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史继东的博客

苹果、果业、果农,技术、信息、服务,栽培、植保、土肥水,生产、流通、销售

 
 
 

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关于我

史继东,男,生于1973年9月,陕西长武人,大学本科学历。现供职于宝鸡华圣果业公司,担任副总经理,技术总负责人。

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转:植物营养原理与苹果施肥技术研究  

2011-11-09 23:39:38|  分类: 果业——土肥水管 |  标签: |举报 |字号 订阅

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摘要:陕西省苹果栽植面积已达53.3hm2,占中国苹果栽植面积的27%,世界苹果面积的11%,是中国苹果栽植第一大省,世界苹果连片栽植面积最大区域。[1]

苹果栽植规模上去了,但生产效益不高,单位面积平均产量低、优质果率低、品质差、病害重导致陕西苹果缺乏市场竞争力,而这些除了与苹果品种、栽培措施有关外,均直接或间接地与营养供应关系密切。我们研究表明:通过调节营养供应,特别是有机营养供应和施用配位态微量元素矿物质营养,苹果产量、品质和土壤有效养分含量均大幅度提高,并提出了有机全营养施肥技术。

关键词:苹果 有机营养 有机全营养施肥技术

陕西省是苹果生产大省,但不是苹果生产强省,主要表现在(1)平均产量不高。苹果单位面积产量为13.75/ha,居世界第32位,是高产国家(瑞士、比利时、斯洛文尼亚、利比亚、法国、新西兰、荷兰、智利和意大利)单位面积平均产量40%左右;(2)优质果率低,达到出口标准级率更低。瑞士、比利时、日本等优级果率在70-80%以上,出口级率50%以上。而我国优级果率只有30-40%,出口级率5%;(3)品质差,没有竞争力。近年来我国苹果出口量逐年增加,2007年出口量甚至排第一。2007年出口量排在前五位的国家分别是中国、意大利、法国、美国及荷兰,分别占到世界苹果出口量的17.6%13.5%11.9%11.4%6.5%;出口金额前五位的国家分别是意大利、法国、美国、中国,说明我国苹果出口价格最低。[1]

  1. 基础研究
    1. 植物能够而且必须吸收有机营养

有机营养定义:凡是能被植物直接吸收、参与植物代谢、促进植物生长、增强植物抗性的小分子有机物称为植物有机营养,包括简单糖类、氨基酸类、维生素类、生物碱类、萜类等及其衍生物。

1840年德国化学家李比西在著名的"化学在农业和植物生理学上的应用"一书中创立了"植物矿质营养学说",一百多年来,对植物营养研究、施肥技术及化学肥料生产都是以"植物矿质营养学说"为指导。诚然,该学说为化肥工业的兴起于发展、对化肥的施用与粮食产量的提高发挥了巨大作用。然而,随着使用化肥时间延长,单位面积化肥使用量不断增加,肥料效益递减、土壤环境恶化、作物抗性降低、农产品品质下降等问题越来越严重。为解决这些问题,先后研究推广了"推荐施肥"、"平衡施肥"、"配方施肥"、"测土配方施肥"等一系列施肥技术,直至目前,没有一种施肥技术能够显著且全面地解决由于大量施用化肥带来的诸多弊端,主要原因是我们没有重视,甚至没有认识到有机营养在植物营养中的重要性。

植物是否能够和必要吸收有机物一直是植物营养学界争论的话题,因为按照植物矿物质营养学说,有机物只有被矿化成元素单质或离子态才能被植物吸收。一直以来,部分研究者注意到并且证明植物能够直接吸收某些有机物。早在上世纪60年代,我国著名的植物营养学家孙羲就注意到有机物对植物的营养作用,并提出了"矿物质有机营养"学说;中国农业科学院土壤肥料研究所张夫道、浙江大学资源环境学院陶勤楠证明水稻可以吸收利用酰胺态有机氮。对此,我们用五叶一心玉米为生物材料,分别用两种糖、三种氨基酸、两种维生素(均为试剂级)为有机营养材料,72小时后用TOC机测定溶液有机碳,结果见下表。

