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中、微量元素肥料发展的必要性及其前景分析

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发布时间: 2016-01-12
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中、微量元素肥料发展的必要性及其前景分析

李勇1,于广武2,李晓冰1,何长兴1

(1.大连金玛集团肥业有限公司辽宁宽句;

2.中科院东北地理与农业生态研究所黑龙江哈尔滨)

    摘要: 中、微量元素肥料对改变肥料施用结构、增加土壤营养、满足作物生长需要、提高肥料利用率、增强抗逆性、激活土壤酶活性、防治病害、提高产量及改善产品品质均有显著效果。简要介绍了中、微量元素对作物的作用及其在我国土壤中的含量状况,概述了中、微量元素肥料的研究方向及发展趋势。目前,中、微量元素肥料研究已成为土壤科学的生长点,中、微量元素肥料的合理应用已成为现代化农业集约生产的重要标志。

    关键词  低碳农业  新型肥料  中、微量元素肥料

    早在1997年,中国科学院邀请了来自中国科学院、农业部、化工部、中国农业科学院和上海农业科学院等单位的13位专家组成了“我国农业持续发展中的肥料问题和对策”咨询组,由李庆逵、朱兆良、于天仁3位院士牵头,针对当时我国化肥数量不足,氮、磷、钾比例和品种结构不合理,化肥利用率低,新型肥料发展不平衡等问题,进行了深入系统的调查研究,并广泛征求了全国有关科研单位及大学从事土壤肥料研究专家的意见,形成了“我国化肥面临的突出问题及建议”报告并向国务院汇报,由此掀起了低碳农业、新型肥料研究和开发热潮,其中中、微量元素肥料的研制和推广日益引起人们的关注和重视。但目前人们考虑的只是局部地区中、微量元素的缺乏,如不进行适当的研究和及时预报,在不久的将来会产生严重的后果,中、微量元素的缺乏将扩展到更大的范围,从而更广泛、更复杂地限制农业生产的发展。

    1. 土壤中中、微量元素含量状况

    土壤中中、微量元素含量与成土母质和土壤类型有关。关于土壤中中、微量元素的含量,各国积累了大量的资料。这些资料表明:各微量元素含量的变幅很大,100倍的差异是很普通的,有时可超过1000倍。 植物中中、微量元素含量过高通常出现在该元素富集的土壤或污染地区,或者过量施用微量元素肥料的田块。

    据统计,全世界缺乏微量元素的土壤面积达25亿 hm2。联合国粮农组织在1982年对30多个国家的土壤调查结果表明:微量元素营养缺乏比预想的更广泛,中、微量元素营养问题在今天还是局部,但不久的将来会变得更严重、更普遍。美国通过多次全国性土壤中、微量元素调查发现:30多个州缺锰,44个州缺硼,43个州缺锌。澳大利亚缺微量铜、锌、钼的土壤总面积达3亿 hm2。

    中国科学院南京土壤研究所对全国土壤微量元素锌、硼、锰、钼、铜、铁的含量进行了调查,结果表明:我国大部分地区都存在不同程度的微量元素缺乏,土壤中微量元素处于“中度缺乏”的状态。我国中、低产田占总耕地面积的70%以上,其中大部分存在中、微量元素缺乏的问题,缺少微量元素铁、铜、钼、硼、锰、锌的耕地分别占5.0%,6.9%,21.0%,46.8%,34.5%和51.5%。针对性地施用中、微量元素肥料,不仅可充分发挥中、微量元素肥料的经济效益,而且可作为提高中、低田产量的有效技术措施。

    2. 中、微量元素对作物的作用

    植物中含量为0.1%~0.5%(质量分数)的元素称为中量元素,钙、镁、硫3种元素在植物中的质量分数分别为0.5%,0.2%和0.1%,故被列为中量元素。最近研究发现:硅是继氮、磷、钾之后的第4大必需元素,也被列入中量元素范畴。含量介于2×10-7~2 X 10-4mg/kg的元素统称为微量元素,植物必需的微量元素有锌、硼、锰、钼、铜、铁、氯7种。作物的生长发育需要吸收各种营养,但决定作物产量的是土壤中那个相对含量最少的有效植物生长因素,产量在一定限度内随这个因素的增减而相应变化。因存在此限制因素,即使继续增加其他营养成分也难以提高作物的产量。近100多年来,氮、磷、钾化肥的施用量急剧增加,而随作物带走的中、微量元素养分却没有得到系统补给,所以,目前缺乏中、微量元素的土壤越来越广泛,问题也越来越严重。

