有益元素對作物的作用及有益元素化肥.doc

有益元素對作物的作用及有益元素化肥曹恭 梁鳴早其實(shí)必需元素、有益元素和有害元素之間沒有明顯的界限。任何一種元素對植物的作用不僅決定于其化學(xué)性質(zhì)，還決定于其濃度以及它和其它元素的比例關(guān)系是否適合某種植物在一定株齡時的平衡需求或耐受能力。一般認(rèn)為，必需元素是所有高等植物都不能缺少的養(yǎng)分元素。有益元素是僅有某些植物需要而且需要量非常微小的一類元素。一、硅硅的元素符號是Si，是第四主族元素。許多植物中含硅富集于根中。人們一直將硅與抗旱性和機(jī)械支撐相聯(lián)系。植物主要以單硅酸（H4SiO4，一種可溶性二氧化硅）形態(tài)從土壤中吸收硅。二氧化硅（SiO2）進(jìn)入植物體似乎需耗代謝能，該過程對代謝抑制劑和溫度敏感。雖然尚未明確硅在植物中的生化作用，但有人認(rèn)為硅在甘蔗中形成酶硅復(fù)合體在光合作用和酶活動中作為保護(hù)劑和調(diào)節(jié)劑。硅能抑制蔗糖酶、過氧化物酶、多羥氧化酶、磷酸酶和三磷酸腺苷酶的活性。抑制蔗糖酶可產(chǎn)生更多蔗糖，降低磷酸酶活性會提供更多最適甘蔗生長和產(chǎn)糖的高能前體。硅的作用還有糾正高含量有效錳、亞鐵離子和活性鋁的土壤毒害；防止甘蔗葉中局部積累錳；增強(qiáng)植株抗病性；增強(qiáng)莖桿強(qiáng)度抗倒伏；提高磷的有效性；降低蒸騰等。點(diǎn)狀斑是一種葉片點(diǎn)狀壞死，陽光中紫外線輻射似乎是其誘因。缺硅甘蔗受陽光直射出現(xiàn)該癥狀。有人提出，二氧化硅濾掉有害的紫外線輻射。硅與細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)有關(guān)。禾本科、莎草科、蕁麻屬和木賊屬中積累干物質(zhì)的220%二氧化硅凝膠或水化多聚物，充滿表皮和維管壁組織，使表皮細(xì)胞硅質(zhì)化，這似乎可加強(qiáng)這些組織、減少失水和防止真菌侵染。二氧化硅與根系功能有關(guān)，一般認(rèn)為它對高粱等作物的抗旱性頗有貢獻(xiàn)。 硅似乎對水稻、牧草、甘蔗和木賊屬植物是必需的，也能改善大麥、黃瓜、金錢草、三葉草、西印度黃瓜和萵苣的生長。有人發(fā)現(xiàn)，硅可使水稻保持葉片直立、截光更多而增強(qiáng)光合作用、提高對病蟲的抗性。禾本科植物含硅量一般是豆科及其它雙子葉植物的1020倍。一般認(rèn)為，水稻、甘蔗、大麥、小麥、燕麥、玉米、花生、大豆、西瓜、果樹、毛竹、黃瓜、番茄等蔬菜作物使用硅肥效果好。施石灰常常降低植物對硅的吸收，而酸化卻增加吸硅。大量施用氮肥使稻秸中硅含量下降，從而水稻植株更易受真菌侵害。因此常建議施用含硅物質(zhì)糾正。硅是地殼中第二種含量豐富的元素。在巖石圈中平均質(zhì)量含量為27.6%。在土壤中通常為2335%。巖石風(fēng)化和土壤發(fā)育過程以硅為中心。硅是土壤風(fēng)化損失的主要土壤成分。硅向次生礦物的轉(zhuǎn)化是土壤發(fā)育的一個重要方面。砂質(zhì)土壤含硅多達(dá)40%，而高度風(fēng)化的熱帶土壤只含9%。熱帶地區(qū)磚紅壤沉積物在土壤強(qiáng)烈風(fēng)化期間硅被移走后只剩下大量水合氧化鋁、水合氧化鐵。