第2讲 土壤养分的植物吸收和迁移
植物的养分吸收和利用
植物的养分吸收和利用植物的生长和发育需要各种营养物质的支持，而植物通过根系从土壤中吸收养分。
养分吸收是植物生理学中的重要研究领域之一，它关系到植物的健康和生长。
一、植物的养分需求植物需要多种养分来完成其正常生长。
其中，主要的养分包括氮、磷、钾、镁、锌、铁等。
这些养分在土壤中以离子的形式存在，植物通过根系吸收并利用它们。
二、植物的养分吸收路径植物的养分吸收主要通过根系进行。
植物的根系具有丰富的分枝和毛细根，这增大了根系在土壤中的接触面积，提高了养分的吸收效率。
植物根系的吸收路径包括三部分：根毛吸收功能区、根皮层细胞的转运、维管束中的长距离运输。
1.根毛吸收功能区根毛是植物根的表皮特化细胞，它们具有较大的表面积和丰富的离子转运器。
根毛通过离子转运蛋白和活跃的积累转运等机制，吸收土壤中的营养物质。
2.根皮层细胞的转运根皮层细胞是根毛吸收的第一站。
在根皮层细胞内，通过离子转运蛋白的作用，养分以离子的形式穿过细胞膜进入根内。
这一过程称为离子渗透。
3.维管束中的长距离运输吸收到的营养物质在根内通过维管束系统长距离运输到植物体的不同部位。
这一过程主要依赖于植物的转运蛋白和根压力的作用。
三、植物对养分的利用植物从土壤中吸收到的养分通过不同的代谢途径和转化反应，被利用于植物体的各个组织和器官。
1.氮的利用植物通过根系吸收土壤中的硝酸盐和铵盐，进一步转化为氨基酸和蛋白质。
蛋白质是植物体内的重要组成部分，同时还参与到植物体的光合作用以及其他生理过程中。
2.磷的利用磷是植物体内的重要元素，参与到能量代谢和信号传导等多种生理过程中。
植物通过根系吸收土壤中的磷酸盐，进一步合成成为核酸和磷脂等生物分子。
3.钾的利用钾是植物体内的主要阳离子，参与到细胞内的离子平衡调节、细胞壁合成等生理过程中。
植物通过根系吸收土壤中的钾盐，维持细胞内外钾离子的相对浓度平衡。
四、调控植物养分吸收和利用的因素植物的养分吸收和利用受到多种因素的影响，其中包括土壤特性、水分、温度、光照等因素。
土壤养分循环(精)
（五）土壤磷的调节
1、活性磷和磷的固定
只有那些不溶性磷化合物和保持在粘粒或有 机质中的固持态磷才称为固定态的磷，这部分磷 占土壤全磷的95%以上，又称为非活性磷。
土壤中可被植物吸收的磷组分称为土壤的有效磷
2、提高土壤磷有效性的途径。
（1） 土壤酸碱度 pH6.5-6.8之间为宜，可减少磷的固定作用，提高土壤磷 的有效性。 （2） 土壤有机质 ① 有机阴离子与磷酸根竞争固相表面专性吸附点位， 从而减少了土壤对磷的吸附。 ② 有机物分解产生的有机酸和其它螯合剂的作用， 将部分固定态磷释放为可溶态。 ③ 腐殖质可在铁、铝氧化物等胶体表面形成保护膜， 减少对磷酸根的吸附。 ④ 有机质分解产生的CO2,溶于水形成H2CO3,增加钙、 镁、磷酸盐的溶解度。
硝态氮化合物
（2）硝化作用
硝化微生物 2NO2- + O2 2NO3- + 40千卡 以(硝化细菌Nitrobacter为主)
在通气良好的条件下，硝化作用的速率＞亚硝化 作用＞铵化作用，因此，在正常土壤中，很少有亚硝 态氮和铵态氮及氨的积累。
反硝化作用的条件是
1）具反硝化能力的细菌，反硝化细菌现已知有33个属，多数 是异养型，也有几种是化学自养型，但在多数农田都不重要； 2）合适的电子供体，如有机 C化合物、还原性硫化合物或分 子态氢；有效态碳的影响最大; 3）厌氧条件，与田间持水量大小密切相关； 嫌气状态 O2 < 5%或土壤溶液中 [O2] < 4 10-6M Eh < 344mv (pH = 5时)
3．粘粒矿物对铵的固定
