們利用的那部分能量們利用的那部分能量 。自由能越高越不穩(wěn)自由能越高越不穩(wěn)定，所以，自由能具有自動(dòng)降低至最小值定，所以，自由能具有自動(dòng)降低至最小值的趨勢(shì)的趨勢(shì) ?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二頁(yè)，共83頁(yè) 在土壤這個(gè)多組分體系中，自由能（在土壤這個(gè)多組分體系中，自由能（G）是）是溫度（溫度（T）、壓力（）、壓力（P）

2、以及各組分摩爾數(shù)）以及各組分摩爾數(shù)（n）的函數(shù)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：）的函數(shù)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為： G =f（T、P、n1、n2nK）K為土壤中各為土壤中各組分摩爾數(shù)。組分摩爾數(shù)。 當(dāng)體系中有一個(gè)微小的變化時(shí)，自由能也當(dāng)體系中有一個(gè)微小的變化時(shí)，自由能也隨之有一個(gè)微小變化，即對(duì)自由能隨之有一個(gè)微小變化，即對(duì)自由能G的全微的全微分：分：現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三頁(yè)，共83頁(yè)knnnPTnnnPTnnPTnTnpdnnGdnnGdnnGdpPGdTTGdGkkkii121312.2.21.1.)(.)()()()(現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四頁(yè)，共83頁(yè) 由于土壤中養(yǎng)分變化的始態(tài)和終態(tài)都是在同一由于土壤中養(yǎng)分變化的始態(tài)和終態(tài)都

3、是在同一條件下進(jìn)行的，所以可視為恒溫恒壓過(guò)程，即條件下進(jìn)行的，所以可視為恒溫恒壓過(guò)程，即dT0，dp=0,從而上式變?yōu)椋簭亩鲜阶優(yōu)椋簁nnnPTnnnPTnnPTPTdnnGdnnGdnnGdGkkk121312.2.21.1.)(.)()(現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五頁(yè)，共83頁(yè)2.231)(knnnPTnG1.12)(knnPTnG令knnPTkknG11.)(現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六頁(yè)，共83頁(yè)則上式變?yōu)閕ikkPTdndndndndG.2211.式中：i稱為養(yǎng)分i的化學(xué)位（勢(shì)），它等于偏摩爾自由能偏摩爾自由能的物理意義：在體系中溫度T、壓力P和除i組分以外各組分的摩爾數(shù)nj都保持不變的條件下，體系自由能

4、隨i組分摩爾數(shù)而變化的變化率?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七頁(yè)，共83頁(yè)（二）化學(xué)位（勢(shì)）：（二）化學(xué)位（勢(shì)）： 是物質(zhì)轉(zhuǎn)移的強(qiáng)度因素，也是物質(zhì)轉(zhuǎn)移的動(dòng)是物質(zhì)轉(zhuǎn)移的強(qiáng)度因素，也是物質(zhì)轉(zhuǎn)移的動(dòng)力。力。 在土壤養(yǎng)分中的應(yīng)用：在土壤養(yǎng)分中的應(yīng)用： 當(dāng)土壤中養(yǎng)分從固相向液相轉(zhuǎn)移時(shí)，其偏摩當(dāng)土壤中養(yǎng)分從固相向液相轉(zhuǎn)移時(shí)，其偏摩爾自由能即化學(xué)位（勢(shì)）就發(fā)生變化，土壤爾自由能即化學(xué)位（勢(shì)）就發(fā)生變化，土壤 這樣不均勻的體系中，養(yǎng)分從化學(xué)位勢(shì)較高這樣不均勻的體系中，養(yǎng)分從化學(xué)位勢(shì)較高的一相，向化學(xué)位勢(shì)較低的一相移動(dòng)，因此，的一相，向化學(xué)位勢(shì)較低的一相移動(dòng)，因此， 兩相化學(xué)位勢(shì)之差就可以判斷養(yǎng)分移入液相兩相化學(xué)位勢(shì)之差就可以

5、判斷養(yǎng)分移入液相傾向的強(qiáng)弱，即養(yǎng)分的有效程度傾向的強(qiáng)弱，即養(yǎng)分的有效程度?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第八頁(yè)，共83頁(yè) 在熱力學(xué)中，自由能是求不出絕對(duì)值的，因此，人為規(guī)在熱力學(xué)中，自由能是求不出絕對(duì)值的，因此，人為規(guī)定某一狀態(tài)作為參照，稱為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，借以求得物質(zhì)在定某一狀態(tài)作為參照，稱為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，借以求得物質(zhì)在其它非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下自由能的相對(duì)值，在溫度為其它非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下自由能的相對(duì)值，在溫度為T(mén)，壓力，壓力為為1atm下的純物質(zhì)，即為該物質(zhì)在下的純物質(zhì)，即為該物質(zhì)在T溫度下的標(biāo)準(zhǔn)狀溫度下的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的自由能稱為標(biāo)準(zhǔn)自由能記作態(tài)。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的自由能稱為標(biāo)準(zhǔn)自由能記作G0，此時(shí)自由能的表達(dá)式：，此時(shí)自由

