王 瑩，魏春雁，張國輝，劉笑笑，王巍巍，何志勇

(吉林省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標準與檢測技術(shù)研究所，農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風險評估實驗室，吉林長春130033)

所謂植物營養(yǎng)是指植物體從外界環(huán)境中吸收的生長發(fā)育所需的物質(zhì)。這些被吸收的化學物質(zhì)就是植物的營養(yǎng)元素。根據(jù)植物需要量的多少，必需元素又分為大量元素、中量元素和微量元素。植物必需的大量元素包括碳(C)、氫(H)、氧(O)、氮(N)、磷(P)、鉀(K);必需的中量元素包括硫(S)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、硅(Si);必需的微量元素包括鐵(Fe)、錳(Mn)、鋅(Zn)、銅(Cu)、硼(B)、鉬(Mo)、氯(Cl)、鈉(Na)、鎳(Ni)。糧食和蔬菜是人類攝入營養(yǎng)物質(zhì)的主要途徑之一，至少有一半的營養(yǎng)通過植物性食品的形式進入人體，而另一半則通過動物性食品進入人體的。因此，植物的營養(yǎng)狀況與人畜健康有著緊密的聯(lián)系，合理地給予植物良好的營養(yǎng)環(huán)境，最終能更好地保證人畜健康。

1 合理供應(yīng)植物營養(yǎng)素，提高農(nóng)作物產(chǎn)量，保障糧食供給，保證人畜健康

我國人多地少情況嚴峻，據(jù)統(tǒng)計至2006年10月，我國耕地面積已減少到1.22×108hm2，而人口達13.7億，已經(jīng)接近警戒紅線(人均耕地僅0.093 hm2)的水平，耕地面積是世界平均水平的42%、印度的62%、美國的15.7%［1］?！吨袊澄锱c營養(yǎng)發(fā)展綱要(2001—2010)》預警:到2030～2040年我國人口高峰期時，將存在近2×108t的糧食缺口［2］。要消除饑餓，保證人畜健康，提高單產(chǎn)以保證植物性農(nóng)產(chǎn)品的供應(yīng)至關(guān)重要。牲畜飼料同樣源于植物，隨著牲畜養(yǎng)殖量的增大，糧食的消耗量也在不斷增加，目前大約有40%的糧食被用于飼料生產(chǎn)。因此培育新的飼料用作物新品種，使用植物營養(yǎng)素調(diào)節(jié)，提高產(chǎn)量保障供給，也是保證人畜健康安全的重要途徑。

肥料是糧食增產(chǎn)的決定因子之一，但是我國水稻、小麥、玉米等糧食作物的肥料利用率遠遠低于其他一些國家地區(qū)的相應(yīng)指標［3－5］，施肥的方法和施肥比例不合理是主要影響因素之一。因此，研究各種作物切實的營養(yǎng)素需求比例，按照更加合理的配比施用化肥尤為重要。如氮、磷用量偏大而鉀的用量不足，會影響水稻的正常生長發(fā)育，并且導致其養(yǎng)分利用率偏低。適當減少氮、磷用量，增加鉀用量能夠改善氮、鉀的營養(yǎng)狀況，促進水稻地上部分干物質(zhì)的積累，同時提高籽粒產(chǎn)量和氮、磷表觀利用率［6］。蕎麥為需鉀較多的作物之一，鉀肥施用不當會導致產(chǎn)量下降或是環(huán)境污染，當鉀施用量為46.2 kg/hm2時，甜蕎麥的籽粒產(chǎn)量、籽粒鉀素積累量和籽粒含鉀量都能達到最高水平［7］。新疆甜瓜，在施P2O5140 kg/hm2、K2O 150 kg/hm2的基礎(chǔ)上施 N 225 kg/hm2，甜瓜的養(yǎng)分吸收量和產(chǎn)量均為最高［8］。向日葵，由于其植株高大，生長迅速，吸收養(yǎng)分多，在生長中就需要合理的施肥以保證高產(chǎn)和籽實品質(zhì)，氮、磷、鉀配合施用比單獨施用效果更好，其中氮素仍然是主要產(chǎn)量限制因素，施肥增產(chǎn)效果從高到低依次為氮肥、鉀肥、磷肥［9］。常規(guī)施肥菜心產(chǎn)量高，但硝酸鹽含量高，維生素C含量低;而經(jīng)過調(diào)整氮、磷、鉀含量的配方施肥硝酸鹽含量降低，維生素C含量提高［10］。