1 玉米对不同有机营养72小时吸收率

物质

浓度mg/kg

碳含量mg/kg

测定值

吸收率%

葡萄糖

50 

20.00

5.0

75.0 

蔗糖

50 

19.88

11.7

59.0 

谷氨酸

50 

24.15

5.6

23.2 

赖氨酸

50 

20.40

7.9 

38.7

苏氨酸

50 

20.17

4.5 

22.3 

维生素c

50 

18.38

4.7 

25.6 

维生素b1

50 

20.30

8.4 

41.4 

 

实验表明:植物能够直接吸收小分子有机物。

植物有机代谢实际是"糖"代谢过程,氨基酸类、维生素类、脂肪类及次生代谢产物木质素、纤维素、生物碱、帖类等可以看成糖的衍生物。有机化学的基本原理是结构决定性质,因此,能够被植物直接吸收的不同有机物会参与植物不同的生理过程,发挥不同的作用,加快物质运输、促进生长、抵御病虫等,许多作用是无机矿质营养所不具备的,有机营养和矿物质营养同等重要,不可替代。植物必须吸收有机营养。

  1. 矿物质养分的配位化合物更有利于植物吸收

卡尔布辛(俄罗斯)认为,配位化合物影响植物对矿物质养分的吸收和运输; 张光先等树干注射含等量钙的EDTA钙、柠檬酸钙和氯化钙,15天 后,注射EDTA钙和叶柠檬酸钙柑橘片钙含量分别是注射氯化钙的4.6倍和4.4倍。

我们分别用硫酸亚铁、硫酸锌和硝酸钙(试剂级);葡萄糖酸钙、葡萄糖酸锌(医药级);瑞恩铁、瑞恩钙、瑞恩锌(EDTA螯合物,荷兰诺贝尔公司生产) 做玉米吸收试验,72小时取样,原子吸收测定玉米全株不同处理的元素含量,三次重复平均值结果如下:

表2 不同化学形态矿物质对玉米吸收的影响

项目

元素浓度mg/L

元素含量mg/kg

相对量

硫酸亚铁

30 

47 

100 

瑞恩铁

30 

104 

221 

硝酸钙

30 

152 

100 

葡萄糖酸钙

30 

378 

249 

瑞恩钙

30 

665 

438 

硫酸锌

30 

202 

100 

葡萄糖酸锌

30 

351 

174 

瑞恩锌

30 

467 

232 

 

从表2看出,玉米对不同化学形态矿物质元素吸收能力不同,配位态高于无机态。在配位化合物中,螯合态高于络合态,说明玉米吸收和运输有机态矿物质相对于无机态容易。

1.3 不同植物根系生理特性影响植物对土壤中矿质营养元素利用效率

所有植物根系都会分泌有机物,但不同植物种类主要根系分泌物种类不同,这种不同使植物对土壤中矿质营养元素(特别是化合价+2以上金属元素)利用效率产生差异。双子叶植物和非禾本科单子叶植物根系分泌物主要是柠檬酸(图1)、苹果酸(图2)和水杨酸(图3),禾本科植物根系分泌物主要是麦根酸(图4)。苹果酸和水杨酸同金属结合形成络合物,柠檬酸形成络合物和部分螯合物,而麦根酸只形成螯合物。从化学原理讲,螯合物比络合物更稳定性,结合1.2实验结果,我们可以认为,双子叶植物利用土壤中矿质营养元素效率低,单子叶植物利用土壤矿质元素效率高。实际上,生产中双子叶植物易发生生理缺素症和连作障碍,禾本科单子叶植物鲜有发生已经证明了这一点。

 

 

 

 

图1 柠檬酸结构 图2苹果酸结构

 

 

 

 

 

 

 

图3 水杨酸 图4 麦根酸

  1. 植物有机营养来源、种类与作用

来源:植物有机有机营养来源于植物本身,是天然有机物的降解产物。这种降解产物是由多种有机物组成的复杂混合物,我们将这种混合物称为水溶性腐殖酸,其物质组成、平均分子量随Ph、温度、浓度、电解质的变化而变化。