我国北方的土壤中，能固铵的粘粒矿物较多，但其 土壤中铵极少，而南方水田的铵态较多，而能固定铵的 粘土矿物不多。因此，铵的粘土矿物固定在我国的意义 不大。
植物养分吸收与土壤养分有效性的关系分析
植物养分吸收与土壤养分有效性的关系分析植物养分吸收是指植物从土壤中吸收养分的过程，而土壤养分有效性则表示土壤中养分的可供利用程度。
植物的生长和发育与土壤养分有效性密切相关，因此研究植物养分吸收与土壤养分有效性的关系对于合理施肥和提高植物产量具有重要意义。
一、植物养分吸收过程植物养分吸收主要通过根系进行。
当植物的根进入土壤时，根毛通过对土壤的吸水以及排泄根系分泌的物质，可以吸附和解离固体态养分。
吸附态养分则通过根系吸收进入植物体内，进而参与植物的代谢和生长。
二、土壤养分有效性的评价指标土壤养分有效性的评价指标通常包括速效态养分和潜在态养分。
速效态养分是指植物根系能够直接吸收利用的养分，如土壤中的氨态氮、硝态氮和磷酸盐等。
潜在态养分则是指在土壤中以有机形式存在，需要经过一定过程转化成速效态养分才能被植物吸收利用。
三、植物养分吸收与土壤养分有效性的关系植物的生长和发育与土壤的养分有效性密切相关。
养分的速效态在一定程度上反映了土壤中植物养分吸收的能力。
速效态养分的含量越高，土壤的养分供应越充足，植物的营养状况也会相对较好。
土壤中养分的有效性受到多种因素的影响。
首先，土壤pH值的酸碱度对养分的有效性有影响。
一些养分在酸性土壤中会被固定或与矿物质结合，导致其有效性下降。
而在碱性土壤中，一些养分则容易形成难溶的化合物，同样影响了其有效性。
其次，土壤的理化性质对养分的有效性也起着重要作用。
土壤的颗粒结构、保水能力和通气性等特性会影响根系对养分的吸收和利用。
土壤蓬松度较高、含水量适宜以及通气性良好的土壤有利于根系生长和为植物提供养分。
此外，土壤中的微生物活动对养分的有效性也有显著影响。
一些微生物如根际微生物和土壤细菌可以通过生产有机酸和酶的分解作用，促进养分的转化和矿化，提高养分的速效性。
四、提高土壤养分有效性的途径为了改善土壤中养分的有效性，可采取以下措施：1. 调节土壤pH值。
酸性土壤可通过石灰石等基肥进行中和，提高土壤的pH值；碱性土壤可通过添加有机质物质，进行酸性化处理。
第四章土壤污染化学第二节污染物在土壤-植物体系中的迁移及其机制
5. 施肥
施肥可以改变土壤的理化性质和重金属的存在形态， 因此也会影响重金属在土壤——农作物系统中的迁移 转化，但影响机制十分复杂。 以磷肥为例，磷酸根能与Cd形成共沉淀而降低Cd的 有效性，施用磷肥可以抑制土壤Cd污染; 此外，P和As 是同族元素，二者存在竞争吸附，施用磷肥能有效地 促进土壤As的释放和迁移，使As不易富集在植物的根 际土壤中，从而降低了As的生物有效性。
（1）pH值
pH值的大小显著影响土壤中重金属的存在形态和土壤对 重金属的吸附量。
原因：土壤胶体一般带负电荷，而重金属在土壤-农作物 系统中大都以阳离子的形式存在，因此，土壤pH越低，H+ 浓度越高，重金属被解吸的越多，其活动性就越强，向生 物体内迁移的数量越大。 土壤中以阴离子状态存在的重金属，情况正好相反。
土壤背景值中含量较高的元素有：Mn、Cr、Zn、Cu、 Ni 、 La 、 Pb 、 Co 、 As 、 Be 、 Hg 、 Se 、 Sc 、 Mo (mg/kg)
2.土壤重金属污染土壤的特点
重金属不被土壤微生物降解，可在土壤中不断积累，也 可以被植物富集，并通过食物链在人体内积累，危害人体 健康。
2. 重金属在土壤剖面中的迁移转化规律
土壤柱淋溶实验表明：淋溶液中Hg、Cd、As、Pb95%以 上被土壤吸附。 在土壤剖面中，重金属无论是其总量还是存在形态，均表 现出明显的垂直分布规律，其中可耕层成为重金属的富集 层。������ 土壤中的重金属有向根际土壤迁移的趋势，且根际土壤中 重金属的有效态含量高于土体，这可能与植物根系的特性 和分泌物有关。
