施肥与品质和环境

第七章施肥与作物品质和环境第一节施肥与作物品质一、矿质营养与植物的品质(一)氮肥与品质的关系植物体内与品质有关的含氮化合物有蛋白质、必需氨基酸、酰胺和环氮化合物(包括叶绿素A、维生素B和生物碱)、NO-3、NO-2等。蛋白质是农产品的重要质量指标。★增施氮肥能提高农产品中蛋白质的含量，籽粒中蛋白质的积累是营养器官中氮化物重新利用的结果。★后期根外追施尿素或NH4NO3对提高籽粒蛋白质含量有明显的作用，而且尿素的作用优于NH4NO3。15N的研究表明，小麦后期叶面追施尿素可促进谷蛋白的合成，从而提高面包的烘烤质量。人体必需的氨基酸有缬氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、蛋氨酸、色氨酸、异亮氨酸和赖氨酸，其含量也是农产品的主要品质指标。◎这些氨基酸是人和动物体本身无法合成的，只有由植物产品提供。◎适当供氮能明显提高产品中必需氨基酸的含量，而过量施氮时，必需氨基酸的含量却反而会减少。◎人和动物如果缺乏必需氨基酸，就会产生一系列代谢障碍，并导致疾病。通过施肥能够提高蛋白质的含量，但不能影响蛋白质的组成，这是因为蛋白质组成主要受遗传基因控制的缘故。但施氮也能改变植株的有些营养成分。向日葵油一般含有10％的饱和脂肪酸(棕榈酸和硬脂酸)、20％的油酸、70％的必需亚油酸，但随着氮肥用量的增大，增加向日葵油中的油酸含量增加，而亚油酸含量减少。对油菜也有相同的趋势，施氮不仅能提高籽粒产量和粒重，同时也能提高含油量(表9-9)。氮肥还影响植物油的品质氮肥用量对油菜籽含油量的影响━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━施氮量(g/盆)籽粒产量(g/盆)粒重(mg)含油量(％)───────────────────────0.26.61.821.20.47.72.221.50.85.63.341.8━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━氮素营养状况对甜菜品质的影响是至关重要的在块根生长初期，供应充足的氮是获得高产的保证，而后期供氮多则会导致叶片徒长、块根中氨基化合物和无机盐类含量增高，使糖分含量大幅度下降。人体内NO2-过量能导致高铁血红蛋白症,引起血液输氧能力下降。NO2-盐还可与次级胺结合,转化形成一类具有致癌作用的亚硝胺类化合物。氮肥施用量过大是造成叶菜类植物体NO3盐含量大幅度增加的主要原因产品中的NO-3和NO2-含量是近年来引人注意的主要品质指标(二)磷肥与品质的关系与植物产品品质有关的磷化物有无机磷酸盐、磷酸脂、植酸、磷蛋白和核蛋白等。增施磷肥对作物品质的作用1.提高产品中的总磷量。2.增加作物绿色部分的粗蛋白质含量。饲料中含磷(P)量达0.17％～0.25％时才能满足动物的需要，含磷量不足会降低母牛的繁殖力。P/Ca比对人类健康的重要性远远超过了P和Ca单独的作用。磷能促进叶片中蛋白质的合成，抑制叶片中含氮化合物向穗部的输送，磷还能促进植物生长，提高产量，从而对氮产生稀释效应。因此，只有氮磷比例恰当，才可提高籽粒中蛋白质的含量。增施磷肥对作物品质的作用3.促进蔗糖、淀粉和脂肪的合成。4.使蔬菜上市表现、果实大小、耐贮运、味道特性等都有所改善。磷能提高蛋白质合成速率，而提高蔗糖和淀粉合成速率的作用更大；作物缺磷时，淀粉和蔗糖含量相对降低，但谷类作物后期施磷过量，对淀粉合成不利。充足的磷肥可获得较大的马铃薯块茎；磷肥供应不足时，则形成较小的块茎；磷太多时又易形成裂口或畸形块茎。磷肥还能提高果菜类蔬菜的含糖量，改善其酸度，使上市的蔬菜更鲜美、漂亮、提高商品档次。(三)钾肥与品质的关系1.改善禾谷类作物产品的品质，不仅可增加禾谷类作物籽粒中蛋白质的含量，而且还可提高大麦籽粒中的胱氨酸、蛋氨酸、酪氨酸和色氨酸等人体必需氨基酸的含量。2.促进豆科作物根系生长，使根瘤数增多、固氮作用增强，从而提高籽粒中蛋白质含量。(三)钾肥与品质的关系3.