硅的主要來源包括原生硅酸鹽礦物、次生鋁硅酸鹽和幾種形態(tài)的硅石（SiO2）。硅石以六種不同礦物存在：石英、磷石英、方石英、柯石英、超石英和蛋白石。石英在多數(shù)土壤中含量最多。在通常的土壤pH值范圍內(nèi)，單硅酸（H4SiO4）即Si(OH)4是土壤溶液中的主要形式，pH值大于8.5時，溶液中硅主要為離子形式，如H3SiO4-。土壤溶液中的H4SiO4濃度主要受pH依變吸附反應(yīng)控制。雖然硅被吸附在土壤中多種無機(jī)物表面上，但一般認(rèn)為鐵鋁氧化物才對這種吸附反應(yīng)起主要作用。有人認(rèn)為，硅肥是繼氮肥、磷肥、鉀肥之后的第四大元素肥料，不管是否如此，這說明了硅肥具有一定的重要性。目前最常用的硅肥是硅酸鈣，溶解性較差，應(yīng)施勻、早施、深施。硅酸鉀、硅酸鈉等高效硅肥水溶性較好。溶渣硅肥除含硅外，還含鐵、錳、銅、鋅、硼等多種微量元素，它堿性強(qiáng)，施用多會加速土壤氮礦化損失；而且長期使用時其所含重金屬積累，會影響作物正常生長。 (圖：番茄缺硅葉片皺縮)(圖：甘蔗缺硅葉片出現(xiàn)白色斑點(diǎn))(圖：黃瓜缺硅中部葉彎曲肥厚)(圖：水稻缺硅在大田表現(xiàn)，褐斑部分為水稻缺硅)(圖：水稻缺硅株型披散，施硅莖葉堅挺)(圖：水稻缺硅成熟期葉片變薄披散)(圖：水稻缺硅白穗增加，施硅后白穗減少)(圖：水稻缺硅葉片下披不挺直)二、鈦鈦的元素符號是Ti，是第四副族元素。鈦是動物和人體中不可缺少的有益元素，可以制成飼料添加劑用于畜牧養(yǎng)殖業(yè)，可使飼料的轉(zhuǎn)化率提高10%以上，并使禽畜的抗病能力增強(qiáng)，成活率提高。雖然科學(xué)家開始對鈦進(jìn)行的研究卻可以追溯到一百多年以前，但直到1980年代中期，世界上才有少數(shù)國家將鈦?zhàn)鳛橹参锷L調(diào)節(jié)劑列入農(nóng)用產(chǎn)品，此后我國也參與開發(fā)研制工作。土壤的全鈦含量普遍較高，但它們絕大部分是以不溶于水的氧化物或硅酸鹽的形態(tài)存在于土壤之中，可溶性鈦的濃度平均在1ppm以下。研究發(fā)現(xiàn)植物中普遍含有鈦元素，不同作物的鈦含量也各不相同。例如玉米一般在 20ppm左右，豆科作物一般都在 25ppm以上。目前對鈦的植物生理功能仍然了解不多，也不能肯定它是植物必需元素。盡管如此，研究結(jié)果仍然表明，鈦的作用主要與光合作用和豆科植物固氮有關(guān)，研究發(fā)現(xiàn)，在豆科植物根瘤中有鉬存在的情況下Ti+3使氮還原為氨和肼。并且鈦使一些酶的活性增強(qiáng)。至少鈦在三個方面促進(jìn)植物的生長發(fā)育：1、提高植物葉面單位鮮重中葉綠素、類胡蘿卜素的含量20%左右，使葉綠素進(jìn)行光合作用的速率和效果提高10-20%，使植物體通過光合作用自身制造養(yǎng)份的能力得到提高。2、提高植物體中固氮酶、過氧化物酶、硝酸還原酶、2-6磷酸酶的活性。3、具有類激素效應(yīng)，有利于細(xì)胞核內(nèi)DNA的活化，能調(diào)動內(nèi)源激素向生長中心輸送，促進(jìn)分化和誘導(dǎo)愈傷組織。因此將鈦視為有益元素還是合適的。