2. 铜
土壤中铜含量在2-100mg/kg之间，平均含量为20mg/kg。 污染土壤中的铜主要在表层积累，并沿土壤的纵深垂直分 布递减，这是由于进入土壤的铜被表层土壤的黏土矿物吸 附，同时，表层土壤的有机质与铜结合形成螯合物，使铜 离子不易向下层移动。
植物的营养元素吸收和转运教学
基本方法：介绍实 验方法和数据分析 方法
实例分析：通过实 例分析帮助学生理 解基本概念、基本 原理和基本方法
实验教学：进行实验操作，观察实验现象，分析实验结 果
实验目的：了解植物营养元素吸收和转 运的过程
实验观察：观察实验现象，记录数据
实验材料：植物样本、实验仪器、试剂 等
实验分析：分析实验结果，得出结论
和转运
温度：温度会 影响植物营养 元素的吸收和 转运，过高或 过低的温度都 会影响植物的
生长和发育
水分：水分是 植物吸收营养 元素的重要因 素，水分不足 或过多都会影 响植物的生长
和发育
土壤：土壤的 酸碱度、养分 含量和土壤结 构都会影响植 物营养元素的
吸收和转运
教学目的和要 求
掌握植物营养元素吸收和转运的基本原理
理解植物营养元素 吸收和转运的过程
掌握植物营养元素 吸收和转运的关键 因素
学会运用植物营养 元素吸收和转运的 原理进行实践操作
提高植物营养元素 吸收和转运的效率 ，促进植物生长
了解植物营养元素吸收和转运的实践应用
掌握植物营养元素 吸收和转运的基本 原理
学会运用这些原理 进行植物营养元素 的吸收和转运实验
实验步骤：按照实验手册进行实验操作
实验报告：撰写实验报告，总结实验结 果和心得
案例分析：分析实际案例，加深对理论知识的理解
案例背景：介 绍实际案例的
背景和目的
营养元素吸收： 分析植物如何 吸收营养元素
营养元素转运： 分析植物如何 将吸收的营养 元素转运到需
要的部位
案例总结：总 结案例分析， 强调理论知识 在实际中的应
过程被利用
营养元素在植物体内的转运效率
营养元素吸收：植物通过根系吸收营养元素 转运方式：营养元素通过木质部和韧皮部进行长距离运输 转运效率：营养元素的转运效率受到多种因素影响，如植物种类、生长条件等 转运机制：营养元素在植物体内的转运机制尚不完全清楚，需要进一步研究
第二节 污染物在土壤中的-植物体系中的迁移及其机制
土壤中有机质含量 土壤有机质含量高的土壤对重金属的吸附能力高， 土壤有机质含量高的土壤对重金属的吸附能力高，土壤中各 元素的含量都与有机质含量呈现正比， 元素的含量都与有机质含量呈现正比，但重金属各组分的含量 与有机质含量的大小没有密切的关系。 与有机质含量的大小没有密切的关系。
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土壤中重金属污染
重金属Cd、 、 、 等诱导合成植物络合素 重金属 、Cu、Hg、Pb等诱导合成植物络合素 （PC）。 ）。
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3
土壤中的污染物以重金属比较突出，重金属在土壤 中积累，并转化为毒性更大的甲基化合物，并通过食 物链在人体富集。 进入土壤中的重金属： 吸附在土壤中，溶解或者不溶解 被其他生物、植物吸收 进入水体，离开土体 挥发进入大气
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一、土壤中的重金属