有利于蔗糖、淀粉和脂肪的积累，在甜菜上施用钾肥可提高含糖量、减少杂质含量；在大麦上施钾可提高籽粒中淀粉和可溶性糖的含量。4.提高棉花产量，促进棉绒成熟，减少空壳率，增加纤维长度，还能提高棉籽的含油量。5.改善烟叶的颜色、光洁度、弹性、味道和燃烧性能和减少烟草中尼古丁的含量和烟叶中草酸的含量。(四)钙、镁、硫与品质的关系钙钙既是细胞膜的组分，又是果胶质的组分。缺钙不仅会增加细胞膜的透性，也会使细胞壁交联解体，还会使番茄、辣椒、西瓜等出现脐腐病，苹果出现苦痘病和水心病等，极大地影响农产品品质；施钙可增加牧草的含钙量，提高其对牲畜的营养价值还可增加农产品的可贮性。钙是人类食品中明显不足的元素，施钙对提高植物食品的含钙量，促进人体健康也极其重要。镁镁的含量也是农产品的一个重要的品质标准饲用牧草镁含量不足时可导致饲养动物缺镁症，引起动物痉挛病，人类饮食中镁不足则会导致缺镁综合症，出现过敏、困乏、疲劳、脚冷、全身疼痛等病症。施镁肥可提高植物产品的含镁量，还能提高叶绿素、胡萝卜素和碳水化合物的含量，防治人畜缺镁症。硫硫是合成含硫氨基酸如胱氨酸、半胱氨酸和甲硫氨酸必不可少的缺硫会降低蛋白质的生物学价值和食用价值。禾谷类作物籽粒中半胱氨酸含量低时，会降低面粉的烘烤质量。某些植物(如洋葱和十字花科植物)体内次生物质(如芥子油、葱油)的合成也需要硫。因此，施硫可增加这些植物产品的香味，改善其品质。(五)微量元素与品质的关系由于许多微量元素是植物、人和动物体都必需的，因此，农产品中微量元素的含量也是重要产品品质指标。微量元素影响着植物体内许多重要代谢过程，但它同时又是易于对植物产生毒害等不良影响的元素。因此，微量元素含量的增加不能过度。铁绿色叶片(如菠菜)和粮食中的铁是人体中铁的重要来源。缺铁可引起贫血、脑神经系统疾病、感染性疾病和骨骼异常现象等。锰食物和饲料中的含锰量也是重要的品质标准。施用锰肥有提高维生素(如胡萝卜素、维生素C)含量，防止裂籽、提高种子含油量等作用。缺锰会引起动物生长停滞、骨骼畸形、生殖机能障碍等病症。铜铜对于提高植物产品蛋白质含量、改善品质、增加与蛋白质有关物质的含量都有积极的作用。锌缺锌能使植物成熟期推迟，从而影响农产品品质；由于偏食或食物中含锌量低常常会引起儿童食欲不振、生长发育受阻。施锌能增加植物产品含锌量和产量，防治人畜缺锌病。锌是一种重要品质指标。硼硼对植物体内碳水化合物运输有重要影响适量增施硼肥可提高蔗糖产量。施硼还可防止因缺硼造成的“茎裂”，提高蔬菜品质。钼钼又是重要的品质指标之一。缺钼土壤上施钼肥可增加种子的含钼量，提高农产品的蛋白质含量，改善其品质。钼能促进固氮作用,施钼可以增加豆类作物的含氮量,从而提高蛋白质含量。籽粒中养分的缺乏会降低种子活力和后代生存的潜力。种子中养分贮存得越多，其活力越大，种子萌发能力也越强幼苗生长也越茁壮。养分的缺乏会影响种子中其它物质的化学组成，间接地影响种子活力，这种间接影响往往是通过对种皮结构、种子饱实率和激素水平的影响造成的。二、矿质营养与种子活力和品质的关系氮能提高母体生殖细胞数量,从而提高产量,但氮过多又会延迟成熟，降低种子活力。含钾量低的种子不仅发芽率低，而且降低了种子活力和缩短种子的寿命。缺锌延迟种子成熟。缺硼使种子出现“空心病”和“腐心病”。缺锰出现“裂籽病”。这些都严重地影响种子的活力和品质矿质养分的缺乏不仅对种子产量和活力产生抑制作用，而且会降低动物及人类食物的品质。缺氮、缺硫改变了豆科作物种子中氨基酸的组成和蛋白质的合成；缺硫降低了大豆球蛋白和豌豆球蛋白中含硫氨基酸的含量,使营养价值下降。铁、锌和铜是人类饮食中经常缺乏的养分,人类消耗的食品中有1/3～1/4的营养物质是由成熟种子等植物产品提供的。因此，种子是人类矿质养分的重要来源，任何能增加种子中矿质养分含量的措施都是值得重视的。第二节施肥与环境一、肥料与土壤污染（一）土壤化学污染：磷肥的原料磷矿石中含有毒元素砷、铬、镉、氟、钯。（二）土壤生物污染：有机肥和垃圾含病原微生物二、施肥与水体的富营养化在塘、湖发生水华，近海发生赤潮。