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1、第一单元 土壤酸碱性的改良,专题5：为现代农业技术添翼,中国土壤酸碱性分布规律,中国土壤的酸碱性反应，pH一般在49之间，大多数在4.58.5之间。在地理分布上有“东南酸西北碱”的规律性。大致可以长江为界（北纬3335），长江以南的土壤为酸性或强酸性，长江以北的土壤多为中性或碱性。我国土壤的酸碱性南北差异很大，由南向北土壤pH相差7个等级。如吉林、内蒙古、华北的碱土pH值有的高达10.5，而台湾的新八仙山和广东省丁湖山、五指山的黄壤，pH值有的低至3.63.8。,我国土壤酸碱度分级,思考：造成土壤酸、碱性的原因是什么？,1、土壤酸性形成的原因：矿物风化过程中产生的无机酸或大量二氧化碳；土壤中强
2、酸弱碱盐的水解；胶体上吸附的H+;有机质分解产生的有机酸、氧化作用产生CO2、以及施肥加入的酸性物质，如（NH4）2SO4和NH4C1等生理酸性肥料施入到土壤中；或者土壤中的氨气转化产生硝酸、硫化物转化成硫酸；再有酸雨的影响。,2、土壤碱化的原因土壤强碱弱酸盐的水解，如Na2CO3、NaHCO3等;土壤所吸附的OH-、Na+等被其他阴离子交换；土壤有机物中氮被微生物分解生成氨；过度使用尿素；,2、影响土壤微生物活性 土壤中的细菌、真菌和其他生物能够分解垃圾和生物遗体，使生物生存所必需的化学物质得以循环。但是土壤中的微生物的生物活性又跟土壤的酸碱性有关，如土壤细菌和放线菌适宜于中性和微碱性环境；
3、在强酸性土壤中真菌则占优势。,考虑：为何要对土壤进行酸碱性改良？,在pH6.5附近，大多数营养元素的有效性都较高。N、K、S元素在微酸性、中 性、碱性土壤中都较高。P元素在中性土壤中有效性最高，pH7时有效性降低。Ca和Mg在有效性大，在强酸性和强碱性土壤中有效性较低。Fe、Mn、Cu、Zn等微量元素有效性在酸性和强酸性高。pH5.05.5时，铝和锰的溶解度升高，对许多生物产生毒害作用。,3、影响养分的转化和有效性,对胶体带电性的影响：土壤环境pH 值高时，土壤胶体负电荷数量增多，相应 于阳离子交换量也增加，土壤保肥性、供肥性增强。pH低，则反之。土壤反应影响土壤胶体上吸附的阳离子种类，进而影
4、响土壤的物理性质。如：红壤胶体上氢、铝离子多，钙离子少，所以结构不良；东北黑土中钙离子多，加之有机质含量高，形成了丰富的团粒结构，物理性状好。,4、影响土壤物化性质,不同作物对土壤酸碱性都有一定的要求，这是植物长期的自然选择的结果。常见植物对土壤pH的要求见下表：,5、植物生长与土壤酸碱环境有关,植物适宜的pH范围,考虑：如何对土壤的酸碱性进行改良？,一、先要进行土壤酸碱性的测定,见教材P86活动与探究,二、土壤酸碱性改良的具体做法,一般采用施石灰的办法。使用的石灰材料是生石灰（CaO）,(1)土壤酸性的调节,施用石灰的益处,1、降低酸度；2、抑制铁、铝、锰的毒性；3、提高磷酸盐、钼酸盐等的有
5、效性；4、提高微生物的活性；,（2）土壤碱性的调节：碱性土的不良性质是由于交换性钠的存在，因此碱土改良的基本任务，在于消除或降低交换钠的含量。,方法1：加入酸性物质，如硫磺、硫酸等。同时增加盐分。,方法2：加入含钙物质，如石膏、石灰石、氧化钙等。,考虑：化肥与农药有何区别？,化肥主要目的是提供作物生长所需要的营养元素；农药主要目的是杀死影响植物生长的害虫和杂草；,考虑：农作物的生长过程中需要不断地吸收各种营养物质，如果少了一种都可能引起植物发生疾病。植物需要哪些营养元素？哪些需要人为补充呢？,考虑：各种化肥对作物生长的影响是什么？,磷对小麦生长的影响,土壤供钾水平不同对水稻的影响,讨论:如果用