6、能的表達(dá)式：ppTVdPGG00現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第九頁(yè)，共83頁(yè)ppTdPVGG00對(duì)摩爾自由能來(lái)說(shuō)，則有因?yàn)镻RTV 代入上式積分后得pRTGGTln0理論上這個(gè)公式適用于氣態(tài)、固態(tài)和液態(tài)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十頁(yè)，共83頁(yè) 對(duì)理想溶液的化學(xué)位勢(shì)類似的可得：對(duì)理想溶液的化學(xué)位勢(shì)類似的可得： 對(duì)非理想溶液時(shí)，路易斯引入活度的概念，則上對(duì)非理想溶液時(shí)，路易斯引入活度的概念，則上式修改為：式修改為：iiiicfRT ln0iiicRT ln0式中，fi Ci稱為i組分的活度,fi稱為i組分的活度系數(shù).現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十一頁(yè)，共83頁(yè)二、磷位（勢(shì)）及其計(jì)算二、磷位（勢(shì)）及其計(jì)算 （一）磷位（勢(shì)）：（一）磷位（勢(shì)）

7、： 是用熱力學(xué)中化學(xué)位原理來(lái)表述土壤磷有效性是用熱力學(xué)中化學(xué)位原理來(lái)表述土壤磷有效性的一個(gè)強(qiáng)度指標(biāo)。的一個(gè)強(qiáng)度指標(biāo)。 最早提出的磷位是指磷酸一鈣位，其化學(xué)位的表最早提出的磷位是指磷酸一鈣位，其化學(xué)位的表達(dá)式為：達(dá)式為：現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十二頁(yè)，共83頁(yè)24222242)(0) 4()(lnPOHCaPOHCaPOHCaaRT21121).(nnaaa211122)().(42242POHPOHCaaCa則，Ca(H2PO4)2的離子活度為 電解質(zhì)正負(fù)離子的平均活度為：現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十三頁(yè)，共83頁(yè)代入磷酸位表達(dá)式，則為：代入磷酸位表達(dá)式，則為：3120)()().ln(422242242POHCa

8、POHCaPOHCaaRT)ln21(324222420)(POHCaPOHCaaRT現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十四頁(yè)，共83頁(yè)將ln化為 ，并用p代表 得得0)()(242242POHCaPOHCalglg)21(3203. 242POpHpCaRT現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十五頁(yè)，共83頁(yè))21()42(42POPHPCaKPOHCa整理后得兩種狀態(tài)的化學(xué)位差整理后得兩種狀態(tài)的化學(xué)位差上式中1/2pCa+pH2PO4, 稱為磷位，但它不是真正的磷位，因?yàn)樗鄙僖粋€(gè)系數(shù)K，但不影響磷位高低的比較 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十六頁(yè)，共83頁(yè)（二）磷位的意義（二）磷位的意義 用來(lái)衡量土壤中磷的有效性，通常磷位越用來(lái)衡量土壤中磷的有

9、效性，通常磷位越低，作物取走養(yǎng)分所付出的功就愈大，其低，作物取走養(yǎng)分所付出的功就愈大，其有效性也就愈差。有效性也就愈差?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十七頁(yè)，共83頁(yè))(21MgCappH4221POpHpCa 4231POpHpAl適用于中性、弱酸性和酸性土壤；4231POpHpFe4242121POpHPOpHpCa適用于石灰性土壤；石灰位，適用于一切土壤；適用于弱酸性和酸性土壤；現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十八頁(yè)，共83頁(yè)（三）磷位計(jì)算實(shí)例三）磷位計(jì)算實(shí)例P118 1、計(jì)算原理：、計(jì)算原理： （1）磷酸解離）磷酸解離 第一步：第一步：H3PO4 H+ + H2PO4- H+ H2PO4-=K1 H3PO4 第二步第二

10、步：H2PO4- H+ + HPO42- H+ HPO4-=K2 H2PO4- 第三步第三步：HPO4- H+ + PO43- H+ PO43- =K3 HPO42- 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十九頁(yè)，共83頁(yè) 根據(jù)這些關(guān)系式可求出在不同根據(jù)這些關(guān)系式可求出在不同pH條件下的各條件下的各種磷酸離子量。因?yàn)橥寥婪N磷酸離子量。因?yàn)橥寥纏H一般在一般在3.58.5之之間，所以在該范圍內(nèi)，其磷酸主要以間，所以在該范圍內(nèi)，其磷酸主要以H2PO4- 和和 HPO42- 兩種形態(tài)存在。此時(shí)有效磷濃度兩種形態(tài)存在。此時(shí)有效磷濃度等于這兩種形態(tài)磷濃度之和即：等于這兩種形態(tài)磷濃度之和即：442HPOPOHCCCp現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是

