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| 植物營養與施肥基礎知識 在1640年(明朝萬歷年間)一個叫萬海爾蒙特的人，為了探索植物生長需要什么養料，做了一個實驗。他在一個陶瓷缸里裝了200磅烘干的土壤，然后用雨水澆濕，并插上一根據需要和可能磅重的柳樹枝條，插條后，除了必要時澆雨水或蒸餾水外，沒有在陶瓷缸中加過任何東西。為了避免塵土從外落入，還在陶瓷缸上蓋上一塊有小空的鍍錫鐵皮。經過五年的時間，柳樹長大了，重量為169磅，而土壤重量只減少了2盎司(即56.克)。根據這個實驗萬海爾蒙特特認為柳樹增加的重量都是由水單獨供養起來的。因此他得出一個結論認為水是植物的唯一養料。在在今天來萬海爾蒙特忽視了兩個重要因素，也就是空氣和土壤中的礦質養分(即減少了2盎司的真正原因)很多科學實驗，常有這種由于忽略了某一個不易被人發覺的因素，而得出一個看起來很正確，但實際是完全錯誤的結論。幾年后，還有研究者在水中加硝土來培養植物，發現硝能使植物產量大為增加。因此，提出硝酸鹽是植物生長根本要素的假說，并認為土壤肥力和肥料的作用都應完全歸功于硝酸鹽。一直到十八世紀后期，當時研究植物營養的科學家一致認為，硝、水、氣、火、土都在一定程度上有助于植物生長，但哪一個作用最大，則有爭論。究竟植物養分的主要來源是什么?是什么東西對植物起營養作用?索秀爾提出二氧化碳、礦物質元素、空氣和水是植物生長的必需元素。泰伊爾德國腐殖質營養學說的代表人物。他認為腐殖質是決定土壤肥力的主要因素。是土壤中唯一可作為植物營養的物質，而礦物質只不過起著間接的作用。他認為礦物質有加速腐殖質轉變為植物吸收的養分的作用。布森高1843年他在阿爾薩斯省伯舍布隆地方創建了世界上第一個農業試驗站。并采用索秀爾的實驗方法，完成了許多關于植物營養的研究工作。他極力推行氮素營養學說，并發現豆科植物有利用空氣中的氮素的本領，能使土壤的含氮量增加，而谷物作物只能吸收土壤中的化合態氮素，不能增加土壤的氮含量，甚至還會使土壤的含氮量明顯減少。布森高的氮營養學說，對于氮素肥料在農業生產中的作用以及栽培豆科綠肥以提高產量，都起了很大的促進作用。李比希德國農業化學家提出礦物質學說、養分歸還學說。是農業化學發展史上一個里程碑式的人物。他的學說至今還指導著農業生產。普良尼施尼可夫蘇聯農業化學家提出了生物與環境統一的觀點，他把植物、土壤、肥料三者聯系起來，研究它們的相互關系，并進一步用施肥的方法來調節，以提高作物產量和改善產品品質。1860年德國植物生理學家尤馮薩克斯第一次用水培的方法培養出完全正常的植物。所謂水培法就是把已知的營養元素的化學試劑溶解在水中，然后把植物根浸在營養物質的水溶液中進行培養。用這種方法來培養植物，常常稱為溶液培養或水培，而培養植物的水溶液稱為營養液。水培試驗的成功，使得研究植物所需營養物質的種類和數量有了可能。科學家在研究植物營養時，可對營養液中的化學成分加以控制。他們能有意識地不供給某一種化學元素，并觀察植物生長是否正常。這樣可以確定哪些元素是植物生長不可缺少的。 1939年美國兩個植物生理學家提出了鑒定必需營養元素的三個標準：一、對植物不供給這種元素，便完不成其生活周期(或稱為生命循環)二、這各元素在植物生長中的作用，沒有別的元素可以代替。三、這種營養元素對植物起直接營養作用，而不是間接改善環境的作用。除了必需營養元素以外，植物體內所含的其它元素，一般認為是非必需營養元素。但鋇、鈉、鈷、硅、鎳等元素對植物生長有良好的影響。但是可以預計，隨著今后實驗方法改進試劑純化，以及測試技術的現代化，一定還會發現有更多的化學元素為植物的必須元素。在16種必須元素之中，由于植物對它們的需求量不同，又可分為大量元素和微量元素。