6、氨水直接作肥料有哪些不利影响？,运输不便，储存时易挥发，施肥过程中如果使用喷洒的方法会使味道很难闻而且大量氨挥发导致肥效降低，长期使用还使土壤酸碱度发生变化。,讨论：如何改进才能克服氨水的缺点呢？,硝酸铵简称硝铵，白色固体。硝铵吸湿性很强，容易结块，有时潮解成糊状，使用困难。而且硝铵在运输过程中不能受撞击，对于已结块的硝铵不能敲击粉碎，以免引起爆炸。硫酸铵不能长期使用。因为硫铵是酸性肥料，长期使用会引起酸根积累，破坏土壤结构；在石灰性土壤使用使土壤板结。氯化铵不宜施于忌氯作物，如甘蔗、甜菜、马铃薯、柑橘等，会严重影响作物生长。碳铵不宜撒施。因为碳铵性质不稳定，撒放地表极易挥发损失。,18世纪德
7、国化学家维勒首次用无机物合成了尿素：,CO(NH2)2,1、尿素，又称碳酰二胺，无色、无味、无嗅的针状或棱状结晶体。含氮量达46.67%，是一种高效氮肥。,2、尿素是人类历史上第一次用无机物合成的有机物。从而打破人们对有机物的传统认识。,1、将氨与二氧化碳反应生成氨基甲酸铵,2、使氨基甲酸铵脱水得到尿素,早期，尿素工业生产的原理：,未反应的氨和二氧化碳不返回原料系统，而是送到另一个车间加工成硫酸铵或硝酸铵。,1、传统的尿素合成工艺也充分考虑了原料氨的利用，为什么要改进为半循环法或全循环法？,讨 论,2、何为半循环法和全循环法？,3、使用尿素有哪些优点？,（1）含氮量高，肥效高。（2）尿素本身是
8、中性的，适用于各种土壤及各种农作物，不会产生对土壤有害的化学基团，长期使用不会使土壤酸化、变硬甚至板结。尿素水解后释放氨气被植物吸收作为养分外，还产生二氧化碳供农作物吸收利用。（3）尿素可以作基肥，也可作追肥；可以在根外施加，也可在农作物叶面上喷施。,信息：磷元素是作物生长的必需元素。但是土壤中磷的含量不多，一般是0.05%-0.35%，其中可被作物吸收的有效磷一般为30%左右。因此必须不断向土壤中补充磷肥，以满足农作物生长的需要。但是磷肥施入土壤后，农作物吸收利用的只有施用量的20%-40%。为何磷元素流失这么大？怎样的磷酸盐才能作为化肥？,作为磷肥的条件：1、含磷量要达到一定值。常以五氧化
9、二磷的含量来衡量磷肥效率。2、磷肥必须是能溶于水的磷酸盐或经过一定的化学反应处理后转化成可溶性磷。,请以Ca5(PO4)3F为原料，分别与硫酸和磷酸反应，Ca(H2PO4)2 H2O为目标产物的反应方程式。,2Ca5(PO4)3F+7H2SO4+3H2O=3Ca(H2PO4)2H2O+7CaSO4+2HF,过磷酸钙含有有效五氧化二磷约12%-20%，是一种具有微酸性的速效磷肥，可适用于各种土壤。,Ca5(PO4)3F+7H3PO4+5H2O=5Ca(H2PO4)2H2O+HF,*含有效磷浓度高，有效五氧化二磷含量可达4552%*易吸湿，结块。,重过磷酸钙,（重钙）,考虑1：土壤中的含钾量一般在
10、0.3%-2.5%左右，比氮和磷高得多。为何还要施以钾肥？,考虑2：钾肥的主要来源？,考虑3：根据教材P93，图5-8物质的溶解度曲线，试讨论怎样从钾石盐中提取氯化钾？,可在室温下制备氯化钾和氯化钠的饱和溶液，然后将溶液加热到100度。由于100度时，氯化钾的溶解度高于氯化钠，故用这种溶液去浸泡钾石盐，那么其中的氯化钾又可以溶解进去，而氯化钠不会再溶解。直到氯化钾也达到饱和状态，再将溶液冷却下来，就会有氯化钾结晶出来。再通过重结晶提纯。,考虑4：施用草木灰应注意哪些问题？,施用草木灰时，不要在大雨前施用，施用后也不宜大量浇水，因为草木灰中的钾盐主要是碳酸钾，极易溶于水，很容易流失。另外，草木灰