當然調(diào)控植物營養(yǎng)的方法并不局限于施肥，比如中國農(nóng)業(yè)大學資環(huán)學院的“植物適應(yīng)養(yǎng)分脅迫的根際效應(yīng)機理研究”成果，就開創(chuàng)了營養(yǎng)植物的新途徑。植物實際上能夠主動通過形態(tài)和生理生化變化適應(yīng)不良生存條件。小麥、玉米這類單子葉禾本科植物會主動向土壤分泌麥根酸類植物鐵載體，使其在缺鐵、鋅的土壤上仍然可以正常生長，而花生等雙子葉植物并沒有這種能力。采用玉米和花生進行間作種植，玉米可以把活化的鐵提供給花生，而花生作為豆科植物可以固氮，可將N元素提供給玉米，從而使這兩種作物產(chǎn)量都增加。

2 合理供應(yīng)植物特定營養(yǎng)元素，提高農(nóng)作物品質(zhì)，促進人畜健康

氮是植物生長必需的大量元素，但是不合理地施N肥會造成植物營養(yǎng)失調(diào)，引起糧食和蔬菜的品質(zhì)下降，缺少養(yǎng)分吸收。其首先影響的是植物本身的生長，進而影響植物產(chǎn)品的品質(zhì)。許多研究表明，多種病蟲害如稻瘟病、稻縱卷葉螟、紋枯病等的發(fā)生與發(fā)展都與稻田小氣候環(huán)境密切相關(guān)，而小氣候可以通過不同的N肥水平來影響［11－13］。

鈣鎂是植物和動物必需的中量營養(yǎng)元素。鈣對動物血液凝固、肌肉收縮，正常神經(jīng)和膜結(jié)構(gòu)完整等都有重要作用，人畜鈣吸收不足，會產(chǎn)生鈣缺乏癥。缺鈣的植物葉子易發(fā)生疾病，如西紅柿。增施鈣肥對籽粒中鈣含量的提高效果不明顯，但能有效提高葉菜的鈣含量，而葉菜也是人畜一種重要鈣源。人體吸收鎂不足會造成缺鎂綜合癥，植物性食品也是人體吸收鎂元素的重要來源，如精面粉、粗面粉中鎂含量分別為 360 和1 400 μg/g，而牛奶、雞蛋中為120 μg/g。在缺鎂的土壤中施用適量鎂肥，可以提高農(nóng)產(chǎn)品的鎂含量，同時葉綠素和胡蘿卜素含量也會提高。

硫是蛋白質(zhì)組分中蛋氨酸、胱氨酸、半胱氨酸等的重要組成元素，是人畜和植物機體的重要中量營養(yǎng)元素。小麥缺硫會減產(chǎn)，并影響面粉中的半胱氨酸含量;豆類作物缺硫，其種子蛋氨酸含量會降低。

鋅影響人體生長、免疫、生殖和大腦發(fā)育，缺鋅會導致生長發(fā)育期的兒童食欲不振，發(fā)育受阻，智力不良等，而動脈硬化、心肌梗塞、肺癌等疾病也與鋅有關(guān)。鋅在動物產(chǎn)品和海產(chǎn)品中的含量高于谷物，但由于中國的膳食結(jié)構(gòu)中谷物食用較多，鋅攝入不足的情況會更多。合理施用鋅肥，可以矯正人畜的缺鋅綜合癥。

鐵作為地球上最豐盛的元素之一，在土壤中的含量并不高，而且其存在形式多不利于被植物利用。因此造成植物缺鐵的情況雖不多，但人缺鐵現(xiàn)象仍然普遍存在。人和動物機體所需鐵源以葉菜和糧食為主，這些農(nóng)產(chǎn)品中鐵不足，極易造成人畜的缺鐵性貧血，并與心臟病、高血壓、心血管病和腦神經(jīng)系列疾病的發(fā)病率密切相關(guān)。合理施用鐵肥，提高作物鐵水平，有益于人畜健康。有研究表明，植株吸收無機鐵鹽的效果很差，制備成螯合態(tài)鐵的鐵肥土施和葉施效果則較好。