大量元素一般占植物干質重量的百分之幾十到千分之幾，它們是碳、氫、氧、氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫九種。微量元素的含量則只占干質重量的千分之幾以下到十萬之幾。它們是鐵、硼、錳、銅、鋅、鉬、氯七種。其中碳、氫、氧來自水和空氣，而其它元素都來自土壤。只有豆科植物還可以從空氣中得到一部分氮素。這就是說，土壤不僅是植物立足的場所，而且還是植物所需養分的供給者，養分供應狀況往往是直接影響作物產量的重要因素，因此，提高土壤保肥和供肥能力是十分重要的。在各種營養元素之中，氮、磷、鉀三種是植物需要量和收獲時帶走較多的營養元素，而它們通過?茬和根的形式歸還給土壤的數量卻不多，往往表現為土壤中有效含量較少，因此在養分供求之間不能協調，并明顯地影響著作物產量的提高。為了改變這種養分不足的狀況，逐步地提高作物的生產水平往往需要通過施肥加以調節，因此氮、磷、鉀被稱為“肥料三要素”。碳、氫、氧在植物體中含量最多，總和約占植物干重的90%以上。它們含在各種重要的有機化合物中，如碳水化合物、蛋白質、脂肪、有機酸等。光合作用的最初產物是由它們構成的。光合作用的產物??糖，是植物呼吸作用及植物體內一系列代謝作用所需能量的來源。同時也是合成其它有機有化合物的原料。氧和氮在植物體內生物生物氧化過程中也起著很重要的作用。氮是植物生長不可缺少的必須營養元素之一。它在很多方面直接或間接地影響著植物生長發育和代謝，因為它是植物體內許多重要的有機化合物的成分。它是蛋白質、核酸、葉綠素、植物酶、維生素、生物堿、的主要成分。促進細胞分裂與生長，使作物葉面積大濃綠色。缺氮時生長緩慢，植株矮小，葉片薄小，發黃;禾本科植物表現為分枝少，易早衰。過量的氮素會使細胞壁變薄且肥大，柔軟多汁，易受病蟲侵襲，對惡劣天氣失去抗性，導致生育期延長貪青晚熟;對一些塊莖、塊根作物，只長葉子，不易結果。 磷：促進根系發育及新生器官的形成，有利于作物體內干質的積累，谷物籽粒飽滿，塊莖、塊根作物淀粉含量高，瓜果、疏菜糖分提高。使作物具有抗旱、抗寒特性。缺磷時，植物生長緩慢，根系發育不良，葉色紫紅，上部葉片深綠發暗，分蘗少分蘗遲，生育期推遲，出現穗小、粒少、籽秕;玉米禿頂，油菜脫莢，棉花落花落蕾，成桃少，吐絮晚。過磷作物呼吸作用強烈，消耗大量糖份和能量，無效分蘗增多，葉色濃綠，葉片密厚，節間過短，植株矮小，生長受阻。因早熟而產量降低;蔬菜纖維含量高，煙草燃燒性差;能引起鋅、鐵、鎂等元素的缺乏，加重了對作物的不利影響。 鉀：促進光合作用，適量的鉀的光合速率是低鉀量的2倍以上。促進植物對氮的吸收利用。增強植物的抗性如干旱、低溫、含鹽量、病病蟲危害、倒伏等。能減輕水稻的胡麻葉斑病、稻瘟病、赤枯病、玉米的莖腐病、棉花的紅葉莖枯病、煙草花葉病等危害。缺鉀：葉邊緣呈焦枯狀。葉卷曲，褐黃色斑點、或壞死。 鈣：形成細胞壁，促進細胞分裂、根系發育、增強植物的吸收能力，并能消除某些離子的毒害作用。缺鈣：幼葉卷曲，粘化爛空，根尖細胞腐爛死亡。 鎂：它是葉綠素的組成成分，許多酶的活化劑。能促進磷的吸收。合成維生素A、C，和鈣、鉀、銨、氫等離子有拮抗作用。 硫：能促進氮的吸收，對呼吸有重要作用。硫還是某些植物油的成分。缺硫時葉綠素含量低，根瘤形成少。 鐵：是葉綠素成分，對呼吸和代謝有重要作用，缺鐵時上部葉子出現失綠癥。 硼：能促進碳水化合物及生長素的正常運轉。促進生殖器官的正常發育，還能調節水分吸收和氧化還原過程。缺硼：生長點和維管束受損。過硼：葉形發皺葉色發白。 錳：是多種生酶的成分和活化器劑。參與呼吸、光合、硝酸還原作用。能提高作物的含糖率和塊根產量。銅：參與呼吸作用，提高葉綠素的穩定性。缺銅：生殖器官發育受阻。 鋅：對植物體內物質的水解、氧化還原及蛋白質的合成有重要作用。能提高籽粒重量，改變子實和莖桿的比率。水稻的縮苗癥、玉米的白葉癥都是由缺鋅引起的。 