    中、微量元素大多是植物体内促进光合作用、呼吸作用以及物质转化作用等的“酶”或“辅酶”的组成部分,在植物体内非常活跃。当提供植物营养元素的土壤中某种中、微量元素不足时,植物会出现“缺乏病状”,使农作物产量减少、品质下降,严重时甚至颗粒无收。在此情况下,施用中、微量元素肥料,往往会达到极为明显的增收效果。

    (1)镁

    镁是作物的必需营养元素。植物缺镁会引起叶片叶绿素含量下降,光合作用强度和速率降低。镁是许多酶的活化剂,能促进作物对磷、硅的吸收,提高作物抗病能力。大部分作物正常生长需要的含镁质量分数临界值为0.15%~0.20%,豆科植物、油料作物、块根块茎作物、水果和蔬菜通常比禾本科作物需要更多的镁。我国土壤速效镁含量差异很大,总体上是南方土壤速效镁含量较北方土壤低,酸性土壤和砂质土壤更容易缺镁,土壤中钙和钾的含量也会影响镁的吸收。

    (2)硼

    硼在作物中的质量分数一般为干重的0.001‰~0.200‰,其中以豆科和十字花科作物含硼量较高,而禾本科作物较低。在作物的各个器官中,以叶的含量最高,花次之,茎、根、果实和种子含量最少。硼能促进作物体内糖的运转和代谢,增强蔗糖的合成,从而提高作物的结实率和果树的坐果率;能促进纤维素和细胞壁的形成,有利于作物根系的生长和伸长,还能增强作物抗旱、抗病害的能力;能促进作物早熟,据有关资料报道,在硼的影响下,冬小麦通过春化时间可缩短8d。作物缺硼时,会造成幼叶畸形、皱缩,叶脉间不规则地褪绿,下部老叶加厚并变成深黄绿色或出现紫红色斑点,叶和茎变脆;根粗短,根系不发达;花粉萌芽受阻,果实形成减少,果实和种子不充实;油菜产生“花而不实”(只开花不结实),棉花出现“蕾而不花”(即只现蕾不暴桃),小麦出现“不穗症”,花生出现“有壳无仁症”等症状。

    (3)锌

    锌在作物体内的含量一般为干物质质量分数的十万分之几至百万分之几。尽管作物中的锌含量极少,但作用较大:①锌能增强作物的光合作用,又能影响醣类的代谢,众多试验证明西瓜、葡萄等施用锌肥后,降低了果实酸度,提高了含糖量;②锌能促进体内丝氨酸合成色氨酸,而色氨酸又是吲哚乙酸的前身,所以,缺锌会导致植株矮小;③缺锌植株体内的氮素代谢容易发生紊乱,而施锌后能改善植株失绿现象,使籽粒中蛋白质含量提高,也能使植株体内的核糖核酸含量增加,促进植物生长发育;④锌有增强抗逆性的作用,试验证明锌能提高玉米等作物的抗寒、抗旱、抗热、抗盐性。

    (4)铁

    铁在植物体内是一些酶的组成成分,有利于叶绿素的形成。植物缺少铁时,叶片便会失绿;严重时,叶片变成灰白色,尤其是新生叶更易出现这类失绿现象;有些树木缺铁严重时,会发生顶枯,甚至导致树木死亡。铁能促进氮素代谢正常进行,作物缺铁时,根瘤固氮能力减弱,并且抑制了植株对氮、磷的利用,而且铁与其他元素之间有密切相关性,如植物体内铜、锰、锌、钼、钒含量偏高,都会减弱对铁的吸收利用。另外,铁还可以增强植株抗病性,施铁肥可使大麦和燕麦对黑穗病的感染率降低,能增强柠檬对真菌病的抗性。

    总之,如果在散装掺混肥(BB肥)、复混肥和长效肥中添加中、微量元素,不仅可提高农作物的产量,而且能改善作物品质和减轻作物病虫害等。

    3. 中、微量元素肥料的研究方向及发展趋势

    3.1  研制开发BB肥、长效肥、多元或全元复混肥料

    发达国家复混肥的比例占化肥总量的85%以上,而我国不到17%。由于单一化肥所含元素

单一,需施用多次,加之中、微量元素用量很少,其施用量很难掌握,所以将中、微量元素与氮、磷、钾常量元素复合,既减少了施肥的麻烦,又可将常量元素作为中、微量元素的载体或稀释剂,方便了施用。因此,多元、全元复混肥料的研制开发将成为中、微量元素肥料研究的重点。