11、第二十頁(yè)，共83頁(yè)1、計(jì)算原理、計(jì)算原理 （2）求活度系數(shù)）求活度系數(shù)fi及活度及活度 根據(jù)前面的原理，要求根據(jù)前面的原理，要求pH2PO4- ,必須先求必須先求活度，根據(jù)活度與摩爾濃度之間的關(guān)系，活度，根據(jù)活度與摩爾濃度之間的關(guān)系，要先求活度系數(shù)。要先求活度系數(shù)。 根據(jù)路易斯關(guān)于離子強(qiáng)度的定義和德拜和根據(jù)路易斯關(guān)于離子強(qiáng)度的定義和德拜和休格爾提出離子強(qiáng)度與活度系數(shù)的關(guān)系可休格爾提出離子強(qiáng)度與活度系數(shù)的關(guān)系可用下列公式求得用下列公式求得f現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十一頁(yè)，共83頁(yè)IIZf1509. 0lg離子活度可以自己求算，也可以在一些參考書(shū)上查找，但要注意離子活度與離子強(qiáng)度（離子濃度有關(guān)）現(xiàn)在學(xué)習(xí)的

12、是第二十二頁(yè)，共83頁(yè)1、計(jì)算原理、計(jì)算原理 （3）求活度）求活度ai： 根據(jù)磷酸解離反應(yīng)式和離子活度與濃度的關(guān)系根據(jù)磷酸解離反應(yīng)式和離子活度與濃度的關(guān)系式，可求得活度式，可求得活度.1224.42fCKfCHPOHPOH式中f1,f2分別為H2PO4-和HPO42-的離子活度系數(shù)。又因CHPO4=CP-CH2PO4,代入上式得：現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十三頁(yè)，共83頁(yè)122.).(4242fCKfCCPOHPOHpH經(jīng)推導(dǎo)整理得：12224.2ffKfCHHpPOH現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十四頁(yè)，共83頁(yè) 同樣可求出：同樣可求出：212124.ffKfKCHpPOH從而知道了磷的總濃度Cp，pH，f1,f2

13、即可算出,442HPOPOH和現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十五頁(yè)，共83頁(yè)2、計(jì)算舉例、計(jì)算舉例 磷位計(jì)算方法：磷位計(jì)算方法： 稱土稱土50g，加，加100ml0.01mol/LCaCl2，搖動(dòng)，搖動(dòng)30分鐘，過(guò)分鐘，過(guò)濾，在濾液中測(cè)定濾，在濾液中測(cè)定pH，P，Ca和和Mg的含量，在酸性的含量，在酸性土上則測(cè)其土上則測(cè)其Fe、Al含量，設(shè)測(cè)得含量，設(shè)測(cè)得 Ca=520mg/L，相當(dāng)于，相當(dāng)于0.520/40=0.013mol/L，則，則Cca=1.3 x 10-2mol/L，Cl的濃度為的濃度為Ca的的2倍，倍，CCl =2.6 X 10-2mol/L pH =4.85 Cp=1.29mgP2O5/L，相

14、當(dāng)于，相當(dāng)于0.56mgP/L=1.8 X 10-5mol/L現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十六頁(yè)，共83頁(yè) （1）求離子強(qiáng)度和活度系數(shù)）求離子強(qiáng)度和活度系數(shù) 因?yàn)榻嵋菏且驗(yàn)榻嵋菏荂aCl2，其它離子濃度很低，故這里求，其它離子濃度很低，故這里求離子強(qiáng)度只考慮離子強(qiáng)度只考慮Ca和和Cl離子。根據(jù)前面公式求離子強(qiáng)離子。根據(jù)前面公式求離子強(qiáng)度及計(jì)算活度系數(shù)度及計(jì)算活度系數(shù)f，對(duì)于一價(jià)，對(duì)于一價(jià)Cl:08. 004. 0104. 01509. 0lg2Clf同樣，可求得f二價(jià)0.46，fH=0.89。這些數(shù)據(jù)可從相關(guān)表中查得。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十七頁(yè)，共83頁(yè)（2）求氫離子活度）求氫離子活度H 測(cè)得測(cè)得pH=4

15、.85，那么，那么，H=1.510-5mol/L。于是，氫離子活度于是，氫離子活度 H=fH.H=1.2510-5mol/L。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十八頁(yè)，共83頁(yè)（3）求）求Ca和和PCa 已知已知Cca=1.310-2mol/L，鈣離子的活度，鈣離子的活度Ca=fCaCca=0.59810-2mol/L pCa=-lgCa=2.22 1/2 pCa=1.11現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十九頁(yè)，共83頁(yè)（4）求）求H2PO4和和p H2PO4 122242ffKfCHHPPOH =1.4810-5mol/L則p H2PO4=4.83現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十頁(yè)，共83頁(yè)（5）計(jì)算磷位勢(shì)）計(jì)算磷位勢(shì) 1/2pca+pH

16、2PO4=5.94 磷位的大體臨界值為磷位的大體臨界值為7，當(dāng)，當(dāng)1/2Pca+PH2PO47時(shí)，土壤可能缺磷。時(shí)，土壤可能缺磷?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十一頁(yè)，共83頁(yè) 第二節(jié)第二節(jié) 評(píng)價(jià)植物營(yíng)養(yǎng)的其他研究方法評(píng)價(jià)植物營(yíng)養(yǎng)的其他研究方法 一、土壤系統(tǒng)熵研究方法一、土壤系統(tǒng)熵研究方法 （一）土壤系統(tǒng)熵（一）土壤系統(tǒng)熵:是土壤系統(tǒng)中單位物質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程中是土壤系統(tǒng)中單位物質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程中勢(shì)能的耗損。勢(shì)能的耗損。 在土壤營(yíng)養(yǎng)與肥力評(píng)判中，土壤系統(tǒng)墑就是表達(dá)在土壤營(yíng)養(yǎng)與肥力評(píng)判中，土壤系統(tǒng)墑就是表達(dá)投入土壤中的能源物質(zhì)。例如，肥料，能轉(zhuǎn)變成多少投入土壤中的能源物質(zhì)。例如，肥料，能轉(zhuǎn)變成多少功，有機(jī)質(zhì)或有機(jī)肥料是投入

