有益元素对作物的作用及有益元素化肥.docx
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有益元素对作物的作用及有益元素化肥
有益元素对作物的作用及有益元素化肥
曹恭梁鸣早
其实必需元素、有益元素和有害元素之间没有明显的界限。
任何一种元素对植物的作用不仅决定于其化学性质，还决定于其浓度以及它和其它元素的比例关系是否适合某种植物在一定株龄时的平衡需求或耐受能力。
一般认为，必需元素是所有高等植物都不能缺少的养分元素。
有益元素是仅有某些植物需要而且需要量非常微小的一类元素。
一、硅
硅的元素符号是Si，是第四主族元素。
许多植物中含硅富集于根中。
人们一直将硅与抗旱性和机械支撑相联系。
植物主要以单硅酸（H4SiO4，一种可溶性二氧化硅）形态从土壤中吸收硅。
二氧化硅（SiO2）进入植物体似乎需耗代谢能，该过程对代谢抑制剂和温度敏感。
虽然尚未明确硅在植物中的生化作用，但有人认为硅在甘蔗中形成酶硅复合体在光合作用和酶活动中作为保护剂和调节剂。
硅能抑制蔗糖酶、过氧化物酶、多羟氧化酶、磷酸酶和三磷酸腺苷酶的活性。
抑制蔗糖酶可产生更多蔗糖，降低磷酸酶活性会提供更多最适甘蔗生长和产糖的高能前体。
硅的作用还有纠正高含量有效锰、亚铁离子和活性铝的土壤毒害；防止甘蔗叶中局部积累锰；增强植株抗病性；增强茎杆强度抗倒伏；提高磷的有效性；降低蒸腾等。
点状斑是一种叶片点状坏死，阳光中紫外线辐射似乎是其诱因。
缺硅甘蔗受阳光直射出现该症状。
有人提出，二氧化硅滤掉有害的紫外线辐射。
硅与细胞壁结构有关。
禾本科、莎草科、荨麻属和木贼属中积累干物质的2~20%二氧化硅凝胶或水化多聚物，充满表皮和维管壁组织，使表皮细胞硅质化，这似乎可加强这些组织、减少失水和防止真菌侵染。
二氧化硅与根系功能有关，一般认为它对高粱等作物的抗旱性颇有贡献。
硅似乎对水稻、牧草、甘蔗和木贼属植物是必需的，也能改善大麦、黄瓜、金钱草、三叶草、西印度黄瓜和莴苣的生长。
有人发现，硅可使水稻保持叶片直立、截光更多而增强光合作用、提高对病虫的抗性。
禾本科植物含硅量一般是豆科及其它双子叶植物的10~20倍。
一般认为，水稻、甘蔗、大麦、小麦、燕麦、玉米、花生、大豆、西瓜、果树、毛竹、黄瓜、番茄等蔬菜作物使用硅肥效果好。
施石灰常常降低植物对硅的吸收，而酸化却增加吸硅。
大量施用氮肥使稻秸中硅含量下降，从而水稻植株更易受真菌侵害。
因此常建议施用含硅物质纠正。
硅是地壳中第二种含量丰富的元素。
在岩石圈中平均质量含量为27.6%。
在土壤中通常为23~35%。
岩石风化和土壤发育过程以硅为中心。
硅是土壤风化损失的主要土壤成分。
硅向次生矿物的转化是土壤发育的一个重要方面。
砂质土壤含硅多达40%，而高度风化的热带土壤只含9%。
热带地区砖红壤沉积物在土壤强烈风化期间硅被移走后只剩下大量水合氧化铝、水合氧化铁。
硅的主要来源包括原生硅酸盐矿物、次生铝硅酸盐和几种形态的硅石（SiO2）。
硅石以六种不同矿物存在：
石英、磷石英、方石英、柯石英、超石英和蛋白石。
石英在多数土壤中含量最多。
在通常的土壤pH值范围内，单硅酸（H4SiO4）即Si（OH）4是土壤溶液中的主要形式，pH值大于8.5时，溶液中硅主要为离子形式，如H3SiO4-。