    3.2  调整化肥结构,加强有机一无机生态专用肥的研究开发

    高效、安全、环保型肥料——有机一无机生物复混肥是国内外肥料研究与应用的主要趋势。针对这一趋势开发的有机一无机生态肥是以人畜粪便、作物秸秆、腐植酸、氨基酸和工业有机副产品、氮磷钾大量元素及镁、硼等中、微量元素为主要原料,采用微生物菌群好氧固体动态自动发酵,根据测土配方增补作物需求的氮、磷、钾、镁、钙、硫、硼、锌等,添加缓释剂,以腐植酸和氨基酸为载体螯合、络合制作的复混肥。此类肥料将有机肥、无机肥、生物肥结合起来,使有机肥的缓效、长效,无机肥的速效、高效,生物肥的增效、促效作用相互结合,急缓相济,优势互补,养分全面,均衡持久;同时,将生物肥的促生、供肥、抗病、减轻环境污

染,有机肥的改良土壤结构、培肥地力、改善作物品质、提高化肥利用率与无机肥提供氮、磷、钾大量元素及中、微量元素等作物必需的主要营养元素结合起来,既保证了作物生长不可缺少的营养成分,又能改土、促生、抗病、改善生态环境,对生产优质安全农产品、减轻环境污染有很大作用。

    3.3  重视中、微量元素的拮抗等问题的研究

    (1)确保中、微量元素的有效性

    必需元素的有效性是优质配方肥料质量的重要指标之一。国内肥料企业虽然在生产中也加入了中、微量元素,但忽视中、微量元素的有效性,忽视中、微量元素在肥料加工以及施入土壤后可能发生的副反应而失效的问题。为了防止各元素间不良副反应和拮抗作用,在BB肥中将中、微量元素以独立的颗粒掺混,既可避免与磷肥的副反应,又能保持中、微量元素的有效性。

    (2)中、微量元素的吸收形态

    植物只能吸收能溶于水的离子态或螯合态的元素,即铁以Fe2+或金属螯合物形态、锰以Mn2+

或金属螯合物形态、锌以Zn2+或金属螯合物形态、铜以Cu2+或金属螯合物形态、硼以H2BO3-形态、钼以MoO42-形态、氯以C1-形态、钠以Na+形态才能被植物吸收利用。

    (3)土壤对中、微量元素可给性的影响

    土壤中中、微量元素的可给性一般是在酸性条件下升高,在碱性条件下下降。一般来说,将pH调至6.5比较合适,有利于土壤可给性中、微量元素的增加。氧化还原电位对多种化合价的元素影响较为明显,如植物吸收的是Mn2+,土壤处于还原状态时,有较多的Mn2+供植物吸收,水稻田和排水不良的土壤情况便是这样;而在质地很轻、呈碱性旱地土壤中,锰处于高价状态,不能被植物吸收利用。有机质含量高的土壤中含有较多的微量元素,有机质的分解产物,如腐植酸,对微量元素具有一定螯合能力,直接影响其可给性。

    (4)必需营养元素间的拮抗作用

    农作物所需的营养元素处于土壤的复杂体系中,各元素之间既有相互促进的作用,又有拮抗作用。如土壤中富含磷或大量施用磷肥,往往会导致或加重农作物缺锌现象;而磷与钼之间又存在相互促进作用,2种元素同时施用的效果大于分别施用的效果,在磷肥未满足需要时,钼肥的效果往往表现不出来。

    中、微量元素拮抗问题是关系到多元复合肥肥效的关键问题。现有的中、微量元素肥料一般都加入可溶性无机盐,由于各元素的拮抗作用会大大降低肥效,影响了植物的吸收效果。美国等发达国家采用乙二胺四乙酸(EDTA)、柠檬酸等螯合剂,有效防止了拮抗作用,但EDTA成本高,不适合我国国情。研究开发适合我国国情、价廉的螯合剂是中、微量元素肥料研究的一个发展方向,应大力加强腐植酸对中、微量元素螯合、络合的研究和应用。

    4. 结语

    土壤是植物营养体系平衡的基础,直接影响作物产量和品质,而平衡施肥是保持土壤肥力的重要手段。合理施用中、微量元素肥料不仅可提高产量,而且对提高农产品的品质效果非常明显,还可有效增强植物对病害、低温、高温和干旱的抗逆性,适时补充中、微量元素己引起世界各国的普遍关注。由于生态学、环境科学、生物地球化学、酶学的发展,中、微量元素肥料研究已成为土壤科学的生长点,中、微量元素肥料的合理应用已成为现代化农业集约生产的重要标志。

                                                      

—— 来源:《化肥工业》 2013(4)


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