3 控制土壤環(huán)境，減少植物對有害元素的吸收，保障人畜健康

汞、鉛、砷等重金屬在農(nóng)作物中蓄積，通過食物鏈進入人畜體內(nèi)破壞人和動物健康。重金屬類環(huán)境污染物主要來自工業(yè)排放，另外部分重金屬來自生活垃圾等的排放，而砷、銅、鋅等常作為飼料添加劑使用，也會通過有機肥施用的方式導致土壤中重金屬元素含量過高。重金屬對人畜健康有很大的危害，以汞為例，自工業(yè)化發(fā)展以來，其排放量大大增加，它不僅對植物具有很強的毒害作用，抑制植物的生長發(fā)育［14］，也可以通過呼吸、皮膚和飲食進入人體。最著名的就是20世紀60年代初，由甲基汞引起的水俁病，在世界范圍內(nèi)引起對汞污染的重視［15］。

對重金屬的有效治理主要是改變重金屬在土壤中的存在形態(tài)，減少在土壤中的遷移性和生物可利用性［16］。以鎘為例，鎘的活性受土壤酸堿性的影響很大，在鎘污染土壤中施用一定量的堿性物質(zhì)如石灰，提高土壤pH，可以減少作物對其吸收［17］。第2種方法是增施有機肥，由于有機肥可以促進土壤中的重金屬離子與其形成絡(luò)合物，增加了土壤對重金屬的吸附能力，提高土壤對重金屬的緩沖性，從而減少植物對其吸收，阻礙其進入食物鏈［18］。還有調(diào)節(jié)土壤的氧化還原狀況也可以影響土壤中重金屬的活性，可以通過調(diào)節(jié)土壤水分來控制重金屬在土壤—植物系統(tǒng)中的遷移，旱田改水田降低土壤的氧化還原電位，能夠有效降低重金屬鎘的活性，減小對植物的危害。再有就是利用離子拮抗技術(shù)，使用另一種對作物危害較輕，或是低濃度有利于作物生長的微量元素拮抗與其化學性質(zhì)和地球化學行為相似的有害重金屬，比如土壤中適宜的鎘/鋅比，可以抑制植物對鎘的吸收［19］。

從源頭控制有害元素進入土壤至關(guān)重要。肥料的生產(chǎn)原料和加工過程中會帶入重金屬元素，致使重金屬隨肥料施用進入農(nóng)田［20］，不同類型的肥料其重金屬含量從高到低為:磷肥＞復合肥＞鉀肥＞氮肥。磷肥的原料磷礦石成分復雜，多含有較高的重金屬組分，其制造過程中的酸化工藝使重金屬的活性大大提高，其產(chǎn)品中鎘等重金屬的含量較高。因此，開發(fā)新型生物肥料，在其原料和加工過程中有目的地去除重金屬，能減少農(nóng)產(chǎn)品中重金屬含量。

生態(tài)修復也是減少土壤中重金屬污染的重要方式，大部分農(nóng)作物的根部是吸收重金屬的主要部位，同時也是阻止其向地上部分遷移的屏障，因此，除了只食用其地上部分可以降低對人畜的重金屬污染，將其根系移除也可以有效帶走一部分土壤中的重金屬［21］，據(jù)此特性，部分研究者致力于篩選培育超積累植物來吸收帶走土壤中的重金屬。