种类:既然植物有机营养存在于水溶性腐殖酸中,腐殖酸又是天然有机物的降解产物,把天然有机物的降解过程看成是天然有机物合成代谢的逆反应,通过《植物生物化学》(图5天然有机物初生代谢,图6天然有机物次生代谢合成),不难了解植物有机营养的物质种类。

图5 天然有机物初生代谢

图 6 天然有机物的次生代谢

图5和图6告诉我们,天然有机物代谢合成过程以"糖"为中心,受遗传特性控制,在酶的作用下取不同路径合成淀粉、脂肪、蛋白质、生物碱、帖类、木质素、纤维素等储存和结构物质。

植物有机营养生成过程,即天然有机物降解过程,一定遵循生物合成逆反应原则。天然高分子有机产物是由小分子有机物聚合而成,淀粉、纤维素由葡萄糖聚合而成;木质素、单宁由酚类聚合而成等。由于分子内键能一定大于分子间键能,天然高分子降解时,首先是小分子间的化学键断裂,不会是小分子内化学键断裂,例如一个由五个葡萄糖分子聚合而成的寡糖分子,其降解产物一定是单糖、双糖、三糖和四糖四种包含完整葡萄糖分子的产物。但由于天然有机物降解条件区别于天然生物合成条件(不管是微生物降解还是物理化学降解),降解产物中含有更多的中间产物和衍生物。

至此,天然有机物降解产物—腐殖酸中含有糖类、氨基酸类、有机酸类、酚类、生物碱类及其衍生物和中间产物,其中能够溶于水并被植物直接吸收的部分就是植物有机营养。

作用:腐殖酸中包含多种植物有机营养成分,结构不同,化学性质各异,从而多方面影响植物生长发育。

(1)直接参与植物代谢。植物可以直接吸收简单糖类、氨基酸类有机物,这些有机物直接参与到植物内部转化、代谢、合成等生物化学过程。

(2) 提高矿质元素有效性和肥料效益。腐殖酸中大量的有机酸类、酰胺类、醇类、醛类物质是不饱和烃类,能够和金属形成配位化合物,使土壤中难溶性矿质养分转成可溶,并降低高价金属离子电性,有利于同亲脂性的细胞膜亲和,提高矿质营养元素的有效性。

表2实验证明了配位化合物有利于植物吸收,那么,腐殖酸中的活性有机物能否提高氮磷化肥的利用率?氮肥的主要损失途径是硝化作用,在我国北方黄土区,施入土壤的氨态氮肥7-10天,被土壤中的硝化细菌完全转化成硝态氮,硝态氮在水中溶解度很高,又不被土壤吸附,随灌水或降雨径流或下渗到植物根系吸收范围之外而损失。陕西省果园氮素利用率35%左右,磷肥利用率更低,只有5.3%。磷素损失的途径是化学固定,磷酸根和土壤中的钙、铁、镁、锌等金属离子结合,生成水不溶或难溶性磷酸盐而损失。

同普通有机肥一样,水溶性腐殖酸能够提高氮磷化肥利用率国内外均有报道,邱忠祥等研究表明:过磷酸钙和硝基腐殖酸混合施用可提高磷利用率6.1%;美国Actagro公司科学家测定结果为:水溶性腐殖酸使磷利用率达65%。我们控制条件,使水溶性腐殖酸分别和碳酸氢铵、尿素反应,等氮量碳酸氢铵和尿素做对照进行土壤培养实验,以比较铵态氮在土壤中的硝化速度;腐殖酸和磷酸酸进行反应,打红外光谱图,判断是否发生实质性反应。(见图789)

7显示,从88日到98日,碳酸氢铵和尿素10天左右被全部转化为硝态氮,而水溶性腐殖酸和碳酸氢铵、尿素的反应产物30天时硝化率只有40.2%36.5%;很显然,图8腐殖酸红外光谱图和图9腐殖酸磷酸红外光谱图吸收峰有较大差异,说明腐殖酸和磷酸有实质性反应(腐殖酸与无机氮和磷酸反应机理有待进一步研究)。