一些試驗(yàn)結(jié)果表明，硫酸鈦、二氧化鈦和螯合鈦對植物的生長有許多良好的作用：1、提高作物果實(shí)的內(nèi)在品質(zhì)。據(jù)測定：施用鈦肥的糧食作物，蛋白質(zhì)含量提高3-5%：賴氨酸含量提高3-10%。水果類維生素C的含量提高3-17%：水溶性糖的含量提高 4-15%；有機(jī)礦物質(zhì)得到大幅度提高。番茄的鈣含量提高50%以上。辣椒的維生素C含量提高30%以上，鐵含量提高50%以上。這與鈦能提高植物對其他養(yǎng)分的吸收利用率有關(guān)。2、加強(qiáng)作物的抗逆性。施用鈦肥能夠提高作物的抗旱、抗?jié)?、抗寒、抗高溫、抗病的能力。并且發(fā)現(xiàn)植物由于使用農(nóng)藥過量或不當(dāng)受到藥害后，通過施用鈦肥，癥狀可以適當(dāng)?shù)玫骄徑?，使之較快地恢復(fù)長勢。除草劑對敏感作物的藥害作用，常常對周邊作物或下茬作物產(chǎn)生傷害，造成減產(chǎn)甚至絕收，以鈦配制的除草劑解毒劑可以在使用一些除草劑的時保護(hù)敏感作物免受傷害。施磷肥時常帶入較多的鈦。專門施用鈦肥常采用噴施1ppm的螯合鈦。三、釩釩的元素符號是V，是第五副族元素。它對柵藻是必需的，但尚未肯定是否對高等植物必需。低濃度釩對微生物、動物和高等植物的生長有利。有人提出，釩可在固氮菌等微生物固定大氣氮中部分代替鉬。釩可能在生物氧化還原中起作用。蘆筍、水稻、萵苣、大麥和玉米上報道過釩能增產(chǎn)。植株材料中釩的正常含量是110-6。曾在水培試驗(yàn)中觀察到過量的釩造成毒害，但田間情況下沒有出現(xiàn)過缺乏或毒害。四、硒硒的元素符號是Se，是第六主族元素。植物并不需要硒，但硒是動物的必需元素，也是人類抗衰老元素，有抑制癌細(xì)胞的作用。牲畜飼料中需要硒，因此飼料植株中必須含硒。缺硒造成牛羊生長失常，“肌肉營養(yǎng)障礙”即“白肌病”。人們用作用比較緩慢的亞硒酸鹽為飼草進(jìn)行土壤追肥，以防止植株內(nèi)產(chǎn)生過量的硒，要避免葉面追肥，防止放牧動物攝入過量的硒。過量的硒有可能對植物造成毒害，使植物生長矮小，葉片失綠。(圖：高粱的硒過量癥狀，含硒營養(yǎng)液栽培的高粱葉片，注意與缺磷癥狀相似)五、鈉鈉的元素符號是Na，是第一主族元素，又叫堿金屬元素。鈉對液泡中積累充足鹽分、維持鹽生植物膨壓和生長是必需的。有時鹽生植物靠鈉實(shí)現(xiàn)其肉質(zhì)組織多汁。植物以鈉離子（Na+）形態(tài)吸收鈉。起濃度在葉組織中變化很大，為干物質(zhì)的0.0110%。許多具有C4二羧酸光合途徑的植物以鈉為必需養(yǎng)分。能部分應(yīng)付缺水的景天酸代謝中鈉也起作用，但尚未肯定鈉是如何影響C4二羧酸代謝和景天酸代謝的。一些證據(jù)表明，鈉增強(qiáng)了磷酸烯醇丙酮酸羧化酶的活性，即C4光合作用的主要羧化酶。缺鈉會使某些植物將固定二氧化碳C4途徑變?yōu)镃3途徑，充足供鈉又恢復(fù)正常的C4途徑。植物節(jié)水似乎與C4二羧酸光合途徑有關(guān)。許多極為有效的C4植物都出現(xiàn)在干旱、半干旱和熱帶環(huán)境中。這種條件下，關(guān)閉氣孔防止消耗性失水對存活至關(guān)重要。氣孔關(guān)閉必然限制二氧化碳進(jìn)入，因此C4植物的水分利用效率是C3植物的2倍。