4 減少不合理施肥對生態(tài)系統(tǒng)的影響，保護人畜健康

肥料施用不合理時，會遷移到大氣和水體，造成空氣污染和飲用水污染，從而傷害人畜健康。2010年2月6日，由中國環(huán)保部、國家統(tǒng)計局以及農(nóng)業(yè)部聯(lián)合發(fā)布的“第一次全國污染源普查公告”表明，農(nóng)業(yè)源污染對水環(huán)境的影響較大，農(nóng)業(yè)用化學物質(zhì)排放量占總的43.7%，農(nóng)業(yè)源(種植業(yè)、禽畜養(yǎng)殖業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè))總氮、總磷的排放占所有排放總量的57.2%和67.4%。我國農(nóng)田中化肥氮去向，作物的吸收利用率約為35%，氨揮發(fā)損失11%，硝化—反硝化損失34%，后者會導致溫室效應(yīng)和破壞臭氧層［22］。改進施用技術(shù)，降低進入農(nóng)田的氮肥損失率、提高作物的吸收利用率，是協(xié)調(diào)農(nóng)業(yè)發(fā)展與環(huán)境保護的著力點［23］。磷素在土壤中的移動性很小，會長期累積，地表水體磷素多會引發(fā)水體富營養(yǎng)化，爆發(fā)藍綠藻等。2000年世界范圍的調(diào)查研究表明，世界磷素當季作物回收率是15%～25%，多年累積作物回收率是50%～90%［24］。而研究表明磷素可以在土壤中被固定而無效化，因此研究其無效化原理并相應(yīng)減少固定，就可以有效降低磷素污染。

多年來，我國土壤肥料科技工作者為提高肥料利用效率做了大量工作，形成了諸如測土推薦施肥、氮肥深施、灌溉施肥、以水帶氮、前氮后移、緩控釋肥等成熟的施肥技術(shù)，推動了施肥技術(shù)的進步。但是由于我國人多地少、土地基礎(chǔ)肥力差、經(jīng)營分散、地塊面積小、復種指數(shù)大、倒茬時間緊等因素，決定了在我國實現(xiàn)科學施肥有其特殊的難度，生產(chǎn)上施肥依然有很大的盲目性。根據(jù)我國國情，在養(yǎng)分的管理和施肥的指導思想方面相應(yīng)需要從田塊尺度提升和擴展到區(qū)域尺度，提出了“區(qū)域用量控制與田塊微調(diào)相結(jié)合”的推薦施肥的理念，區(qū)域平均適宜施氮量法可以作為推薦氮肥適宜施用量的基礎(chǔ)。在新型肥料的研制方面也有長足的進展，發(fā)展較快的有緩/控釋肥料、功能性肥料、全水溶性肥料、有機無機復合肥料、微生物肥料(菌劑)等，這些新技術(shù)和新產(chǎn)品的推廣應(yīng)用，不僅提高了肥料利用率，也為人畜健康保留了污染更少的環(huán)境［25－27］。

5 結(jié)語

植物營養(yǎng)與人畜健康密不可分，需要在追求糧食產(chǎn)量的同時堅固品質(zhì)和環(huán)境保護，這就要求一方面對農(nóng)作物的生理特性有更深入的研究，了解其對營養(yǎng)物質(zhì)的需求量和在植物體內(nèi)的運輸和利用過程，針對不同作物，不同生長環(huán)境，因地制宜的進行肥料等的施用。同時開發(fā)新型的肥料也是值得研究的方向，以往的傳統(tǒng)肥料通常存在著制造過程污染大，產(chǎn)品雜質(zhì)多，利用率低以及達不到預期效果等情況，希望新型肥料可以在這些方面有所改進。另外，植物對一些有害物質(zhì)的吸收和固定很值得進一步研究和應(yīng)用，可以應(yīng)用于水土污染的治理方面。這些都是未來可以研究的方向。

［1］朱兆良，金繼運.保障我國糧食安全的肥料問題［J］.植物營養(yǎng)與肥料學報，2013，19(2):259 －273.

［2］增靖，常春華，王雅鵬.基于糧食安全的我國化肥投入研究［J］.農(nóng)業(yè)經(jīng)濟問題，2010(5):66 －70.

［3］張福鎖，王激清，張衛(wèi)峰，等.中國主要糧食作物肥料利用率現(xiàn)狀與提高途徑［J］.土壤學報，2008，45(5):915 －924.

［4］CASSMAN K G，DOBERMANN A，WALTERS D T.Agroecosystems，nitrogen-use efficiency，and nitrogen management［J］.Ambio，2002，31:132 －140.

［5］LADHA J K，PATHAK H，KRUPNIK T J，et al.Efficiency of fertilizer nitrogen in cereal production:Retrospects and prospects［J］.Advances in Agronomy，2005，87:86 －156.

［6］杜加銀，茹美，倪吾鐘.減氮控磷穩(wěn)鉀肥對水稻產(chǎn)量及養(yǎng)分積累的影響［J］.植物營養(yǎng)與肥料學報，2013，19(3):523 －533.

