化学控制技术的应用

化学控制技术的应用浏览次数:357(2003-9-13)水是人类赖以生存和发展的物质基础，也是作物生长和提供农产品的先决条件。尽管地球上水的储量很大，但其中可利用的淡水量只占地球总储水量的十万分之三左右，而且这些淡水在地球表面上又分布得极不均匀。我国是一个水资源不太丰富的国家，人均淡水量只有世界平均数的四分之一。其中黄、淮、海、滦、辽、黑和西北内陆渚河流域，更是处于少水干旱地区，这一广大地区的人均淡水量又只有全国人均数的六分之一。因此，如何发展省水型的农业，如休提高水分的利用效率，将是我国农业生产中必须认真研究的一个严峻的问题。本节仅就国内外用各种化学处理的方法提高作物抗旱能力的进展情况作一介绍，供我国北方旱区农业生产中参考使用。一、提高种子活力及抗旱力的措施种子的活力与生活力，在农业生产实践中是两个密切联系而又有所区别的概念。生活力是指种子的发芽潜力，通常可用实验室条件下种子的发芽力来表示，而活力是指种子的分健壮度，包括迅速、整齐的发芽潜力及生长潜势和生产力。因此，它不仅包括发芽力，而且还涉及到田间的成苗与生长状况。也就是说，它能反映种子对不利环境因子的适应能力。种子活力的高低受到很多因素的影响，如遗传性、母株的营养状况、收获时的成熟度、机械损伤程度、贮藏条件及贮藏时间的长短以及病原体感染等等。此外，大量研究表明，在播前用一定的化学或物理方法处理，也能使种子活力得到显著提高。在近代，最早进行种子的播前处理系统研究的是苏联的学者金杰里，他们在30年代就提出了＂干湿循环法＂。如小麦，是先将种子干重的30％的水分浸湿麦种，边加水边搅拌均匀。然后蒙上湿布，置于15－25℃下24小时，再摊成薄层晾干。这样反复处理2－3次后再播种。干湿循环法的生理依据是这样的。处在乳熟期的种子，当它们还只有成熟种子的体积的1/8时，可以被完全气干而不丧失其活力。分离出的胚可以被干燥到百分之五的含水量，当重新得到水分并置于合适的介质中，就又能恢复其正常的发育与出芽。但是，如果发芽过程继续进行干湿处理，发芽的胚就将很快丧失它们对干燥的抵御能力而失去活力。此间，临界期为胚根（第一条种子根）露出来的时候。在脱水时种子根首先死亡。但在达到这一天之前，种子或胚能承受多次的干燥与复水而不受伤害，而且这样处理还能引起原生质胶体及酶活性的一系列变化，增加幼苗对干旱的抵抗能力。在单纯的干湿交替处理的基础上，很多学者进行了药剂处理试验，如各种无机盐、有机酸、甘露糖醇、生长调节剂等，也都在不同程度上提高了种子活力，取得抗旱增产的效果。金杰里及其学派的工作，在60年代之后逐渐在国际上引起了重视，很多人重复了这一类试验，并取得一定的增产效果。如Husain（1968）报导，谷子播前锻炼后，当在较晚时期受到水分胁迫的情况下，可增产15％。Pencic（1966）对玉米种子进行播前处理，平均增产526公斤·公顷－1，并观察到预处理能使玉米在出穗期的蒸腾强度降低。Pantumkar（1971）在印度拉贾斯坦将麦种用3％的NaCl与Na2SO4浸种，在田间试验中使产量由376－733公斤·公顷－1提高到1620－2326公斤·公顷－1。Azizbekova（1962）在阿塞拜疆的中等盐碱土上播前用0.2%MgSO4处理种子，棉花增产29.8%，小麦增产15.3%，玉米增产6.2%。我国河北省等用CaCl2闷种拌种，一般可增产10％。赵思齐从1974年起研究药物搅拌对小麦的增产效果，先后比较了十余种的硼酸，这个配方效果最好。据我们多年研究及示范推广结果来看，增产幅度可达10－20％。我们用黄腐酸处理小麦种子，从数十个试验点及56000亩示范推广结果来看，平均增产11％，在干旱的情况下可观察到小麦的抗旱力明显提高。但是在一些试验中，如Waisel(1962)、Evenari(1962)、Phiepotts（1972）却未能观察到明显的增产作用。据分析其原因可能是，（1）干旱锻炼使用的技术不同；（2）干旱的程度、持续时间及干旱出现时作物的生育期不同；（3）不同品种的反应性不同。