在鹽漬環(huán)境中也常發(fā)現(xiàn)C4植物。鈉的其它功能還涉及草酸積累、節(jié)鉀作用、氣孔開張、調(diào)節(jié)硝酸還原酶等。糖用甜菜似乎對鈉反應(yīng)特別強(qiáng)烈，鈉提高其抗旱性。缺鈉甜菜葉片暗綠、變薄、色澤暗淡、更易萎蔫并從葉冠處水平生長。喜鈉作物包括飼用甜菜、糖用甜菜、瑞士甜菜、蕎麥、菠菜等。甘藍(lán)、椰子、棉花、羽扇豆、燕麥、馬鈴薯、橡膠、蕪菁等對鈉也有良好反應(yīng)。大麥、亞麻、黍子、油菜、小麥、玉米、黑麥、大豆、瑞典蕪菁等不耐受鈉。雖然鈉在地殼中數(shù)量可觀，約占2.8%，但土壤中鈉含量較低，在0.11%之間。這表明鈉從土壤含鈉物質(zhì)中風(fēng)化掉了。潮濕地區(qū)的土壤中鈉含量極少，而干旱、半干旱地區(qū)，鈉可能是土壤重要組成成分。土壤中交換性鈉以兩種形態(tài)存在：一種是疏松地吸持在粘粒片層上；另一種是緊固在專性位點(diǎn)，可能是粘粒片層邊緣上。這種被強(qiáng)烈束縛的鈉可能是濕潤土壤中可交換性鈉的主要形式。(圖：香蕉鈉過量，土壤交換性鈉超過300ppm，癥狀初期葉緣發(fā)生水漬狀，隨后發(fā)生局部橢圓形壞疽，嚴(yán)重時發(fā)生帶狀壞疽.)(圖：柑橘鈉中毒葉尖和葉緣出現(xiàn)壞死斑點(diǎn))在排水不良的干旱、半干旱地區(qū)土壤中，積累鈉鹽將成為土壤鹽漬化的原因。Na+對粘粒和有機(jī)質(zhì)的分散作用會破壞土壤團(tuán)粒，并使土壤通氣性和透水性減弱。植物根系穿透受阻。改良鈉質(zhì)土可用Ca2+交換多余的交換性Na+，再將交換出的Na+以硫酸鈉形式用水淋洗出去。似乎沒有專門的鈉肥，但農(nóng)鹽中主要含氯化鈉。智利硝石主要是硝酸鈉，有時可直接用作肥料，其加工制成的肥料產(chǎn)品中也含一定量的鈉。六、鈷鈷的元素符號是Co，是第八族元素。它還未被證實(shí)為高等植物所必需，而是微生物固定大氣氮的必需元素，因此在豆科和榿木結(jié)瘤以及固氮藻類中均需要鈷。有人試驗(yàn)，在不加鈷的培養(yǎng)液中，豆科植物的生長受到嚴(yán)重阻礙，出現(xiàn)與缺氮一樣的失綠癥狀，甚至死亡。接種根瘤菌和加鈷顯著增加紫花苜蓿的產(chǎn)量，只加鈷而不接種根瘤菌則沒有效果。俄羅斯農(nóng)業(yè)化學(xué)家施鈷已在多種作物上獲得增產(chǎn)，因此鈷在農(nóng)業(yè)中，特別在豆科作物上有很重要意義。植株干物質(zhì)中的正常含鈷量是0.0210-60.510-6。另一方面，反芻動物瘤胃中微生物合成維生素B12需要鈷，反芻動物飲食中缺鈷會患貧血癥。土壤是動物所需植物鈷的來源，因而土壤含鈷量十分重要。根瘤菌等共生微生物、自生固氮菌和藍(lán)綠藻的生長中必需有鈷在維生素B12形成中起作用。鈷與卟啉環(huán)結(jié)構(gòu)中的氧原子生成復(fù)合體，為與B12輔酶中核苷酸相連接提供一個輔基，它叫做鈷胺輔酶。鈷還與豆血紅蛋白代謝和根瘤菌中核糖核苷酸還原酶有關(guān)。鈷是激活烯醇酶和琥珀酸激酶的幾種金屬之一。施鈷能改善棉花、菜豆和芥菜的生長、蒸騰和光合作用，使菜豆和芥菜的還原活性和葉綠素含量提高，增加棉鈴、減少落鈴。施鈷能提高葉片含水量和過氧化氫酶活性。