土壤溶液中的H4SiO4浓度主要受pH依变吸附反应控制。
虽然硅被吸附在土壤中多种无机物表面上，但一般认为铁铝氧化物才对这种吸附反应起主要作用。
有人认为，硅肥是继氮肥、磷肥、钾肥之后的第四大元素肥料，不管是否如此，这说明了硅肥具有一定的重要性。
目前最常用的硅肥是硅酸钙，溶解性较差，应施匀、早施、深施。
硅酸钾、硅酸钠等高效硅肥水溶性较好。
溶渣硅肥除含硅外，还含铁、锰、铜、锌、硼等多种微量元素，它碱性强，施用多会加速土壤氮矿化损失；而且长期使用时其所含重金属积累，会影响作物正常生长。
（图：
番茄缺硅叶片皱缩）
（图：
甘蔗缺硅叶片出现白色斑点）
（图：
黄瓜缺硅中部叶弯曲肥厚）
（图：
水稻缺硅在大田表现，褐斑部分为水稻缺硅）
（图：
水稻缺硅株型披散，施硅茎叶坚挺）
（图：
水稻缺硅成熟期叶片变薄披散）
（图：
水稻缺硅白穗增加，施硅后白穗减少）
（图：
水稻缺硅叶片下披不挺直）
二、钛
钛的元素符号是Ti，是第四副族元素。
钛是动物和人体中不可缺少的有益元素，可以制成饲料添加剂用于畜牧养殖业，可使饲料的转化率提高10%以上，并使禽畜的抗病能力增强，成活率提高。
虽然科学家开始对钛进行的研究却可以追溯到一百多年以前，但直到1980年代中期，世界上才有少数国家将钛作为植物生长调节剂列入农用产品，此后我国也参与开发研制工作。
土壤的全钛含量普遍较高，但它们绝大部分是以不溶于水的氧化物或硅酸盐的形态存在于土壤之中，可溶性钛的浓度平均在1ppm以下。
研究发现植物中普遍含有钛元素，不同作物的钛含量也各不相同。
例如玉米一般在20ppm左右，豆科作物一般都在25ppm以上。
目前对钛的植物生理功能仍然了解不多，也不能肯定它是植物必需元素。
尽管如此，研究结果仍然表明，钛的作用主要与光合作用和豆科植物固氮有关，研究发现，在豆科植物根瘤中有钼存在的情况下Ti+3使氮还原为氨和肼。
并且钛使一些酶的活性增强。
至少钛在三个方面促进植物的生长发育：
1、提高植物叶面单位鲜重中叶绿素、类胡萝卜素的含量20%左右，使叶绿素进行光合作用的速率和效果提高10-20%，使植物体通过光合作用自身制造养份的能力得到提高。
2、提高植物体中固氮酶、过氧化物酶、硝酸还原酶、2-6磷酸酶的活性。
3、具有类激素效应，有利于细胞核内DNA的活化，能调动内源激素向生长中心输送，促进分化和诱导愈伤组织。
因此将钛视为有益元素还是合适的。
一些试验结果表明，硫酸钛、二氧化钛和螯合钛对植物的生长有许多良好的作用：
1、提高作物果实的内在品质。
据测定：
施用钛肥的粮食作物，蛋白质含量提高3-5%：
赖氨酸含量提高3-10%。
水果类维生素C的含量提高3-17%：
水溶性糖的含量提高4-15%；有机矿物质得到大幅度提高。
番茄的钙含量提高50%以上。
辣椒的维生素C含量提高30%以上，铁含量提高50%以上。
这与钛能提高植物对其他养分的吸收利用率有关。
2、加强作物的抗逆性。
施用钛肥能够提高作物的抗旱、抗涝、抗寒、抗高温、抗病的能力。
并且发现植物由于使用农药过量或不当受到药害后，通过施用钛肥，症状可以适当得到缓解，使之较快地恢复长势。