目前一般认为，在干旱不是十分严重的情况下，种子处理的增产效益较明显。用ＰＥＧ（聚乙二醇）处理种子，对提高种子活力，特别是对存放时间较长的老化种子，有明显的效果，如洋葱、胡萝卜、甜菜、大豆等。据认为，将种子浸入ＰＥＣ高渗溶液后，水分可较缓慢地进入种子，防止了吸胀损伤，使种子停留在吸水第二阶段的时间延长，使活力较差的种子得到了修复的机会。在农业生产实践中的另一个很有意义的问题是如何加速种子发芽，使小苗尽早出土。在干热地区的雨养农业中，随着土壤蒸发的强烈进行，在播种之后，苗床常常迅速变干，发芽常因不适合的环境条件而被推迟，苗很弱，又因病虫害而致死。这是由于不适合发芽和幼苗生长的低土壤水分下，真菌的菌丝仍能发展的缘故。Ｗanjura（1969）的工作表明，出苗所需时间的长短是棉花种子活力与产量能力的一个很好的指标（表3－5－1）。Singh（1981）将豌豆种子在钴、钼及清水中浸6小时，然后在不同水势下发芽。随着胁迫程度的增加，发芽率逐渐降低，但可观察到，经钼离子处理的种子，有较明显的效果，发芽率由对照的45.2％提高到62－68.8%。郭礼坤（1982）用14种药剂对糜子、谷子、玉米、高粱进行种子处理，观察到发芽及成苗的影响。发现黄腐酸、赤霉素等六种具有明显的效果。就不同作物而言，对糜子的作用最显著，其次是谷子，玉米与高粱则基本无效。将处理过的种子播在含水率6.8%的轻壤土中（相当于－12巴），出苗能提高15－40％；在－7.4巴的甘露醇溶液中，糜子幼苗的生长率提高30－53％，谷子提高5－21％。二抗蒸腾剂及生长抑制剂的使用本世纪初以来，人们就开始进行利用化学药剂降低蒸腾作用的试验。60年代初，Zelitch等在病因科学院通报上连续发表了几篇很有影响的论文，介绍了用＂烟草叶小圆片法＂检验气孔开张度的方法及PMA（苯汞乙酸）的抗蒸腾效果。这些工作引起了各国的普遍关注。据Zelitch介绍，ＰＭＡ在10－4摩尔时即可使烟草叶的蒸腾降低一半左右。它的药效很长，喷一次可维持二周，而且它仅仅影响被喷区域中的气孔而不会被输送到其它细胞，对植物没有毒害。在Zelitch、Gale、Stodard等人的带动下，60年代初在国际上出现了一个研究抗蒸腾剂的热潮。到60年代末期，气孔开闭的内源激素的研究出现了新的突破。ABA（脱落酸）的工作使抗蒸腾剂的研究又出现了第二次高潮。大量工作证明，ABA是植物叶片气孔运动所必不可缺的内源激素，它对植物没有毒害，就其有效浓度及反应的灵敏度而言，它远远地超过了以往研究过的药物。但是ABA的结构较复杂，合成很困难，价格昂贵，没有生产应用价值。因此，人们对ABA衍生物的研究就寄于很大的希望，期望能从中筛选出结构较简单、易于制取而活性更高的衍生物作为气孔抑制剂。目前这类工作尚在积极进行之中。根据抗蒸腾剂的性质及其作用方式，人们一般将它们分成代谢型气孔抑制剂，薄膜型抗蒸腾剂及反射型抗蒸腾剂三类。下面分别举一些例子来说明其使用效果。印度的Das及其同事发现，环光合磷酸化抑制剂（二氯汞-4，6-二硝基酚、2，4-二硝基酚）、整形素（Morphactin）、甲草胺（alachlor，即拉索）是几个很有效的代谢型气孔抑制剂。喷施一次二硝基酚（ＤＮＰ）能使蒸腾减少作用维持12天。施用很低浓度的甲草胺可使蒸腾的减少维持20－22天，而且再次喷药又能使气孔重新关闭，蒸腾再次降低。在施用这些药剂之后，由于减少了水分的损失，因此，玉米等植物体内的水分亏缺得到改善，水势明显提高，水分利用效率明显提高，产量有所增加。在薄膜型抗蒸腾剂的研究中,Devenport与Hagan（1972、1975、1977）等人的工作是一个比较成功的例证。在美国加利福尼亚州，橄榄在收获前及收获时的天气常常是又干又热，橄榄的产量及质量常因之而下降。这时节下的雨，果农们称之为＂价值百万＂（Milliondollarrain），这种现象不是由于土壤水分的作用，而是于＂雨＂本身。