(3)提高作物抗性。腐殖酸中水溶性多糖可调节植物细胞质浓度,降低冰点使植物抗寒;生物碱、酚类物质抵御或杀灭病原菌和有害昆虫,增强植物抗病虫能力。

(4) 激活土壤有益微生物。腐殖酸为土壤微生物提供充足的有机碳和氮,使土壤微生物种群和数量增加。

(5)改善土壤理化性质。腐殖酸中的活性有机物和土壤矿物质形成有机无机胶体,促使土壤团粒结构形成,全面改善土壤水、气、热状况,提高土壤阳离子交换容量。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图7 腐殖酸对铵态氮肥硝化作用的影响

 

图8 腐殖酸红外光谱 图9 腐殖酸有机磷酸红外光谱

 

  1. 有机全营养施肥技术

根据上述基础研究结果,参考相关的论文资料,有机营养是连接植物、土壤、土壤微生物和植物营养的纽带,处于植物营养的中心位置。我们将其关系用图10表示。

 

图10 有机营养在植物营养中的位置

既然有机营养处于植物营养的中心位置,全方位影响植物代谢、养分吸收、土壤结构和土壤微生物,施肥技术自然要围绕有机营养来制定,因此,我们提出了有机全营养施肥技术。有机全营养施肥技术就是以水溶性腐殖酸为有机营养源,并将其与无机化肥配合施用或将其与无机氮、磷和矿质微量元素控制条件反应,形成配位化合物以提高有效性,全面满足植物生长对营养的需求,保障作物产量,改善作物品种,维持土壤肥力。

  1. 有机全营养施肥在苹果上的试验

1.材料与方法

1.1试验地点与材料

试验地选在富县"延安果业科技示范园",每亩留苗66棵,供试土壤为塿土,其耕层土壤有机质8.22g/kg,100cm土层碱解氮34.5mg/kg, 速效磷 28.6 mg/kg, 速效钾178mg/kg, pH 值为8.2,树龄9年。 供试肥料有活性腐殖酸有机肥,(含水溶性腐殖酸35%,自行加工),硅钙镁钾(含中微量元素31.2,陕西荣昌公司生产),腐殖酸螯合多元微肥含微量元素总量15.6%(50%硅钙镁钾同50%全水溶性腐殖酸反应,自行加工),尿素、磷酸二铵、进口硫酸钾(市购商品肥)

1.2试验设计

试验采用田间随机区组法,试验设六个处理: A:(CK)纯化肥,每株施尿素1.2Kg,磷酸二铵0.6Kg,硫酸钾0.4Kg;B:A+硅钙镁钾0.5Kg;C:A+复合螯合微肥1.0Kg;D: A+腐殖酸有机肥3.5Kg;E:75%A+腐殖酸有机肥3.5Kg+复合螯合微肥1.0Kg;F:A+腐殖酸有机肥3.5Kg+复合螯合微肥1.0Kg。

试验采用田间随机区组法,每个处理重复三次,随即排列;小区面积4株,4月6日采用环状施肥法(果树正投影边缘内20cm—外30cm)一次施入,深度35cm。

1.3测定项目、方法与数据统计分析

收获后取样测定各处理土壤速效氮、磷、钾和苹果中营养元素钙、镁、铁、锌、磷的含量。测定方法:苹果中营养元素钙、镁、铁、锌、磷经烘干、酸消解,原子吸收分光光度计测定;土壤碱解氮--碱解扩散法,磷、钾用NH4HCo3+DTPA联合提取,等离子光谱法测定;试验数据SPSS统计软件分析。

2.结果与讨论

2.1不同施肥处理对苹果产量的影响

表3结果表明:无机肥料与无机微量元素肥料、有机微量元素肥料和腐殖酸配合均能增加苹果产量,增产幅度4.12—21.92%;同等施用量下,有机微量元素增产大于无机微量元素,差异极显著;比较处理D、E、F,大量元素供应量显著影响苹果产量,化肥同有机微量元素和腐殖酸配合产量最高。