少量含鈷礦物常與含鎳礦物相伴出現(xiàn)，也有與含錳礦物鈉水錳礦和磷鋰錳礦有關(guān)。土壤中的鈷似乎與母巖中的含鎂礦物也有關(guān)系。鈷主要以專性吸附交換態(tài)或粘粒-有機(jī)質(zhì)復(fù)合體的形式保存于土壤中。鈷以這些形式被保持得很牢。和Cu2+一樣，鈷在土壤溶液中含量很低。在土壤中鈷和鐵、錳、鋅等重金屬元素一樣，極易形成螯合物，鈷能干擾其它一些重金屬元素的吸收和作用方式。過量鈷會造成類似缺鐵和缺錳的癥狀。結(jié)晶氧化錳礦物的存在是影響鈷有效性的幾個因素之一。這些礦物對重金屬元素，特別是鈷吸附力極強(qiáng)，它們能把土壤中的鈷全部吸附并固定施入土壤中的鈷，造成作物缺鈷。飼草作物缺鈷會導(dǎo)致反芻動物缺鈷，為糾正反芻動物缺鈷，可把鈷加進(jìn)飼料、飲水中或牲畜常去舔鹽的地面上；或灌藥；也可給飼草施鈷肥提高植物含鈷水平。最常用的鈷肥是硫酸鈷和硝酸鈷。鈷肥可以基施、噴施或浸種。 (圖：高粱鈷中毒誘發(fā)缺鐵癥,高含量鈷營養(yǎng)液栽培的高粱葉片出現(xiàn)典型缺鐵條紋)(圖：大豆鈷中毒)七、鎳鎳的元素符號是Ni，是第八族元素，與鈷在化學(xué)性質(zhì)和生理功能上緊密相關(guān)。植物干物質(zhì)正常含鎳0.1-5ppm，而是蛇紋巖土壤上生長的某些植物品種鎳含量可超過200 ppm，這么高水平的鎳對一般植物是有毒的。鎳在植株體內(nèi)可移動，因此相當(dāng)大量的鎳在被吸收后轉(zhuǎn)移到種子和果實(shí)中。鎳易形成螯合物，從重要生理中心取代其它金屬原子。高濃度鎳對植物有毒害作用。土壤中高濃度的鎳抑制其它營養(yǎng)元素的吸收，可能與鎳對植物根系的破壞有關(guān)。已有人提出鎳是動物的營養(yǎng)要素。也已有人推測鎳可能是一種植物微量元素養(yǎng)分。1975年Dixon從刀豆中分離出一種脲酶，并證明鎳是這種脲酶不可少的一部分。1978年Gordon進(jìn)一步研究證明，單獨(dú)生長在尿素氮培養(yǎng)基中的植物需要鎳。1979年Streeter證明大豆等豆科固氮植物和其它一些植物能積累大量脲化物，1981年Welch進(jìn)一步證明這些作物在嫌氣條件下能充分利用脲化物中的氮，并需要鎳。大多數(shù)土壤含鎳極少，不出現(xiàn)鎳毒害。但是發(fā)育于超基性火成巖，特別是蛇紋巖的土壤含鎳為一般土壤的20-40倍，對大多數(shù)植物是有害的。(圖：大豆鎳中毒整株葉有褐斑皺縮下搭.jpg)鎳毒害癥狀與缺鐵相似，這與鎳取代了鐵有關(guān)。鎳毒害引起葉片失綠。谷類作物葉片順葉脈產(chǎn)生灰黃色條紋，最終葉子變白；雙子葉植物鎳中毒葉片葉脈間明顯失綠。(圖：白芥鎳試驗(yàn)在土壤上鎳施用量增加的同時用施石灰的辦法提高土壤pH值對不同作物有不同影響。從下往上土壤pH值提高鎳施用量增加。右下角部分盆栽白芥幼苗出現(xiàn)鎳中毒癥狀)(圖：燕麥鎳試驗(yàn)鎳施用量增加的同時用施石灰提高土壤pH值對作物有影響。從下往上土壤pH值提高，從左往右鎳施用量增加。右下角部分盆栽燕麥幼苗出現(xiàn)鎳中毒癥狀.jpg)(圖：含過量鎳營養(yǎng)液栽培的高粱葉片，有典型缺鐵條紋出現(xiàn))(圖：玉米鑷中毒)施用石灰物質(zhì)可減輕鎳毒害，其效果是因?yàn)橹泻土送寥浪岫?，降低了鎳的有效性。施用?