鉬：促進豆科作物固氮，促進光合作用的強度，消除酸土壤中活性鋁的毒害作用。缺鉬時植株矮小生長受阻，葉片失綠、枯萎以致壞死。 氯：參與光合作用，對許多植物有著相反的作用。各種營養元素的作用是同等重要不可代替的，缺一不可，否則整個生命周期不能完成。人們往往強調氮、磷、鉀三要素，這僅僅是由于植物與土壤之間在供求數量上不協調，需要通過施肥措施來調節。而未被強調的那些營養元素并非不重要，不施用，現以達到必需采用施肥來調節的程度。微生物肥料正好滿足作物對中微量元素的需求，使土壤達到最佳的供給水平。 合理施肥的基本原理和依據：1、最小養分律，作物的生長和產量受最小因子的供給水平限制，產量常因該因子的供給水平的增減而出現浮動。2、限制因子律，在植物生長過程中影響作物生長的因子很多，不僅限于養分，把養分條件擴大為整個生態因子(光照、溫度、水分、空氣、養分和機械支持)，作物和產量決定于這些因子，并要求它們之間有良好的配合。假如其中某一元素和其它元素的配合失去平衡，就會影響甚至完全阻礙作物生長，并最終必然會表現在產量上。3、最適因子律，植物本身適應能力是有限的，只有當各項條件處于最適狀態時植物產量才能達到最高水平。4、報酬遞減律，作物的經濟回報不是隨施肥量的增加而無限增加，到一定程度后，出現回報率愈來愈少。在生產中我們一定要注意施肥量和回報的關系。環境對植物營養的影響看作是合理施肥的重要依據，影響肥效的因素有五個方面，即作物本身的營養特性、土壤性質、氣候條件、肥料性質和農業措施。不同農作物形成100斤經濟產量吸收氮、磷、鉀養分的數量比例如下表所列。
作物施肥的主要原理：根據氣候條件、作物營養特性、土壤肥力、輪作制度以及栽培技術等到方面，還要考慮經濟效益和社會效益。農業的主要特點是綠色植物可以利用太陽光能，在葉綠體中將光能轉變為含有高能鍵的化合物，主要是腺三磷(ATP)，供CO2化，最后形成碳水化合物以及其它物質。因此施肥首先要考慮如何提高光能的利用。就是說，如何提高光合作用。 光合作用需要C、H、O以及微量元素Fe、Zn、Cu，所形成的糖分還需要運到其它組織中，因此K、B能促進糖分的運輸，有利于光合作用的繼續進行。Ca能穩定類囊體膜的結構，鉬是硝酸還原酶的組成成分促進氮的吸收，鉀、鎂有利于促進光能的利用，加強二氧化碳的同化，有利于作物產量的提高。合理施肥必須從農業生態的觀點，研究營養物質在農業生產過程中的循環，特別在“食物鍵”循環，創建良性循環的過程，避免惡性循環。這樣才能保證正常的農業生態系統，并以施肥等措施促進這一正常的循環。施肥與食物鍵氮肥有一多半未被作物吸收利用，硝態氮易于淋失，或由于反硝作用造成游離態氮和氧化氮揮發損失，硝酸鹽在地下水的富集，污染水質，人、畜飲用，轉入體內，可將血紅蛋白轉為高鐵血紅蛋白，降低血攜帶氧的功能，造成血紅蛋白變性癥。硝酸鹽經過硝酸還原酶的作用，可轉為亞硝酸鹽，再與食物中所含的二級胺化合物化合，生成亞硝酸胺，亞硝酸胺是致癌物質，為害更大。山西陽城一帶的食道癌高發區，證明是由于地下水硝酸鹽含量高引起的。因此提高氮肥利用率不僅可以減少氮肥的損失，而且還可避免水體的污染，保護人、畜的健康。氮肥深施到還原層，，則可減少硝化作用。既可提高化肥的利用率又可減少硝酸鹽的危害。化學肥料與有機肥配合施用，既可促進有機質的礦，又可延長化肥的肥效，也能提高化肥的利用率減少氮肥污染。作物營養診斷所謂“營養診斷”就是通過種種方法進行調查觀察來判斷作物的營養狀況是處于缺乏、適當或過剩為合理施肥提供依據，以達到不斷提高作物產量和收進品質的目的。作物的生產效率是受作物種類的遺傳性質和環境條件??氣候、土壤所支配。在一定的環境條件下，作物的生產效率主要受土壤營養元素供應狀況所支配。為了獲得高產必須供應數量足夠而比例協調的各種營養元素。