［7］侯迷紅，范富，宋桂云，等.鉀肥用量對甜蕎麥產(chǎn)量和鉀素利用效率的影響［J］.植物營養(yǎng)與肥料學報，2013，19(2):340 －346.

［8］胡國智，馮炯鑫，張炎，等.不同施氮量對甜瓜養(yǎng)分吸收、分配、利用及產(chǎn)量的影響［J］.植物營養(yǎng)與肥料學報，2013，19(3):760 －766.

［9］段玉，妥德寶，張君，等.氮磷鉀平衡施用對油用向日葵產(chǎn)量及肥料效率的影響［J］.植物營養(yǎng)與肥料學報，2013，19(3):767 －771.

［10］李永勝，杜建軍，龍增群，等.不同肥料處理對菜心產(chǎn)量、品質(zhì)及經(jīng)濟效益的影響［J］.中國土壤與肥料，2013(3):49－52.

［11］HE F.Effects of N rates on canopy microclimate and community health in irrigated rice［J］.Journal of Anhui Agricultural Sciences，2010，38(5):2285 －2287，2338.

［12］張桂芬，魯傳濤，中效誠，等.栽插密度、施氮量對水稻主要病蟲害的綜合生態(tài)效應(yīng)［J］.植物保護學報，1995，22(1):38 －44.

［13］SAVARY S，CASTILLA N P，ELAZEGUI F A，et al.Direct and indirect effects of nitrogen supply and disease source structure on rice sheath blight spread［J］.Phytopathology，1995，85(9):959 －1011.

［14］袁宇飛，李瑞平，李光德，等.鋅對汞脅迫下小麥種子萌發(fā)的影響［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，2012，31(2):259 －264.

［15］張琴，張崇玉，劉文拔，等.連續(xù)使用有機肥對小麥苗期吸收汞的影響［J］.貴州農(nóng)業(yè)科學，2009，37(6):93 －95.

［16］顧繼光，周啟星，王新.土壤重金屬污染的治理途徑及其研究進展［J］.應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學學報，2003，11(2):143 －151.

［17］NAIDU R，KOOKANA R S，SUMNER M E.Cadmium sorption and transport in variable charge soils［J］.Environ Qual，1997，26:602 －617.

［18］張亞麗，沈其榮，姜洋.有機肥料對鎘污染土壤的改良效應(yīng)［J］.土壤學報，2001，38(2):212 －218.

［19］王林，周啟星.農(nóng)藝措施強化重金屬污染土壤的植物修復［J］.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報，2008，16(3):772 －776.

［20］曾希柏，蘇世鳴，馬世銘，等.我國農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)重金屬的循環(huán)和調(diào)控［J］.應(yīng)用生態(tài)學報，2010，21(9):2418 －2426.

［21］馮紹元，邵洪波，黃冠華.重金屬在小麥作物中殘留特征的田間試驗研究［J］.農(nóng)業(yè)工程學報，2002，18(4):113 －115.

［22］XING G X，ZHU Z L.Regional nitrogen budgets for China and its major Watersheds［J］.Biogeochemistry，2002，57/58:405 －427.

［23］朱兆良.關(guān)于稻田突然供氮量的預測和平均適宜施氮量的應(yīng)用［J］.土壤，1988(2):57－61.

［24］SMIL V.Phosphorus in the environment:Natural flows and hunman interferences［J］.Annu，Rev Energy Environ，2000，25:53 －88.

［25］盧艷麗，自由路，王磊，等.華北小麥－玉米輪作區(qū)緩控施肥應(yīng)用效果分析［J］.植物營養(yǎng)與肥料學報，2011，17(1):209 －215.

［26］李燕婷，李秀英，趙秉強，等.緩釋復混肥料對玉米產(chǎn)量和土壤硝態(tài)氮淋失積累效應(yīng)的影響［J］.中國土壤與肥料，2008(5):45－48.

［27］殷文鵬，袁亮，李絮花，等.有機質(zhì)包膜尿素對冬小麥產(chǎn)量和氮肥利用率的影響［J］.中國農(nóng)學通報，2011，27(5):105－108.