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我国植物营养研究现状及发展趋势.
第一讲 我国土壤-植物营养研究的进展、现状及展望
第一节 国内外植物营养的研究现状及发展动态
我国土壤-植物营养的研究已有几十年的历史。在这几十年中,广大土壤-植物
营养工作者通过辛勤劳动研究了我国不同农业生态系统中氮、磷、钾三要素和中、微量营养元素以及一些有益元素的数量、形态和转化规律,探讨了影响其有效性的因子,提出了有效施用这些营养元素的土壤农化指标和农业技术措施,确定了定量施肥的一些措施和方法。与此同时,我国土壤-植物营养工作者探讨了根际微域的营养特点。近几年来,发掘植物潜力,利用植物营养遗传基因型的差异,提高作物对土壤和肥料养分利用的研究工作蓬勃开展。研究工作有所长也有所短,有进步也有不足。本文总结了这一方面的进展,指出了研究中的不足和问题所在,提出了今后研究的几个重点内容。
自1840年Liebig的矿质营养元素学说提出以后,研究土壤、植物和肥料中的植物营养元素的形态、转化、动向和归宿以及其在植物体内的功能、代谢和调控,引起了人们极大重视。研究工作如雨后春笋,蓬勃发展,一门新的学科也应运而生:1921年,苏联的普良尼式尼科夫提出了农业化学这一学科,并明确界定它的内容是研究土壤、植物、肥料三者之间的关系。但是,这一界定的农业化学并未被其他国家接受,不同国家对这一术语有不同理解。解放前,我国的农业化学内容主要包括发酵和酿造,现在日本的“农艺化学”也包括着这两方面的内容。即使在前苏联,农业化学的内涵也未完全统一,出版的不少专著中包含着农药在内。在欧美国家,研究土壤、植物、肥料三者关系的内容一直包括在土壤科学之中。直到近二三十年来,才有植物营养的专著问世。解放后我国一直采用普良尼式尼科夫定义,普遍应用农业化学这一术语;直到近几十年,才广泛地应用植物营养这一名词,不管叫农业化学,也不管叫土壤-植物营养,在我国的概念基本是相同的。
本节拟对我国土壤-植物营养科学的研究进展作一回顾,并对未来发展作一分析。
1 我国土壤-植物营养的研究进展
1.l 植物营养元素
在土壤-植物营养中,氮、磷、钾三要素是植物必需而又是限制植物生长的重要养分因子,一直受到研究者的重视。在这三要素中,氮素是植物需要多、土壤供应少,供求之间存在着尖锐矛盾的元素。和植物的需要相比,世界大部分土壤缺氮。因而氮肥的生产和应用开创了农业历史的新纪元,有力地促进了农业生产发展。联合国粮食组织估计,发展中国家粮食的增产作用有55%以上来自化肥,在化肥中氮肥又起着举足轻重的作用。我国也是这样,目前年施氮量已达1347万吨,农业生产的发展和氮肥有不解之缘。
氮肥大量使用促进了作物产量大幅度提高,也带来了许多弊端:经济效益下降,利用率降低,环境污染,生态条件恶化。据统计,我国目前氮肥当季利用率为30%~40%,远低于20年前,且呈不断下降趋势:上世纪80年代初与50年代末相比,每kg氮增产稻谷由15~20 kg减至9.1 kg,小麦由l0~15 kg减为10 kg,玉米由20~40 kg减为13.4 kg,1982年至1992年10年间,我国粮食产量增加了27%,单产增加了31.7%,同期化肥用量却增加了93.6%。氮肥利用率不高所导致的环境污染越来越引起人们关注[3]。氮素既是植物的营养元素,也是污染元素。在通气良好的旱地土壤中,施入的铵态或酰胺态氮,均会经硝化作用很快地转变为硝态。硝态氮被作物吸收,进人植物体后大部分被硝酸还原酶作用,还原成铵态氮,参与植物一系列代谢过程。但如果施氮多,土壤供氮量高,就会有一部分氮素以硝态氮的形态存在王植物体内:后一情况在蔬菜更为严重。形成的硝态氮也会随径流或下渗,污染湖泊和地下水源。据估计,流人河、湖中的氮素约有60%来自化肥。水体氮素污染加剧了地面水的富营养化过程。湖泊海洋的富营养化引起藻类大量生长,使水中的氧气耗竭而造成水生生物死亡或绝迹,虽主要由磷素所引起,氮素也肩负着重要责任。硝态氮对地下水的污染更为严重,不少地区地下水硝态氮含量已超过饮水标准。20世纪70年代,化肥N增长6.49%,同期地下水中硝态氮含量增加了约23%。存在于植物或地下水中的硝态氮严重地危害摄食、饮用它的人体健康。进入人体的硝态氮能在体内还原成亚硝态氮NO-2)后迅速进人血液,将血红蛋白中的铁氧化为高铁,便其形成无法运载氧气的高铁血红蛋白,从而影响氧气运载,产生所谓高铁血红蛋白症,婴儿尤多。国外发生的蓝色婴儿(Blue baby),就是这种病的典型表现。亚硝态氮还可与各种胺类反应,生成致癌的N—亚硝酸胺和次生胺两类物质。氮素硝化与反硝化过程中产生的氧化亚氮是重要的温室效应气体,不但幅射效应高,一个分子的幅射效应相当于150个CO2分子的效果,而且也是臭氧的消耗者。臭氧层中臭氧减少,会增加紫外线透过的数量,增加皮癌发病机率,严重危害人类和动物的生长与健
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