除草剂对敏感作物的药害作用，常常对周边作物或下茬作物产生伤害，造成减产甚至绝收，以钛配制的除草剂解毒剂可以在使用一些除草剂的时保护敏感作物免受伤害。
施磷肥时常带入较多的钛。
专门施用钛肥常采用喷施1ppm的螯合钛。
三、钒
钒的元素符号是V，是第五副族元素。
它对栅藻是必需的，但尚未肯定是否对高等植物必需。
低浓度钒对微生物、动物和高等植物的生长有利。
有人提出，钒可在固氮菌等微生物固定大气氮中部分代替钼。
钒可能在生物氧化还原中起作用。
芦笋、水稻、莴苣、大麦和玉米上报道过钒能增产。
植株材料中钒的正常含量是1×10-6。
曾在水培试验中观察到过量的钒造成毒害，但田间情况下没有出现过缺乏或毒害。
四、硒
硒的元素符号是Se，是第六主族元素。
植物并不需要硒，但硒是动物的必需元素，也是人类抗衰老元素，有抑制癌细胞的作用。
牲畜饲料中需要硒，因此饲料植株中必须含硒。
缺硒造成牛羊生长失常，“肌肉营养障碍”即“白肌病”。
人们用作用比较缓慢的亚硒酸盐为饲草进行土壤追肥，以防止植株内产生过量的硒，要避免叶面追肥，防止放牧动物摄入过量的硒。
过量的硒有可能对植物造成毒害，使植物生长矮小，叶片失绿。
（图：
高粱的硒过量症状，含硒营养液栽培的高粱叶片，注意与缺磷症状相似）
五、钠
钠的元素符号是Na，是第一主族元素，又叫碱金属元素。
钠对液泡中积累充足盐分、维持盐生植物膨压和生长是必需的。
有时盐生植物靠钠实现其肉质组织多汁。
植物以钠离子（Na+）形态吸收钠。
起浓度在叶组织中变化很大，为干物质的0.01~10%。
许多具有C4二羧酸光合途径的植物以钠为必需养分。
能部分应付缺水的景天酸代谢中钠也起作用，但尚未肯定钠是如何影响C4二羧酸代谢和景天酸代谢的。
一些证据表明，钠增强了磷酸烯醇丙酮酸羧化酶的活性，即C4光合作用的主要羧化酶。
缺钠会使某些植物将固定二氧化碳C4途径变为C3途径，充足供钠又恢复正常的C4途径。
植物节水似乎与C4二羧酸光合途径有关。
许多极为有效的C4植物都出现在干旱、半干旱和热带环境中。
这种条件下，关闭气孔防止消耗性失水对存活至关重要。
气孔关闭必然限制二氧化碳进入，因此C4植物的水分利用效率是C3植物的2倍。
在盐渍环境中也常发现C4植物。
钠的其它功能还涉及草酸积累、节钾作用、气孔开张、调节硝酸还原酶等。
糖用甜菜似乎对钠反应特别强烈，钠提高其抗旱性。
缺钠甜菜叶片暗绿、变薄、色泽暗淡、更易萎蔫并从叶冠处水平生长。
喜钠作物包括饲用甜菜、糖用甜菜、瑞士甜菜、荞麦、菠菜等。
甘蓝、椰子、棉花、羽扇豆、燕麦、马铃薯、橡胶、芜菁等对钠也有良好反应。
大麦、亚麻、黍子、油菜、小麦、玉米、黑麦、大豆、瑞典芜菁等不耐受钠。
虽然钠在地壳中数量可观，约占2.8%，但土壤中钠含量较低，在0.1~1%之间。
这表明钠从土壤含钠物质中风化掉了。
潮湿地区的土壤中钠含量极少，而干旱、半干旱地区，钠可能是土壤重要组成成分。
土壤中交换性钠以两种形态存在：
一种是疏松地吸持在粘粒片层上；另一种是紧固在专性位点，可能是粘粒片层边缘上。
这种被强烈束缚的钠可能是湿润土壤中可交换性钠的主要形式。
（图：
香蕉钠过量，土壤交换性钠超过300ppm，症状初期叶缘发生水渍状，随后发生局部椭圆形坏疽，严重时发生带状坏疽.）