11、是碱性的，不能与硫酸氨及碳酸铵等酸性化肥混用，否则易造成氨肥的损失。,看外观.氮肥、钾肥都是白色晶体；磷肥是灰白色粉末。,加水.氮肥、钾肥都溶于水；磷肥大多不溶于水或部分溶于水。,灼烧.铵态氮肥有氨味气体产生；钾肥不燃烧，在灼烧时可跳动或有炸裂声，火焰呈紫色。,4.加熟石灰.铵态氮肥(铵盐)能放出具有刺激性气味的氨气.,考虑：你能用简易方法识别氮肥、磷肥和钾肥吗？,注意：防止化肥施用对环境造成的污染,要合理施用化肥，减少污染，保障食品卫生，维护地球的生态平衡，努力做到可持续发展,怎样做到合理使用化肥？,农药,农药是一种化学物质，用于防治病、虫、草害和鼠害等，包括杀虫剂、杀菌剂、除草剂、灭鼠剂以
12、及调节植物生长的化学药品和生物药品。,根据联合国粮农组织(FAO)统计资料表明，全世界由于使用农药防治病虫害挽回的农产品的损失占世界粮食总产量的35-40左右。我国粮食作物由于使用化学农药，每年挽回的粮食损失近3000万吨，对我国这样一个在世界上人口最多，人均耕地最少的人口大国、农药对缓解人口与粮食的矛盾中发挥了重要作用。,人类很早就开始使用农药。在我国古代人们就用燃烧植物的方法来阻止虫害的蔓延，如用艾菊等天然物质作驱避剂和杀虫剂。19世界80年代，法国农民用硫酸铜、生石灰为原料配制波尔多液，用来防治葡萄病害。,1947年，德国著名化学家米勒合成了一种有机氯化合物，化合物中含有两个氯苯和一个三
13、氯甲基，化学名称为2,2-双-(对氯苯基)简称为DDT(我国又称滴滴涕或二二三)。,后来，瑞士科学家米勒开始研究有机氯化合物与杀虫活性之间的关系，发现DDT具有以下几个特征：,(1)对害虫毒性很高：(2)对温血动物和植物相对无害；(3)无刺激性，气味很小；(4)能广泛施用；(5)化学性质稳定且残效期长；(6)价廉且容易大量生产。,DDT的杀虫功效,DDT具有很好的广普杀虫作用。能够有效地消灭森林害虫、棉花害虫、蔬菜害虫等、在防治棉花蕾期害虫、越冬红蛉虫、果树害虫和粘虫等效果尤为突出。作为有机合成农药，DDT的效率高、用量少，易于使用。DDT还能有效地消灭蚊、蝇、蚤、虱、臭虫等卫生害虫，在防治致
14、命的传染病如斑疹伤寒和疟疾中屡建奇功。,由于DDT的神奇作用、使用的范围和场所越来越广，在20世纪40年代DDT的使用量达到了顶峰。我国在1946年开始小规模地生产DDT，新中国成立后，农药工业开始快速地发展、1951年首次用飞机喷洒DDT，消灭蚊子。1948年到1970年间，使用DDT防治伊蚊，挽回了5000万人的生命，使成亿的人摆脱了传染病，为此，米勒获得诺贝尔奖。,DDT的危害,DDT的化学性质稳定、不易降解，在自然界及生物体内可以较长时间存在，通过食物铰富集、毒性增大、导致鱼类和鸟类的死亡，甚至在南极大陆定居的企鹅体内都有DDT的存在，对人类的健康也构成了威胁。,而且由于农药的杀伤力，
15、不仅害虫被消灭了，还消灭了(甚至是灭绝了)许多有益的昆虫，这些昆虫是害虫的天敌，导致生态平衡的破坏、除此之外，害虫和杂草的抗药性也是不客忽视的现象，随着农药大量长期的使用，一些害虫的耐药性越来越高，以至一些农药失去效用。,美国海洋生物学家雷切尔卡尔进出版的寂静的春天一书中，列举了大量的事实，说明了DDT对生态环境的严重影响。20世纪70年代起，美国及西欧等发达国家开始限制和禁止使用DDT。我国子1983年宣布停止生产和使用DDT，从此DDT这一曾经为人类健康和农业发展做出过杰出贡以的农药退出了历史舞台。,DDT:功臣还是灾难,在有机氯杀虫剂之后发展起来的第二代农药是有机磷杀虫剂，它成为与害虫争