关键元素N和P三、施肥与地下水污染：主要是硝酸盐污染是是四、施肥与大气污染：温室效应气体五、施肥与食品污染：蔬菜硝酸盐防止施肥对环境污染的措施：1、保证肥料质量2、控制肥料用量国家或地区美国西部美国东部摩洛哥原苏联中国四川中国云南中国贵州中国宜昌澳大利亚美国西部美国东部中国四川澳大利亚德国测试样品磷矿磷矿磷矿磷矿磷矿磷矿磷矿磷矿磷矿TSPTSPSPSPSPCD含量60~3403~1515~170.4~0.60.5~0.60.9~4.00.80.74~10950~25010~200.4~0.638~480.2~117资料来源Auer,1977USEPA,1974Machelett,1984Machelett,1984四川农大，1985Fertilizerweed,1991Fertilizerweed,1991Fertilizerweed,1991Williarms,1974Mortved&Giordano,1977Mortved&Giordano,1977四川农大，1985Williams&David,1973Machelett,ect.,1984部分国家或地区磷矿(肥)中镉含量(mg/kg)磷矿产地云南昆阳云南海口贵州开阳贵州翁福湖北王集湖北大峪口黄麦岭湖南石门原矿3.402.903.173.391.631.121.34精矿3.403.422.751.962.752.89磷矿产地(原矿)湖北宜昌2.90四川金河2.65美国2.20~4.00苏联2.90~3.00非洲2.65~4.20中东3.00~4.00越南2.98部分国家或地区磷矿中氟含量(%)元素名称PbHgCrCdAsCuZn含量7.2~14.510.0262~452.47~1730.50~4.42×10310.21~5.9921.7~3.7186.72北京市部分垃圾中化学元素含量(mg/kg)元素种类CrLiCuPbZnHgCdCoAsNi北京100.0-20.010.050.00.10.06-6.040.0河南(封丘)56.823.914.511.745.10.0260.0667.910.222.5宁夏61.2-18.711.456.60.0320.105-12.524.1山东(济南)52.728.518.522.757.10.0160.04511.78.826.8江苏77.830.122.326.262.60.2890.12612.610.026.7新疆(天池)63.430.927.915.979.40.0220.1314.711.830.7湖南71.444.927.329.794.40.1160.12614.615.731.9范围5~15003~3502~2502~3001~9000.01~0.50.01~20.05~6.51~502~750中值70253035900.060.358650国外土壤元素含量我国部分省及国外土壤中10种金属元素背景值(mg/kg)有蛔虫卵占总数量(%)大肠杆菌值(样品数量)110-110-210-310-410-510-6蔬菜种类第一类：菜花、黄瓜、扁豆、茄类第二类：马铃薯、藕、笋、韭菜、芹菜、香菜、白菜、萝卜、葱占总数量2.3529.0313.61515.022421.918317.7101016.8111219.34910.9468.40蔬菜生物污染调查项目BOD(mg/L)细菌(个ml)磷(mg/L)氮(mg/L)恶臭着色死鱼贫营养＜1＜100＜0.001＜0.1前期中营养1~3100~1万0.001~0.0050.1~0.2+++后期中营养3~101~10万0.005~0.010.2~0.3++++++富营养＞10＞10万＞0.01＞0.3+++++++++水体富营养化作用及影响砂质土亚砂土亚粘土平均2.01.31.01.432.11.62.37535谷物块根作物永久性草场排水中N量(kg亩)土壤类型土壤与作物对氮渗失的影响排水量300mm时最大淋失量(每年kgN/亩)砂土粘土农地砂土粘土草地A2.2B4.4C8.804.624.06.624