（图：
柑橘钠中毒叶尖和叶缘出现坏死斑点）
在排水不良的干旱、半干旱地区土壤中，积累钠盐将成为土壤盐渍化的原因。
Na+对粘粒和有机质的分散作用会破坏土壤团粒，并使土壤通气性和透水性减弱。
植物根系穿透受阻。
改良钠质土可用Ca2+交换多余的交换性Na+，再将交换出的Na+以硫酸钠形式用水淋洗出去。
似乎没有专门的钠肥，但农盐中主要含氯化钠。
智利硝石主要是硝酸钠，有时可直接用作肥料，其加工制成的肥料产品中也含一定量的钠。
六、钴
钴的元素符号是Co，是第八族元素。
它还未被证实为高等植物所必需，而是微生物固定大气氮的必需元素，因此在豆科和桤木结瘤以及固氮藻类中均需要钴。
有人试验，在不加钴的培养液中，豆科植物的生长受到严重阻碍，出现与缺氮一样的失绿症状，甚至死亡。
接种根瘤菌和加钴显著增加紫花苜蓿的产量，只加钴而不接种根瘤菌则没有效果。
俄罗斯农业化学家施钴已在多种作物上获得增产，因此钴在农业中，特别在豆科作物上有很重要意义。
植株干物质中的正常含钴量是0.02×10-6~0.5×10-6。
另一方面，反刍动物瘤胃中微生物合成维生素B12需要钴，反刍动物饮食中缺钴会患贫血症。
土壤是动物所需植物钴的来源，因而土壤含钴量十分重要。
根瘤菌等共生微生物、自生固氮菌和蓝绿藻的生长中必需有钴在维生素B12形成中起作用。
钴与卟啉环结构中的氧原子生成复合体，为与B12辅酶中核苷酸相连接提供一个辅基，它叫做钴胺辅酶。
钴还与豆血红蛋白代谢和根瘤菌中核糖核苷酸还原酶有关。
钴是激活烯醇酶和琥珀酸激酶的几种金属之一。
施钴能改善棉花、菜豆和芥菜的生长、蒸腾和光合作用，使菜豆和芥菜的还原活性和叶绿素含量提高，增加棉铃、减少落铃。
施钴能提高叶片含水量和过氧化氢酶活性。
少量含钴矿物常与含镍矿物相伴出现，也有与含锰矿物钠水锰矿和磷锂锰矿有关。
土壤中的钴似乎与母岩中的含镁矿物也有关系。
钴主要以专性吸附交换态或粘粒---有机质复合体的形式保存于土壤中。
钴以这些形式被保持得很牢。
和Cu2+一样，钴在土壤溶液中含量很低。
在土壤中钴和铁、锰、锌等重金属元素一样，极易形成螯合物，钴能干扰其它一些重金属元素的吸收和作用方式。
过量钴会造成类似缺铁和缺锰的症状。
结晶氧化锰矿物的存在是影响钴有效性的几个因素之一。
这些矿物对重金属元素，特别是钴吸附力极强，它们能把土壤中的钴全部吸附并固定施入土壤中的钴，造成作物缺钴。
饲草作物缺钴会导致反刍动物缺钴，为纠正反刍动物缺钴，可把钴加进饲料、饮水中或牲畜常去舔盐的地面上；或灌药；也可给饲草施钴肥提高植物含钴水平。
最常用的钴肥是硫酸钴和硝酸钴。
钴肥可以基施、喷施或浸种。
（图：
高粱钴中毒诱发缺铁症,高含量钴营养液栽培的高粱叶片出现典型缺铁条纹）
（图：
大豆钴中毒）
七、镍
镍的元素符号是Ni，是第八族元素，与钴在化学性质和生理功能上紧密相关。
植物干物质正常含镍0.1-5ppm，而是蛇纹岩土壤上生长的某些植物品种镍含量可超过200ppm，这么高水平的镍对一般植物是有毒的。
镍在植株体内可移动，因此相当大量的镍在被吸收后转移到种子和果实中。
镍易形成螯合物，从重要生理中心取代其它金属原子。
高浓度镍对植物有毒害作用。