17、土壤中最主要的能源物功，有機(jī)質(zhì)或有機(jī)肥料是投入土壤中最主要的能源物質(zhì)，有機(jī)質(zhì)在土壤中的分解與合成實(shí)際上就是能量的質(zhì)，有機(jī)質(zhì)在土壤中的分解與合成實(shí)際上就是能量的轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變。 土壤系統(tǒng)熵越低（一般是負(fù)值），則土壤營(yíng)養(yǎng)狀況土壤系統(tǒng)熵越低（一般是負(fù)值），則土壤營(yíng)養(yǎng)狀況或土壤肥力越高，反之系統(tǒng)熵越高（一般是正值）或土壤肥力越高，反之系統(tǒng)熵越高（一般是正值）則則 土壤營(yíng)養(yǎng)狀況或土壤肥力越低。土壤營(yíng)養(yǎng)狀況或土壤肥力越低?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十二頁(yè)，共83頁(yè)(二）土壤系統(tǒng)熵的計(jì)算二）土壤系統(tǒng)熵的計(jì)算 SE=S0+S1 S0：起始?jí)劊浩鹗級(jí)?表征土壤基礎(chǔ)肥力，它代表沒(méi)表征土壤基礎(chǔ)肥力，它代表沒(méi)有投入前土壤的自然生產(chǎn)

18、力，它可用以評(píng)有投入前土壤的自然生產(chǎn)力，它可用以評(píng)判土壤肥力類型。判土壤肥力類型。 S1 ：投入墑，指在農(nóng)田種植過(guò)程中，由于：投入墑，指在農(nóng)田種植過(guò)程中，由于投入而引起土壤的墑變。它可以用來(lái)表征投入而引起土壤的墑變。它可以用來(lái)表征投入后土壤的營(yíng)養(yǎng)狀況，也可檢驗(yàn)投入效投入后土壤的營(yíng)養(yǎng)狀況，也可檢驗(yàn)投入效益。益。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十三頁(yè)，共83頁(yè)1、土壤系統(tǒng)熵的計(jì)算公式：、土壤系統(tǒng)熵的計(jì)算公式：NNNEDhakgJkhaDhaS全氮含量每產(chǎn)量（每腐殖質(zhì)含量每11.)H式中DN為腐殖質(zhì)和有機(jī)氮的礦化率，全國(guó)DN平均數(shù)2.75 ，和k1分別表示腐殖質(zhì)和農(nóng)作物種子的析能系數(shù)分別為11106和8106H現(xiàn)

19、在學(xué)習(xí)的是第三十四頁(yè)，共83頁(yè)2、河北省曲周縣三種土壤的系統(tǒng)熵及其評(píng)判、河北省曲周縣三種土壤的系統(tǒng)熵及其評(píng)判現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十五頁(yè)，共83頁(yè)土壤 有機(jī)質(zhì) 全N 施氮量 施P2O5量 對(duì)照產(chǎn)量 施N產(chǎn)量 土壤系統(tǒng)熵106J （%） （kg/0.07ha） S0 S1 SE 1.34 0.087 0 0 282.9 - -145.9 8 0 362.4 -39.5 -185.4 16 0 368.0 -2.6 -148.4 8 4.5 422.0 -99.2 -245.1 1.08 0.077 0 0 196.6 -93.3 8 0 242.5 -5.9 -99.2 16 0 236.5 +19.

20、9 -73.4 8 4.5 333.3 -96.7 -19.0 0.92 0.064 0 0 82.3 +33.4 8 0 108.2 +14.1 +47.5 16 0 103.2 +29.3 +62.7 8 4.5 150.6 -28.3 +5.1 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十六頁(yè)，共83頁(yè)二、土壤電超濾（EUF）研究方法 （一）研究概況（一）研究概況 EUF法是法是Electro-ultrafiltration的縮寫(xiě)，是電滲的縮寫(xiě)，是電滲析與超微孔過(guò)濾相結(jié)合的物理化學(xué)方法。析與超微孔過(guò)濾相結(jié)合的物理化學(xué)方法。 1925年由德國(guó)年由德國(guó)Bechold首次提出首次提出， 1929年以后，年以后，Kott