表3 不同施肥处理对苹果产量结果(kg/小区

处理

均值%

 增加%

5%显著水平

1%极显著水平

标准差

F

177.4

 21.92

 a

 A

4.6184

D

167.6

 15.19

  b

  B

1.0149

E

160.3

 10.17

  c

  C

3.3081

C

159.2

 9.42

  c

  C

0.781

B

151.5

 4.12

  d

  D

1.0817

A

145.5

 --

  e

  D

1.2166

 

2.2不同施肥处理对商品果率的影响

商品率是体现苹果价值的主要参数,我们采用普通苹果分级方法,纵径大于75mm且果型周正的苹果划定为商品果。从表4看出,(1)腐殖酸和有机微量元素肥料均可较大幅度提高苹果商品果率,腐殖酸效果优于有机微量元素肥料;(2)腐殖酸和有机微肥增加苹果产量是提高商品率的结果。

表4 不同施肥处理对苹果商品率影响(%)

 

处理

商品果75mm%

 增加%

5%显著水平

1%极显著水平

 标准差

F

61.4

 28.18

 a

 A

2.8746

E

58.5

 22.13

 ab

 AB

0.9539

D

57.2

 19.42

 ab

 ABC

1.8903

C

53.6

 11.90

  bc

  BCD

2.6502

B

50.2

 4.80

  cd

  CD

0.3606

A

47.9

 --

  d

  D

2.0224

2.3 不同施肥处理对土壤速效养分的影响

通过不同施肥处理对苹果鲜果商品率和产量影响结果分析,显示水溶性有机营养和有机微肥同化肥配合能够提高苹果产量,同施用纯化肥对照相比达到极显著水平,提高苹果商品果率是增加产量的途径。由此推断,果树的营养状况应当有所变化,因此,苹果收获后,我们测定了各处理土壤碱解氮和速效磷、钾含量。

从表5、6、7看出(1)配施微肥和腐殖酸有机营养土壤三大营养元素的有效性均呈现增加趋势,但无机微肥统计不显著,有机微肥和腐殖酸达到显著和极显著水平;(2)不同施肥处理对三种营养元素有效性影响大小不同,钾最小,提高3.2316.67%;磷最大,-0.499.29%;氮居中,6.8642.9%。

表5 不同施肥处理对土壤碱解氮的影响

处理

均值mg/kg

 增加%

5%显著水平

1%极显著水平

 标准差

F

55.63

 42.90

 a

 A

1.914

D

51.57

 32.47

  b

 AB

1.701

E

48.73

 25.17

  bc

  BC

0.7506

C

45.50

 16.88

  cd

  CD

1.4933

B

41.60

 6.86

  de

  DE

1.6371

A

38.93

 --

  e

  E

0.7506

速效磷

表6 不同施肥处理对土壤速效磷的影响

处理

均值

 增加%

5%显著水平

1%极显著水平

 标准差

F

64.43

 99.29

 a

 A

1.3317

D

63.00

 94.87

 a

 A

2.3065

E

54.80

 22.47

  b

  B

0.8888

C

36.50

 12.8

  c

  C

1.4799

A

32.33

 --

  c

  C

0.7506

B

32.20

 -0.4

  c

  C

1.5716

表7 不同施肥处理对土壤速效钾的影响

处理

均值mg/Kg

  

5%显著水平

1%极显著水平

 标准差

F

217

 16.67

 a

 A

3.6056

E

213

 14.52

 ab

 A

6.5064

D

205

 10.22

 abc

 AB

8.7178

C

196

 5.38

  bc

 AB

9.8658

B

192

 3.23

  c

 AB

7.6376

A

186

 --

  c

  B

5.5678

 

2.4 不同施肥处理苹果鲜果矿物质营养含量的影响

硅钙镁钾肥料含有丰富的氧化态硅、钙、镁、铁、锌等苹果必须的矿质养分,为判断直接施用和用腐殖酸转化后这些元素的利用效率,测定了苹果鲜果中钙、镁、铁、锌和磷的含量。

表8—12分别给出不同施肥处理苹果鲜果钙镁铁锌和磷含量统计结果,从统计结果看出:施用有机态矿质养分和腐殖酸显著提高苹果鲜果中矿质营养含量,锌增加幅度最大,50—127%;磷最小,7.58—17.42%;钙、镁、铁在30—80%左右。