16、夺粮食的有利武器。常有敌敌畏、甲胺磷等，在我国农村曾得到广泛的应用。到目前为止，有机磷农药的产量仍为各类杀虫剂之首。在我国其产量和品种，约占农药用量的一半左右。试分析为什么有机磷杀虫剂经久不衰并仍在发展。,有机磷农药可以被植物吸收，又对植物无害，而昆虫食用这种带毒性的植物后会很快中毒死亡，因而具有极大的杀伤力。有机磷农药在自然界容易降解，不会导致环境污染，不会造成过高的残留，对动物和作物也安全。,考虑：未来农药的发展方向是什么？试举例说明？,方向1：研制具有高效、低毒、低残留等特点的农药,拟除虫菊酯是近年来发展较快的一类重要的合成杀虫剂。拟除虫菊酯分子较大,亲脂性强,可溶于多种有机溶剂,在水中
17、的溶解度小,在酸性条件下稳定,在碱性条件下易分解。拟除虫菊酯具有高效、广谱、低毒、低残留和生物降解等特性,拟除虫菊酯和除虫菊酯杀虫剂在光和土壤微生物的作用下易转变成极性化合物,不易造成污染。拟除虫菊酯主要应用在农业上,如防治棉花、蔬菜和果树的食叶和食果害虫,特别是在有机磷、氨基甲酸酯出现抗药性的情况下,其优点更为明显。除此之外,拟除虫菊酯还作为家庭用杀虫剂被广泛应用,它可防治蚊蝇、蟑螂及牲畜寄生虫等。,方向2：研究早熟素和植物生长调节剂，把昆虫扼杀在摇篮里。,早熟素能使幼虫早熟变态，成为没有生育能力的成虫。未来农药应该是与自然、环境的相容性高，对人畜比较安全的生物农药和仿生农药，应该体现“易降
18、解、低残留、高活性、对环境和生物安全有益”的思路，使人和自然能够和谐相处。,植物生长调节剂是一类依据一些作物生长的控制因素研制出的有机物。它直接作用于作物，能调节植物生长、发育，还具有某些其他的生理功能。化学除草剂就是利用化学物质对植物生长机理的影响而制成的药剂。根据植物的不同生理过程，利用某些化学物质的作用，可使杂草的生长受到抑制，而这种化学物质又不会影响作物生长，从而达到除草的目地。,讨论：为什么和梨放在一起的青西红柿隔一段时间 后会变红而成熟？在日常生活中，我们还可以采用哪些方法使水果尽快成熟？,讨论：可见，目前使用的农药大都具有一定的毒性，因此在储存和使用农药时更应注意安全，请大家讨论
19、有关农药使用的几个问题：1、为什么盛放农药的容器不能随处清洗？不能用来盛放食品？2、在食用瓜、果、蔬菜时应注意什么问题？3、施用农药时，不宜在高温下或大风时，为什么？4、敌敌畏或甲胺磷中毒时，为什么用碱性溶液（如2%碳酸氢钠溶液）洗肠，并服用泻药硫酸镁？,无土栽培中用人工配制的培养液，供给植物矿物营养的需要。表中列出了几种常用的营养液配方。多年的实践证明，大豆、菜豆、豌豆、小麦、水稻、燕麦、甜菜、马铃薯、甘蓝、叶莴苣、番茄、黄瓜等作物，无土栽培的产量都比土壤栽培的高。由于植物对养分的要求因种类和生长发育的阶段而异，所以配方也要相应地改变，例如叶菜类需要较多的氮素（N），N可以促进叶片的生长；番
20、茄、黄瓜要开花结果，比叶菜类需要较多的P，K，Ca，需要的N则比叶菜类少些。生长发育时期不同，植物对营养元素的需要也不一样。对苗期的番茄培养液里的N，P，K等元素可以少些；长大以后，就要增加其供应量。夏季日照长，光强、温度都高，番茄需要的N比秋季、初冬时多。在秋季、初冬生长的番茄要求较多的K，以改善其果实的质量。培养同一种植物，在它的一生中也要不断地修改培养液的配方。无土栽培中营养液成分易于控制。而且可以随时调节，在光照、温度适宜而没有土壤的地方，如沙漠、海滩、荒岛，只要有一定量的淡水供应，便可进行。大都市的近郊和家庭也可用无土栽培法种蔬菜花卉。,讨论：无土栽培的关键是什么？,营养液的配制,注