土壤中高浓度的镍抑制其它营养元素的吸收，可能与镍对植物根系的破坏有关。
已有人提出镍是动物的营养要素。
也已有人推测镍可能是一种植物微量元素养分。
1975年Dixon从刀豆中分离出一种脲酶，并证明镍是这种脲酶不可少的一部分。
1978年Gordon进一步研究证明，单独生长在尿素氮培养基中的植物需要镍。
1979年Streeter证明大豆等豆科固氮植物和其它一些植物能积累大量脲化物，1981年Welch进一步证明这些作物在嫌气条件下能充分利用脲化物中的氮，并需要镍。
大多数土壤含镍极少，不出现镍毒害。
但是发育于超基性火成岩，特别是蛇纹岩的土壤含镍为一般土壤的20-40倍，对大多数植物是有害的。
（图：
大豆镍中毒整株叶有褐斑皱缩下搭.jpg）
镍毒害症状与缺铁相似，这与镍取代了铁有关。
镍毒害引起叶片失绿。
谷类作物叶片顺叶脉产生灰黄色条纹，最终叶子变白；双子叶植物镍中毒叶片叶脉间明显失绿。
（图：
白芥镍试验在土壤上镍施用量增加的同时用施石灰的办法提高土壤pH值对不同作物有不同影响。
从下往上土壤pH值提高镍施用量增加。
右下角部分盆栽白芥幼苗出现镍中毒症状）
（图：
燕麦镍试验镍施用量增加的同时用施石灰提高土壤pH值对作物有影响。
从下往上土壤pH值提高，从左往右镍施用量增加。
右下角部分盆栽燕麦幼苗出现镍中毒症状.jpg）
（图：
含过量镍营养液栽培的高粱叶片，有典型缺铁条纹出现）
（图：
玉米镊中毒）
施用石灰物质可减轻镍毒害，其效果是因为中和了土壤酸度，降低了镍的有效性。
施用钾肥也减轻镍毒害。
而磷酸盐肥料却增加镍毒害。
八、稀土元素
稀土元素是钪（Sc）、钇（Y）和镧系的15个元素的总称，都是第三副族元素。
它们的最外层和次外层电子结构相同，差别仅在于外数第三层电子数目不同，因此化学性质非常接近。
植物中的稀土元素含量为20-570ppm。
山核桃有富集稀土元素的能力，叶片中稀土元素含量可高达1600ppm以上，可以作为稀土元素的指示作物，其叶片中稀土元素含量可作为判断土壤中可溶性稀土元素多寡的指标。
稀土肥中大多含一种以上稀土元素，有时也有单一元素稀土肥。
主要有镧（La）、铈（Ce）、钐（Sm）、钇、钪等。
早在1930年代末，就有试验证实稀土元素对小麦生长有促进作用，1940年代初又证实稀土元素对豌豆的生长和产量有一定作用。
现在对稀土元素的植物生理还不很清楚，但已有的研究工作说明稀土元素与植物的光合作用和共生固氮有一定关系，并且对抗坏血酸氧化酶、多酚氧化酶、过氧化物酶等的活性也有一定影响。
适量的稀土肥能够使小麦、苹果、西瓜、辣椒、黄姜、扁豆、绿豆、大葱、辣椒、葡萄等作物增产和改善品质，并且可明显减少苹果小黑点病的发生。
但过量施用则可能使作物减产，如用混合稀土肥和硫酸铈处理芜菁，在1-10ppm范围对生长有促进作用，当超过10ppm后则芜菁的肉质根畸形，直至变为线状。
菲律宾的可可树也有因土壤稀土元素含量过高而发生叫做Cadang-cadang的生理病害。
现在一般使用螯合稀土肥。
磷矿中含有较多的稀土元素，通过磷肥可能有相当数量的稀土元素进入植物。
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