21、gen等人將此法應(yīng)用于土壤測(cè)等人將此法應(yīng)用于土壤測(cè)試，并不斷改進(jìn)；試，并不斷改進(jìn)； 1971年德國(guó)年德國(guó)Nemeth根據(jù)田間試驗(yàn)校驗(yàn)結(jié)果，把根據(jù)田間試驗(yàn)校驗(yàn)結(jié)果，把原原EUF的恒電壓和恒溫裝置改為可變壓和變溫的的恒電壓和恒溫裝置改為可變壓和變溫的電子計(jì)算機(jī)自控程序儀器；電子計(jì)算機(jī)自控程序儀器； 1976以來(lái)，以來(lái)，EUF不斷改進(jìn)和應(yīng)用，在推薦施肥不斷改進(jìn)和應(yīng)用，在推薦施肥中取得了良好的效果。中取得了良好的效果?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十七頁(yè)，共83頁(yè)（二）（二）EUF的特點(diǎn)（與常規(guī)傳統(tǒng)化學(xué)浸提方法相比）的特點(diǎn)（與常規(guī)傳統(tǒng)化學(xué)浸提方法相比） 1、以水作為浸提劑，通過(guò)變溫變壓近似地模擬、以水作為浸提劑，通

22、過(guò)變溫變壓近似地模擬植物根系在土壤中通過(guò)質(zhì)流和擴(kuò)散吸取土壤溶液植物根系在土壤中通過(guò)質(zhì)流和擴(kuò)散吸取土壤溶液中養(yǎng)分的過(guò)程，避免了化學(xué)試劑對(duì)土壤礦物組成中養(yǎng)分的過(guò)程，避免了化學(xué)試劑對(duì)土壤礦物組成及理化性質(zhì)的影響，從而達(dá)到較合理地提取土壤及理化性質(zhì)的影響，從而達(dá)到較合理地提取土壤養(yǎng)分的目的。養(yǎng)分的目的?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十八頁(yè)，共83頁(yè) 2、EUF法與傳統(tǒng)浸提方法相比，更近似于土壤在生長(zhǎng)法與傳統(tǒng)浸提方法相比，更近似于土壤在生長(zhǎng)季節(jié)中養(yǎng)分的自然運(yùn)移狀態(tài)。季節(jié)中養(yǎng)分的自然運(yùn)移狀態(tài)。 3、由于采用了變溫變壓，浸提出養(yǎng)分有效性不同，、由于采用了變溫變壓，浸提出養(yǎng)分有效性不同，隨著浸提過(guò)程的不斷進(jìn)行，浸提出的養(yǎng)分

23、在電壓與減隨著浸提過(guò)程的不斷進(jìn)行，浸提出的養(yǎng)分在電壓與減壓抽濾的作用下不斷地被移出中室，不致發(fā)生土壤容壓抽濾的作用下不斷地被移出中室，不致發(fā)生土壤容易中養(yǎng)分的再吸附，因此易中養(yǎng)分的再吸附，因此EUF法是一種非平衡的浸提法是一種非平衡的浸提方法。不僅可以測(cè)定浸出養(yǎng)分的量，而且可以測(cè)出養(yǎng)方法。不僅可以測(cè)定浸出養(yǎng)分的量，而且可以測(cè)出養(yǎng)分的釋放速率，反應(yīng)養(yǎng)分的供應(yīng)動(dòng)態(tài)。分的釋放速率，反應(yīng)養(yǎng)分的供應(yīng)動(dòng)態(tài)。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十九頁(yè)，共83頁(yè)（三）（三）EUF儀器構(gòu)造與工作原理儀器構(gòu)造與工作原理 原理：原理： 在可變電場(chǎng)的作用下，陽(yáng)離子為陰極所吸在可變電場(chǎng)的作用下，陽(yáng)離子為陰極所吸引，而陰離子為陽(yáng)極所吸引，由

24、于溶解和引，而陰離子為陽(yáng)極所吸引，由于溶解和吸附的離子不能達(dá)到平衡，使吸附的離子吸附的離子不能達(dá)到平衡，使吸附的離子不斷釋放到溶液中，陽(yáng)離子的解吸速率和不斷釋放到溶液中，陽(yáng)離子的解吸速率和磷酸鹽，碳酸鹽的溶解速率與所加電壓成磷酸鹽，碳酸鹽的溶解速率與所加電壓成正比與土壤對(duì)離子的結(jié)合成反比。正比與土壤對(duì)離子的結(jié)合成反比?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十頁(yè)，共83頁(yè)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十一頁(yè)，共83頁(yè)反應(yīng)：反應(yīng)： 陰極：吸引陽(yáng)離子，發(fā)生還原反應(yīng)陰極：吸引陽(yáng)離子，發(fā)生還原反應(yīng) 2Na+2e2Na0 2Na+2H202NaOH +H2+Q 其它陽(yáng)離子的作用與其它陽(yáng)離子的作用與Na相似，均以氫氧化相似，均以氫氧化物存于陰

25、極室。除物存于陰極室。除K、Na、Ca外，大部分外，大部分Mg及重金屬元素以氫氧化物沉淀積在陰極及重金屬元素以氫氧化物沉淀積在陰極濾紙上，并不進(jìn)入慮液。濾紙上，并不進(jìn)入慮液?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十二頁(yè)，共83頁(yè) 陽(yáng)極：吸引陰離子，發(fā)生氧化反應(yīng)。陽(yáng)極：吸引陰離子，發(fā)生氧化反應(yīng)。 NO3-e NO3. NO3.+H2ONO3-+ OH.+H+ 2OH.H2O+1/2O2 兩極反應(yīng)產(chǎn)生的兩極反應(yīng)產(chǎn)生的H+和和OH-不斷隨著溶液排不斷隨著溶液排出中室，中室出中室，中室pH的變化減至最小程度。的變化減至最小程度。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十三頁(yè)，共83頁(yè)電壓變化：電壓變化： 0-5min 電壓電壓50v 溫度溫度20