21、意1：水质的要求，一般来说要达到饮用水的标准。如雨水、井水、自来水、河水。当然事先要进行检测，并进行必要的处理。,注意2：营养液配方随栽培作物的品种和生长阶段而定，以满足植物在不同生长期的需要。在生产中还必须根据实际情况改进配方。,讨论：无土栽培的方式有哪些？,二、固体栽培,三、喷雾栽培,将植物的根系悬挂于栽培槽的空气中，以喷雾的形式供给根系营养和水分，这样可大大节省营养和水分，同时根系供养情况又好，有利于根系的发育，但技术要求很高。,无土栽培有哪些优、缺点,交流与讨论,表11几种作物无土与有土栽培产量比较,表12新鲜番茄矿质元素含量（占鲜重%）,表13不同栽培方式茄子产量与水分消耗情况,1.
22、产量高、品质好、效益大；2.水分和养分利用率高；3.减轻病虫害，节省费用；4.省工、省时、省力，节省土地；5.易于实现工厂化、现代化生产。,缺点：1、一次性投资较大，需要增添设备；2、如果营养源受到污染，容易蔓延，营养液配制需要技术知识。3、管理者需要对应的栽培技术。,四、优点,无土栽培前景展望,从历史上来看，农业文明标志，就是人类对作物生长发育的干预和控制程度。实践证明，对作物地上部分的环境条件的控制，比较容易做到，但对地下部分的控制（根系的控制），在常规土培条件下很困难的。无土栽培技术的出现，使人类获得了包括无机营养条件在内的，对作物生长全部环境条件进行精密控制的能力，从而使得农业生产有可
23、能彻底摆脱自然条件的制约，完全按照人的愿望，向着自动化、机械化和工厂化的生产方式发展。这将会使农作物的产量得以几倍、几十倍甚至成百倍地增长。从资源的角度看，耕地是一种极为宝贵的、不可再生的资源。由于无土栽培可以将许多不可耕地加以开发利用，所以使得不能再生的耕地资源得到了扩展和补充，这对于缓和及解决地球上日益严重的耕地问题，有着深远的意义。无土栽培不但可使地球上许多荒漠变成绿洲，而且在不久的将来，海洋、太空也将成为新的开发利用领域。美国已将无土栽培列为国该国本世纪要发展的十大高技术交流会上，就是关于宇宙空间植物栽培的研究报告，那只能是无土栽培。因而无土栽培技术在日本，已被许多科学家做为研究”宇宙
24、农场”的有力手段，人们称为太空时代的农业，已经不再是不可思议的问题。,水资源的问题，也是世界上日益严重地威胁人类的生存发展的大问题。不仅在干旱地区，就是在发达的人口稠密的大城市，水资源紧缺也越来越突出。随着人口的不断增长，各种水资源被超量开采，某些地区已近枯竭。所以控制农业用水是节水的措施之一，而无土栽培，避免了水分大量的渗漏和流失，使得难以再生的水资源得到补偿。它必将成为节水型农业、旱区农业的必由之路。诚然，无土栽培技术在走向实用化的进程中也存在不少问题。突出的问题是成本高、一次性投资大；同时还要求较高的管理水平，管理人员必须具备一定的科学知识，这也不是任何地方都能做到的。从理论上讲，进一步研究矿质营养状况的生理指标，减少管理上的盲目性，也是有待解决的问题。此外，无土栽培中的病虫防治，基质和营养液的消毒，废弃基质的处理等等，也需进一步研究解决。但是随着科学技术的发展、提高，更重要的是这项新技术本身固有的种种优越性，已向人们显示了无限广阔的发展前景。,