某種營養元素缺乏、過剩或元素間比例失調都會的正常代謝受到干擾，生育就被阻抑，產量就會下降。適宜臨界值前面就是缺乏范圍，在這一范圍內，如補給所缺乏營養元素，產量將急劇上升，但作物體內該元素含量變化不大，在嚴重缺乏時，隨著生長量的增加其含量有所下降，這是由于生長量的增加而引起所謂養分濃度的“稀釋效應”所致。當含量達到臨界值時，作物產量最高水平。接著在一個較大的范圍內產量維持最高水平而無變化，這就是所謂的適宜范圍。作物在個范圍內吸收的養分繼續增加，但增加養分對產量并無貢獻，故稱這種吸收為“奢侈吸收”。如繼續吸收，養分含量超越適宜水平，就進入毒害范圍。在這個范圍內。營養元素含量增加，毒害加深，生長受害，產量急劇下降。從這里我們可以得到一個概念：即“營養診斷”所要解決的問題是：如何使作物營養元素的含量達到并保持適宜，矯正缺乏和防止過量。作物缺乏任何一種營養元素時，其生理代謝就會發生障礙，從而在外形上表現出一定的癥狀，這就是缺素癥。 引起缺素癥原因很多，常見的有以下幾種。 一、土壤營養元素的缺乏：土壤中營養元素不足，作物無法吸收到它必須的數量，這是引起缺素癥的主要原因。當土壤中某種營養元素含量低到一定程度時引發作物缺素癥時數值就是養分的臨界值。如下表：
二、土壤反應不適：土壤反應強烈影響營養元素的有效性。有些元素在酸性條件下有效性高，在中性或堿性條件下有效性低。另一些元素則相反。如鐵、銅、硼、鋅、錳隨著pH值的增高有效性則下降，鉬則相反。 三、營養成分的不平衡：作物體內的的正常代謝要求各營養元素含量保持相對的平衡，不平衡會導致代謝紊亂，出現生理障礙。一種元素的過量存在，常常抑制另一種元素的吸收利用。這就是是所謂的元素間頡頏現象。這種頡頏作用比較強烈時就會導致元素的缺乏癥。生產中常見的頡頏現象有：磷??鋅，磷??鐵，鉀??鎂，氮??鉀，氮??鋅，氮??硼，鐵??錳等。其原因較復雜，歸納起來，大致有以下幾方面。1、抑制吸收：如銨與鉀，存在竟爭吸收，高濃度一方阻礙低濃度一方。2、阻礙運輸：如磷鋅、磷鐵頡頏，高濃度磷的存在使鐵、鋅與之結合而沉積在根部。氮鋅頡頏是因為氮增加蛋白質合成量形成更多的含鋅蛋白，使鋅滯留于根部等。3、稀釋效應：原來濃度低的元素，由于生長量的顯著增加而被稀釋。這就是單一施氮促進其它元素缺乏的主要原因。如多種作物缺鉀就是過量施氮引起的。但與此相反，元素之間還存在協合作用，如磷對鎂，增施作物對鎂肥的吸收增加。鉀可促進鐵運轉等。 四、土壤理化性質不良土壤僵韌堅實，底層有硬盤、漂白層、地下水位高等到都會限制根系的伸展，減少作物對養分的吸收，加劇或引發缺素癥。高地下水位的低地，在梅雨季節地下水位上升時期作物缺鉀癥比較多發生，而在鈣質土壤中，高的地下水位還使土壤溶液中重碳酸離子增加而影響鐵的有效性從而引發或加劇缺鐵癥。癥不合理的平整土地使土壤性質惡劣，養分貧瘠的底土上升，也常成為缺素原因。水稻的缺鉀和鋅漬水還原是重要原因。土壤陽離子交換量也與缺有關。 五、不良的氣候條件：氣溫、濕度、光照是影響養分吸收的主要因子。營養元素診斷的一般方法：形態診斷、化學診斷、施肥診斷、酶學診斷及其它診斷。我們常用的是形態診斷。作物缺乏某種養分元素時，一般都在形態上表現出某些特有的癥狀，如失綠、現斑、畸形等。由于元素不同、生理功能不同、癥狀出現部位和形態有它的特點和規律。例如由于元素在植物體內移動性的難易有別，一些容易移動的元素如氮、磷、鉀、鎂等，當植物體內呈現不足時，就會從老組織移向新生組織，因此缺素癥最初總是在老組織上出現;相反一些不易移動的元素如鐵、硼、鈣、鉬等其缺乏癥常出現在新組織上。又如由于生理功能不同，其形態癥狀也不同，鐵、鎂、錳、鋅等直接間接與葉綠素形或光合作用有關，缺乏時一般都會出現失綠癥。 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