26、 5-30min 電壓電壓200v 溫度溫度20 30-35min 電壓電壓400v溫度溫度20或或80 前兩項(xiàng)浸提出的為有效養(yǎng)分（其結(jié)果與生前兩項(xiàng)浸提出的為有效養(yǎng)分（其結(jié)果與生物有效養(yǎng)分有較好的相關(guān)性），最后一項(xiàng)物有效養(yǎng)分有較好的相關(guān)性），最后一項(xiàng)浸提出的是貯備態(tài)養(yǎng)分。浸提出的是貯備態(tài)養(yǎng)分?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十四頁(yè)，共83頁(yè) 注意：注意： 若測(cè)定其中的若測(cè)定其中的K、Na、Ca則每則每5分鐘取陰分鐘取陰極室中的極室中的K、Na、Ca，（同時(shí)把陽(yáng)極室中，（同時(shí)把陽(yáng)極室中提取液丟棄，或用于分析其中的提取液丟棄，或用于分析其中的NO3-和和SO42-等陰離子的含量）測(cè)定其中的等陰離子的含量）測(cè)定其中

27、的K、Na、Ca，據(jù)此做出，據(jù)此做出EUF-K解吸曲線解吸曲線 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十五頁(yè)，共83頁(yè)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十六頁(yè)，共83頁(yè)說(shuō)明說(shuō)明 1、010分鐘解吸的鉀量表示強(qiáng)度因素（溶液分鐘解吸的鉀量表示強(qiáng)度因素（溶液中濃度）中濃度） 2、035分鐘解吸的鉀量表示容量因素分鐘解吸的鉀量表示容量因素 3、510分鐘內(nèi)解吸的鉀量，即曲線上的線段分鐘內(nèi)解吸的鉀量，即曲線上的線段AB。 4、3035分鐘內(nèi)解吸的鉀量即曲線上的線段分鐘內(nèi)解吸的鉀量即曲線上的線段CD。表示緩沖容量，。表示緩沖容量，CD越大，則整個(gè)生長(zhǎng)季越大，則整個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)土壤溶液中鉀的濃度也越高，所以，節(jié)土壤溶液中鉀的濃度也越高，所以，AB/C

28、D越大，則土壤對(duì)鉀的固定能力越低，若越大，則土壤對(duì)鉀的固定能力越低，若AB/CD3,則土壤不固定鉀。則土壤不固定鉀?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十七頁(yè)，共83頁(yè) （四）（四） EUF法在土壤肥力與植物營(yíng)法在土壤肥力與植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)科中的應(yīng)用養(yǎng)學(xué)科中的應(yīng)用現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十八頁(yè)，共83頁(yè)1、鑒定土壤中的碳酸鹽、鑒定土壤中的碳酸鹽 用三組分超濾即用三組分超濾即0-10min（20），），10-30min（20），），30-35min（80）在控流條件下測(cè)試）在控流條件下測(cè)試EUF-K和和EUF-P，并按下式計(jì)算和判別：，并按下式計(jì)算和判別：120K-EUF C80值值或值或PEUFKCEUFPEUF120K-CE

29、UF80值值或值或PEUFKCEUFPEUF碳酸鹽土壤非碳酸鹽土壤現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十九頁(yè)，共83頁(yè)2、指導(dǎo)鎂肥的施用、指導(dǎo)鎂肥的施用 按常規(guī)分別測(cè)定鎂（按常規(guī)分別測(cè)定鎂（Mg），超濾后把陰極），超濾后把陰極 （K）的濾紙浸在）的濾紙浸在1mol/LHCl中，中，24h再測(cè)定再測(cè)定 Mg，把三組分，把三組分Mg的量與超濾后陰極濾紙浸的量與超濾后陰極濾紙浸 在在1mol/lHCl中測(cè)定中測(cè)定Mg的量之和為該土壤中的量之和為該土壤中 Mg的總量，若的總量，若Mg的總量的總量0.5-1.0 伊利石類型伊利石類型現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十二頁(yè)，共83頁(yè)5、根據(jù)、根據(jù)EUF-NO3換算土壤剖面無(wú)機(jī)氮換算土壤剖面無(wú)