土壤背景值 土壤本身含有微量的金属元素， 土壤本身含有微量的金属元素 ， 其中很多是作物 生长必需的微量营养元素， Mn、Zn、Cu等 生长必需的微量营养元素，如Mn、Zn、Cu等。不同地 区土壤中重金属的种类和含量也有很大差别。 区土壤中重金属的种类和含量也有很大差别。 因此土壤背景值就是指在未受污染的情况下， 因此土壤背景值就是指在未受污染的情况下，天 土壤背景值就是指在未受污染的情况下 然土壤中的化学元素的基线含量。 然土壤中的化学元素的基线含量。 土壤背景值中含量较高的元素为： 土壤背景值中含量较高的元素为：Mn、Cr、Zn、 、 、 、 Cu、Ni、La、Pb、Co、 As、Be、Hg、Se、Sc钪 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 Mo
1、植物对土壤中重金属的富集规律： 、植物对土壤中重金属的富集规律： 豆类>水稻 小麦>玉米 水稻>小麦 玉米； 茎叶>颖壳 豆类 水稻 小麦 玉米； 根>茎叶 颖壳 籽实 茎叶 颖壳>籽实 2、重金属在土壤剖面中的迁移转化规律： 、重金属在土壤剖面中的迁移转化规律： 垂直分布规律：可耕层成为重金属的富集层 成为重金属的富集层； 垂直分布规律：可耕层成为重金属的富集层； 根际土壤>土体 根际土壤 土体 3、土壤对重金属离子的吸附固定原理： 、土壤对重金属离子的吸附固定原理： 土壤中胶体中对吸附贡献大的除有机质外， 土壤中胶体中对吸附贡献大的除有机质外，主要是 铁等氧化物。 锰、铁等氧化物。
植物的养分吸收与土壤相互作用
植物的养分吸收与土壤相互作用植物是通过根系吸收土壤中的营养物质来维持其生长与发育的。
与土壤相互作用是植物养分吸收的关键过程之一。
本文将探讨植物的养分吸收与土壤相互作用的机制和影响因素。
一、土壤中的养分土壤是植物生长的基质，包含丰富的养分供植物吸收利用。
主要的养分元素包括氮（N）、磷（P）、钾（K）以及一些微量元素如铁（Fe）、锌（Zn）、锰（Mn）等。
这些养分元素在土壤中以无机形态存在，或者与有机质结合成有机养分。
其中，氮、磷、钾是植物生长发育所需的主要营养元素，因此植物对于这三种元素的吸收需求较高。
二、植物养分吸收的机制植物通过根系吸收土壤中的养分是一个复杂的物质转运过程。
主要有以下几个步骤：1. 附着：养分元素与根系表面发生物理或化学吸附，使其暂时停留在根附近。
2. 渗透：养分元素通过渗透作用穿过根的细胞膜，并进入根内。
3. 传导：养分元素在根内通过细胞间隙或细胞内部的传导进行运输。
4. 吸附：养分元素在根内的细胞质或细胞壁上发生化学吸附。
5. 转运：养分元素在根系内通过细胞间隙的转运，从根尖到根基部或进入植物体内。
三、土壤特性对养分吸收的影响土壤的理化性质对植物养分吸收有着重要的影响。
以下几个因素是影响养分吸收的主要因素：1. pH值：土壤的酸碱度对养分的有效性和可利用性有着明显的影响。
不同的植物对于土壤pH值的适应范围有所差异，一些植物对酸性土壤适应性较强，而另一些植物则对碱性土壤更为适应。
2. 土壤结构：土壤结构的紧密度、通透性和肥力对植物养分吸收起着重要作用。
良好的土壤结构有助于根系伸展和吸收营养物质。
3. 营养元素含量：土壤中各种养分元素的含量和比例决定了植物吸收养分的供应情况。
土壤的养分含量过低或过高都会限制植物对养分的吸收能力。
4. 土壤湿度：土壤水分对植物养分吸收和运输起着至关重要的作用。
适当的土壤湿度可以促进养分的溶解和根系吸收。
5. 土壤微生物：土壤中的微生物活动对植物养分吸收也具有一定的影响。
《养分吸收》
第一节 养分吸收概述
二． 吸收养分的主要器官
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根系吸收矿质养分的部位：根毛区 成熟区：细胞壁出现角质和木栓质，细 胞壁透性降低。 根毛区：单位面积吸收量少，但面积大， 不易积累，是吸收养分的主要部位。 伸长区：易吸收养分，输导组织没有完 全分化，养分积累多，不易运走 分生区：对养分、水分透性差