因此人们推测，很可能是下雨时果实能吸收水分，或者是高湿减少了水分的丢失。这样，就有可能利用抗蒸腾剂来增加产量和改善品质。他们在收获前1－2周对橄榄树喷以薄型抗蒸腾剂（CS6432、mobileaf），使果实体积增加了5－15％，取得了明显的效果。薄膜型抗蒸腾剂的另一个用处是用于树苗移栽。用丁二烯丙烯酸对欧洲白桦、小叶椴、挪威槭、钻天杨等树苗进行处理，叶片上形成的薄膜使蒸腾在8－12天内下降30－70％。他们认为该项技术可使春季造林的季节延长两个星期。反射型抗蒸腾剂目前研究及使用得较多的是成本低廉的高岭土（即白垩土）。De及Patil（1978）对印度的旱地冬小麦叶面喷施高岭土后，取得良好的效果。冬小麦是印度最主要的冬作物，播种面积为1800万公顷，但其中几乎一半是没有灌溉条件的干旱地区。De等人在1976－1978年间的工作表明，在播各种后45天喷施浓度为6％的高岭土，能使叶温下降1-2.5℃，蒸腾明显降低。在不同的降水年份，产量增加16.5-27.7%。经过四分之一个世纪的研究，抗蒸腾剂虽已取得一些实际应用，但总的来说，由于价格、毒性及其效果等问题，至今并未在农业生产实践中大面积推广。在气孔开放抑制剂的研究中，近来出现的很有苗头的一类药物是螯合剂。由于Ｋ＋的移动在保卫细胞的膨压运动及气孔开闭中超着十分重要的作用，因此，将一些能与Ｋ＋螯合的离子载体进行叶面喷施或从叶面基部喂入，看来确能有效地引起气孔关闭及蒸腾降低。如双环已基18-冠-6、monensin，地衣酸、藻酸、水杨嗪酸，它们使蒸腾降低的效果相当明显，有的在极低浓度下（10－15摩尔）使大麦叶片蒸腾下降50％，18-冠-6及monensin在低浓度下的效果甚至比ＡＢＡ还高出1－2个数量级（表3－5－2）。从最近Carbonnier（1986）的报导看，他们已对地衣酸进行了相当广泛的研究，并已在非洲撒哈拉南部国家中进行了试验，取得了良好的效果，这是值得重视的。三、高吸水性树脂的应用效果高吸水性树脂（简称持水剂）是70年代中期以后新开发的一类高分子材料。由于经能吸收并保持相当于自身重量几百至几千倍的水分，因此，在工业、医辽及农林业中得到了日益广泛的应用。高吸水性树脂目前已有十多个品种，以最早开发的淀粉接枝聚丙烯腈水解共聚体为例，首先是将聚丙烯烯腈接枝到淀粉上去，形成淀粉-聚丙烯共聚体，然后在一定条件下将它们水解，这样的水解共聚体，依靠其羟基、羧基钠盐和酰胺基的氢键及渗透压的复合作用，就能吸收并保持比自身重量大得多的水分。据报导，目前最高的可达1：5000，而纤维素只能吸收15倍的水分，淀粉亦不超过50倍。水剂在农林业中的应方法，一种是造成种子涂层或种子造粒；第二种是根部涂层；第三种是与耕作土混合作为栽培床，这些方法都能明显地提高作物的抗旱能力，下面举几个例子来说明之。种子涂层是将持水剂与水在搅拌下开成一定浓度的水分散体（农度0.75-1%），再把种子与该分散体混合均匀，摊开晾干，使这在种子表面形成一个薄层，而后进行播种。河南农学院棉花栽种组（1982）按上述方法处理棉籽后，在含水率为8－16％的不同土壤水分低于10％的不同土壤中进行盆栽试验，从表3－5－4的材料可看出，对照在土壤水分低于10％以下时出苗率极低，而用持水剂处理后，在土壤水分为8％时亦能达到60％以上。对小麦种子所做试验亦观察到类似的结果。四、作用催熟剂的可能性催熟剂是干燥剂与脱叶剂的总称，它们一般于作物接近成熟时使用，以加速种子的成熟并提前收获。使用催熟剂不仅便于机械化作业，而且可为第二茬作物播种争取时间，再则，在某些地区施用后可使作物免受某些自然灾害（如早霜、干热风）的危害，减少损失。在我国华北南部，小麦一般在5月底6月初收获，但在5月下旬常有干热风发生并引起千粒重的下降及明显的减产（10％）。如能使小麦提前7－10天成熟，这对豫、陕、晋、皖等等来讲，是有着极重要意义的。目前，有关这方面的研究还很少，但这是值得探索的一条途径。使用催熟剂时，不仅要使作物提