30、機(jī)氮（Nmin） 根據(jù)德國(guó)根據(jù)德國(guó)Gissen大學(xué)大學(xué)Mengel教授的研教授的研 究，可從究，可從EUF-NO3換算換算Nmin，為氮肥推，為氮肥推 薦施肥提供依據(jù)，換算公式如下：薦施肥提供依據(jù)，換算公式如下： Nmin=0.95 EUFNO320-0.44 r=+0.96*現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十三頁(yè)，共83頁(yè) 6、EUF-吸光量（吸光量（EUF-Q)表征土壤有效氮表征土壤有效氮的測(cè)定的測(cè)定現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十四頁(yè)，共83頁(yè)三、植物根對(duì)養(yǎng)分離子吸收的動(dòng)力學(xué)研究三、植物根對(duì)養(yǎng)分離子吸收的動(dòng)力學(xué)研究 一、研究目的和意義一、研究目的和意義 通過(guò)測(cè)定植物根系養(yǎng)分離子吸收動(dòng)力學(xué)參數(shù)通過(guò)測(cè)定植物根系養(yǎng)分離子吸

31、收動(dòng)力學(xué)參數(shù)可以描述根系養(yǎng)分吸收特性、闡明吸收效率的機(jī)可以描述根系養(yǎng)分吸收特性、闡明吸收效率的機(jī)理，預(yù)測(cè)根系對(duì)養(yǎng)分的吸收（由養(yǎng)分吸收動(dòng)力學(xué)理，預(yù)測(cè)根系對(duì)養(yǎng)分的吸收（由養(yǎng)分吸收動(dòng)力學(xué)方程式和根系從土壤中吸收養(yǎng)分的數(shù)學(xué)模型共同方程式和根系從土壤中吸收養(yǎng)分的數(shù)學(xué)模型共同得出），評(píng)價(jià)植物基因型對(duì)環(huán)境養(yǎng)分狀況的適應(yīng)得出），評(píng)價(jià)植物基因型對(duì)環(huán)境養(yǎng)分狀況的適應(yīng)性。性。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十五頁(yè)，共83頁(yè)例如例如: （1）具有高）具有高Vmax和低和低Km的植物能適應(yīng)廣泛的的植物能適應(yīng)廣泛的營(yíng)養(yǎng)條件；營(yíng)養(yǎng)條件； Vmax和和Km均高的植物適于高濃度的養(yǎng)分條件，均高的植物適于高濃度的養(yǎng)分條件， 低低Vmax和和Km

32、的植物適應(yīng)低養(yǎng)分狀況，低的植物適應(yīng)低養(yǎng)分狀況，低Vmax和和高高Km植物在任何條件下都是不利的）植物在任何條件下都是不利的）.現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十六頁(yè)，共83頁(yè) （2）可以鑒定和篩選吸收高效基因型）可以鑒定和篩選吸收高效基因型 從理論上講高從理論上講高Vmax、低、低Cmin（Cmin稱為臨稱為臨界濃度，該值越小，植物吸收能力越強(qiáng)，界濃度，該值越小，植物吸收能力越強(qiáng)，耐瘠能力越大）和耐瘠能力越大）和Km意味著高效率的養(yǎng)分意味著高效率的養(yǎng)分吸收，篩選高吸收，篩選高Vmax、低、低Cmin和和Km的品種或的品種或用這些性狀來(lái)育種，可以改善品種的吸收用這些性狀來(lái)育種，可以改善品種的吸收效率）。效率）。

33、現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十七頁(yè)，共83頁(yè)二二 、養(yǎng)分離子吸收動(dòng)力學(xué)方程的建立、養(yǎng)分離子吸收動(dòng)力學(xué)方程的建立 (一）原理：一）原理： Ep-stein（埃普斯坦）等認(rèn)為根系對(duì)離子吸收的動(dòng)（埃普斯坦）等認(rèn)為根系對(duì)離子吸收的動(dòng)力學(xué)過(guò)程可以用描述酶促反應(yīng)的米氏（力學(xué)過(guò)程可以用描述酶促反應(yīng)的米氏（Michelis-Menten）方程模擬：）方程模擬： K1 K3 M+ + R MR R+ M+ K2 K4現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十八頁(yè)，共83頁(yè) S EESE P底物 酶 酶底物 酶 產(chǎn)物 S C ES C S 離子(外) 載體 離子載體 載體 離子(內(nèi))K1K3K2K1K3K2現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十九頁(yè)，共83頁(yè) 離子泵假

34、說(shuō)圖示ATP酶陰離子載體ATPH2PO3 ADP + H2O OH + ADPK、Na HOH 陰離子H2OHH3PO4 外界 膜 細(xì)胞質(zhì) 離子運(yùn)輸過(guò)程可見(jiàn)：陽(yáng)離子的吸收實(shí)質(zhì)上是 H的反向運(yùn)輸； 陰離子的吸收實(shí)質(zhì)上是OH的反向運(yùn)輸現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十頁(yè)，共83頁(yè)H+ -ATPase現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十一頁(yè)，共83頁(yè) 設(shè)離子從膜內(nèi)向外部運(yùn)輸設(shè)離子從膜內(nèi)向外部運(yùn)輸是可以忽略的，即是可以忽略的，即K4=0，則則132KKKKm其中Km稱為米氏常數(shù)，可反應(yīng)載體對(duì)離子的親和性，該值越大，說(shuō)明載體對(duì)離子的親和力越 小，反之。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十二頁(yè)，共83頁(yè)離子吸收速率可由下式描述離子吸收速率可由下式描述 其中

