论矿物元素在农作物中的综合平衡效应环境监测院.doc

论矿物元素在农作物中的综合平衡效应 毕 坤 (地矿部贵州地勘局地质科研所) 主题词 综合平衡效应 农作物 矿物元素 [内容提要] 矿物元素是农作物生长中有机物形成和维护生理功能代谢平衡不可缺少的物质，它们在农业生态非均衡自然系统中，以整体性、组合性、多元性、平衡性、特殊性参与酶类、蛋白质、糖分等物质形成的综合平衡效应，是促进农作物朝优质效应发展，保证农产品优质、高产、高效和农业生产可持续发展的重要环节。为此，本文从矿物元素在农作物生长中的作用、综合效应、质量效应、矿肥与农作物质量的平衡效应等方面阐述岩石—土壤—农作物在自然系统和人工系统中矿物元素的供需平衡关系，并提高到系统论、非均衡律、耗散结构理论的认识论进行探讨。 所谓矿物元素是农业地质科学的一个特有概念，它在地球表层岩石及土层中呈矿物形式存在，可转化为易被植物吸收的各种状态，并在植物生长中起重要生理作用的化学元素。在农业地质生态环境中，由多种矿物集合体组成的岩石体，不论成岩和未成岩，受自然营力的物理化学作用，矿物的化学成分能从化合物态转变为络合物态、吸附态、有机态、可溶态，其中呈离子状态的可溶态元素是农作物生长的基础物质。在农作物生长的全过程中，自然矿物和人工补偿矿物所释放的全部可溶态元素，始终以不同程度的作用参与物质流循环的动态平衡，以保证农作物的优生质量效应。因些，它们在地质体和农作物体内的含量及组合特征，反映着矿物和元素之间的内在联系与和谐统一，农作物通过对地质环境的适应性选择，依赖矿物元素的综合平衡效应，达到农作物的优生效果。 矿物元素在农作物生长中是调整新生性物质流平衡不可缺少的基础物质，其含量是影响农产品质量的法码。农作物的生长始终处于不平衡一平衡一不平衡的非均衡系统，当达到综合平衡效应时，农产品质量优良，反之则劣。为了让农业收获达到最佳经济、社会、生态效益，应用岩石圈、水圈、大气圈、生物圈的物质能量自然循环系统和人类干涉系统协调匹配，使矿物元素在农业生态中发挥优势效应，是研究矿物元素在农作物中综合平衡效应的目的。 作者在研究贵州烤烟、茶叶品质过程中逐渐认识到农作物生长不仅需要氮、磷、钾三个元素，而且需要其他大量元素及众多的矿物元素，在形成农作物的有机物时，它们以整体性、组合性、特殊性、平衡性参与农作物朝优生方向发展，或多或少地都发挥其功能作用。研究证实农作物中多数矿物元素仍未达到最佳浓度而处于饥饿状态，须进行补偿，以调整供需平衡，方能提高产量和质量，增加效益。 1 矿物元素在农作物生长中的功能 农作物干物质中有4％～7％的矿物质，不同农作物的矿物元素测定，有人认为化学元素周期表的元素都存在农作物中，有人认为已测出90余个元素，多数学者认为农作物常见五六十种元素， 如C、H、O、N、P、K、Ca、Mg S Al Si Fe Cu Pb Zn Mn Mo B、Sr V、La、Ce、Cd等大量元素和微量元素。经生物地球化学研究，对矿物元素在农作物生长中的功能，主要是参与农作物内含有机物的形成起催化剂的作用，是酶类、叶绿素、蛋白质、糖分、脂肪、芳香物等物质不可缺少的组分。部分矿物元素的功能研究较清楚，多数矿物元素还有待进一步研究，现将主要参与农作物生长的矿物元素的功能简介如下。 (1)钾 钾与碳水化合物、蛋白质代谢酶的活性存在有密切关系，钾充足时淀粉、蛋白质等高分子化合物含量高，能提高农作物质量和产量。 (2)氮 是植物构成全部蛋白质、叶绿素、细胞核的重要成分，不仅能促进植物枝叶茂盛，增加谷粒饱满程度和蛋白质含量，而且对钾、磷及其他养分起着控制作用。植物中氮的需要量常2％，主要来自土层、大气和人工补给。 (3)磷 磷的作用在于促进光合作用及细胞核蛋白、淀粉素、糖脂、磷脂等的重要成分，是植物内能量代谢、碳水化合物代谢、氮代谢及物质运移的媒体。磷供应不足以上作用将受阻碍，并会降低对氮和钾的吸收。 (4)钙 是农作物细胞壁的组成成分，细胞壁中的钙盐属偏碱性，对细胞壁溶液的酸碱度有调节作用，能影响化学成分的酸碱平衡，属偏碱性金属的作用。 (5)镁 与钙一样属偏碱性元素，它是农作物叶绿素及碳水化合物转化酶的重要组分，可占叶绿素的2％，缺镁则叶绿素难以形成，它的存在还将提高磷酸化酶的活性。 (6)铝 目前铝的生理作用还不够完全清楚，由于它的化学反应性强，能与许多无机物和有机物组成络合物，能改变土壤酸碱度，高浓度的铝能抑制Mg、Fe、Zn、Mo元素，低浓度铝能积累N、K、Mn、B元素，起拮抗和协调作用。 (7)硅 硅也是农作物细胞壁的一部分，在有机体内含量平均为0.2％。 (8)铁 能促进叶绿素形成，