初始 4 天后* 浓度 玉米 蚕豆
K+
2.00 0.14 0.67
Ca2+
1.00 0.94 0.59
Na+
0.32 0.51 0.58
H2PO4- 0.25 0.06 0.09
NO3SO42-
2.00 0.13 0.07 0.67 0.61 0.81
*未补充蒸腾损失的水分 整理ppt
根汁液中浓 度（mmol/L）
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质膜 +
（ ）为溶质
上坡
自由能变化
0
扩散
下坡
通过类脂
与载体相连 -
通过含水孔隙
离子跨膜的主动（“上坡”）和被动（“下坡”）运输图示 整理ppt
第二节 养分被动吸收
第二节 被动吸收 被动吸收的特点 被动吸收的方式
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被动吸收（非代谢吸收）：溶质分子或离子无选择性 地顺着浓度差梯度或电化学势梯度进入细胞的过程。
运载分子
通道蛋白
载体蛋白
高膜脂
电化学势梯度
简单扩散
易化扩散
能量
主动运输
低
被动运输
细胞膜上两种离子运载蛋白 整理ppt
第一节 养分吸收概述
3 .2 溶质透过质膜的机理
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第一节 养分吸收概述
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土壤常见的吸收方式
土壤常见的吸收方式土壤是地球表面的重要组成部分，它不仅为植物提供了生长所需的养分和水分，还具有吸收、储存和转运物质的功能。
土壤常见的吸收方式主要包括根系吸收、离子交换和微生物作用等。
本文将详细介绍这些吸收方式及其机制。
1. 根系吸收根系吸收是土壤中物质进入植物体内最主要的途径之一。
植物根系通过根毛增加与土壤颗粒接触面积，从而提高吸收效率。
根毛表面有许多微小的细胞壁突起，称为毛管，它们通过渗透作用将水分和溶解在其中的养分从土壤中吸收到植物体内。
除了水分和养分外，根系还能吸收一些重金属离子、有机污染物等。
这些物质进入植物后可能会对其生长发育产生负面影响，因此根系对于筛选和选择性吸收也起到了重要作用。
2. 离子交换离子交换是土壤中物质吸附和释放的重要机制之一。
土壤中含有许多带电的颗粒，如黏土矿物和有机质等，它们能够与溶液中的离子发生吸附作用。
当土壤中存在更多的阳离子时，它们会与颗粒表面的阴离子发生交换，从而使溶液中的阳离子进入土壤团聚体内。
离子交换对于土壤中养分的供应和植物对养分的吸收起到了重要作用。
植物根系通过释放根系分泌物，如有机酸、氨基酸等，能够促进土壤中养分的释放和交换。
此外，离子交换还可以调节土壤pH值，并影响土壤中微量元素的有效性。
3. 微生物作用微生物在土壤中起着至关重要的角色，它们能够参与多种化学反应和转化过程，并影响物质在土壤中的吸收和转运。
微生物通过代谢活动产生酶类，这些酶类能够降解有机物质、矿化养分，并将其释放到土壤中。
微生物还能够与植物根系形成共生关系，如根瘤菌与豆科植物的共生，能够将大气中的氮转化为植物可利用的氨态氮。
此外，一些微生物还能够降解土壤中的有机污染物，起到净化土壤环境的作用。
4. 土壤孔隙结构土壤孔隙结构对于物质在土壤中的吸收和转运具有重要影响。
土壤孔隙包括毛细孔、微孔和大孔等不同尺度的空隙。
其中，毛细孔是最小的孔隙，主要由黏土颗粒之间的空隙组成，能够保持一定水分和养分。