35、，其中，V為離子吸收速率，為離子吸收速率，Vmax為最大吸收為最大吸收速率，速率，C是介質(zhì)離子濃度。介質(zhì)離子濃度是介質(zhì)離子濃度。介質(zhì)離子濃度與吸收速率關(guān)系的飽和曲線如圖所示。與吸收速率關(guān)系的飽和曲線如圖所示。CKCVVm.max現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十三頁(yè)，共83頁(yè) 根系吸收離子動(dòng)力曲線 1/2Imax Km 離子濃度（C） Km等于V=1/2Vmax時(shí)的介質(zhì)離子濃度 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十四頁(yè)，共83頁(yè)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十五頁(yè)，共83頁(yè)（二）離子吸收動(dòng)力學(xué)方程建立的技術(shù)（二）離子吸收動(dòng)力學(xué)方程建立的技術(shù) 要建立動(dòng)力學(xué)方程關(guān)鍵是確定米氏方程的有要建立動(dòng)力學(xué)方程關(guān)鍵是確定米氏方程的有關(guān)參數(shù)關(guān)參數(shù) ： 方法是

36、方法是對(duì)式兩邊取倒數(shù)對(duì)式兩邊取倒數(shù)使其變?yōu)榫€性方程：使其變?yōu)榫€性方程：maxmax1.1VCVKVm現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十六頁(yè)，共83頁(yè) 然后：繪成然后：繪成 對(duì)對(duì) 坐標(biāo)圖后可獲得一坐標(biāo)圖后可獲得一 條斜率為條斜率為 的直線（如圖），進(jìn)而求出的直線（如圖），進(jìn)而求出 參數(shù)參數(shù)Vmax和和Km（當(dāng)（當(dāng)V=1/2Vmax時(shí)的介質(zhì)濃時(shí)的介質(zhì)濃度）度）V1C1maxIKm現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十七頁(yè)，共83頁(yè) 斜率=Km/ Vmax1/C 1/V 截距=1/Vmax 1/Km現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十八頁(yè)，共83頁(yè)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十九頁(yè)，共83頁(yè)修正后的養(yǎng)分吸收動(dòng)力學(xué)方程為修正后的養(yǎng)分吸收動(dòng)力學(xué)方程為 )().(min

37、minmaxCCKCCVVmnVn 進(jìn)入植物根的離子凈流入量，稱為凈吸收速率； Vmax 離子的最大吸收速率； C 介質(zhì)（土壤溶液或營(yíng)養(yǎng)液）的濃度；Cmin 稱為臨界濃度或最低平衡濃度，是離子的吸收速率等于零時(shí)，介質(zhì)中該離子的最低濃度； Km 為米氏常數(shù)，其意義是當(dāng)離子吸收速率等于最大吸收速率一半，Vn=1/2Vmax時(shí)介質(zhì)的離子濃度； 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七十頁(yè)，共83頁(yè)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七十一頁(yè)，共83頁(yè)（三）獲得離子吸收動(dòng)力學(xué)方程參數(shù)常用的方法（三）獲得離子吸收動(dòng)力學(xué)方程參數(shù)常用的方法 1、耗竭試驗(yàn)法、耗竭試驗(yàn)法 2、同位素標(biāo)記試驗(yàn)法、同位素標(biāo)記試驗(yàn)法 3、流動(dòng)培養(yǎng)法等、流動(dòng)培養(yǎng)法等 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是

38、第七十二頁(yè)，共83頁(yè)（四）用耗竭試驗(yàn)法求養(yǎng)分吸收動(dòng)力學(xué)參數(shù)（四）用耗竭試驗(yàn)法求養(yǎng)分吸收動(dòng)力學(xué)參數(shù)1、測(cè)定方法：、測(cè)定方法： 使植株在無(wú)該養(yǎng)分離子培養(yǎng)液或無(wú)離子水使植株在無(wú)該養(yǎng)分離子培養(yǎng)液或無(wú)離子水中培養(yǎng)一段時(shí)間，使植物處于饑餓狀態(tài)。中培養(yǎng)一段時(shí)間，使植物處于饑餓狀態(tài)。然后移至一定濃度的培養(yǎng)液中，并按一定然后移至一定濃度的培養(yǎng)液中，并按一定時(shí)間間隔測(cè)定植物對(duì)養(yǎng)分離子吸收量。得時(shí)間間隔測(cè)定植物對(duì)養(yǎng)分離子吸收量。得到耗竭時(shí)間和離子濃度變化的關(guān)系曲線。到耗竭時(shí)間和離子濃度變化的關(guān)系曲線?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七十三頁(yè)，共83頁(yè)2、參數(shù)求解方法、參數(shù)求解方法 （1）圖解法：）圖解法： 以養(yǎng)分離子濃度以養(yǎng)分離子濃度C為縱坐標(biāo)，以耗竭時(shí)間為縱坐標(biāo)，以耗竭時(shí)間t為橫坐標(biāo)，繪制濃度時(shí)間的變化曲線，根據(jù)為橫坐標(biāo)，繪制濃度時(shí)間的變化曲線，根據(jù)原理可得養(yǎng)分離子吸收動(dòng)力學(xué)方程。原理可得養(yǎng)分離子吸收動(dòng)力學(xué)方程?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七