表8 不同施肥对苹果鲜果中钙含量的影响

处理

均值mg/Kg

 增加%

5%显著水平

1%极显著水平

 标准差

F

0.5333

 64.96

 a

 A

0.0153

E

0.5000

 54.66

 ab

 AB

0.0361

C

0.4401

 36.13

  b

 ABC

0.0208

D

0.4267

 31.98

  bc

  BC

0.0265

B

0.3533

 9.38

  cd

  CD

0.0153

A

0.3233

 --

  d

  D

0.0416

表9 不同施肥对苹果鲜果中镁含量的影响

处理

均值mg/Kg

 增加%

5%显著水平

1%极显著水平

 标准差

E

0.5433

 83.11

 a

 A

0.0351

F

0.5433

 83.11

 a

 A

0.0115

D

0.4200

 41.56

  b

  B

0.0361

C

0.4133

 39.30

  b

  B

0.0115

A

0.3000

 --

  c

  C

0.02

B

0.2967

 -1.11

  c

  C

0.0252

 

表10 不同施肥对苹果鲜果中铁钙含量的影响

处理

均值mg/Kg

  

5%显著水平

1%极显著水平

 标准差

F

0.075

 74.42

 a

 A

0.0036

E

0.0747

 73.72

 a

 AB

0.0031

C

0.073

 69.77

 a

 AB

0.0026

D

0.0633

 47.72

  b

  B

0.0015

B

0.0453

 5.35

  c

  C

0.0035

A

0.043

 --

  c

  C

0.0044

表11 不同施肥对苹果鲜果中锌含量的影响 mg/Kg

处理

均值mg/Kg

  

5%显著水平

1%极显著水平

 标准差

F

0.27

 125

 a

 A

0.0265

E

0.2567

 113.92

 a

 A

0.0115

C

0.2433

 102.75

 a

 AB

0.0252

D

0.18

 50.00

  b

  BC

0.02

A

0.1233

 --

  c

  C

0.0153

B

0.12

 -2.75

  c

  C

0.0173

表12 不同施肥对苹果鲜果中磷含量的影响

处理

均值mg/Kg

  

5%显著水平

1%极显著水平

 标准差

F

1.55

 17.42

 a

 A

0.0265

D

1.54

 16.67

 a

 AB

0.0265

E

1.53

 15.91

 a

 AB

0.0173

C

1.42

 7.58

  b

  BC

0.0503

B

1.34

 1.52

  bc

  C

0.0208

A

1.32

 --

  c

  C

0.0529

 

3.讨论

通过对苹果施肥试验苹果产量、鲜果商品率、土壤中有效三大营养元素含量和苹果鲜果中钙镁铁锌磷五种矿物质养分含量统计分析,证明了基础研究结果(1)水溶性腐殖酸能够提高植物矿物质养分的有效性,促进植物对矿物质养分的吸收和运输,从而提高苹果产量,改善苹果品质;(2)有机态矿物质营养,即配位化合物有利于苹果根系吸收和运转;(3)有机全营养施肥技术具有提高化肥利用率、增加苹果产量、改善苹果品质和培肥土壤四位一体之作用。

关于有机营养对植物抗性影响和提高矿物质养分有效性机理有待进一步研究。

摘自百度文库

 

 

参考文献:

1.植物生物化学 (德)黑尔特 等编著 科学出版社 2007-01-05

2.植物营养分子生物学及信号传导 (第二版) 印莉萍 黄勤妮 吴平主编 科学出版社 2006

3.生物腐殖酸与生态农业 李瑞波 化学工业出版社 2007.10

4.植物营养原理 孙羲

5.关于植物有机营养的研究 张夫道 土壤肥料 198606

6. 树干注射含钙化合物提高柑桔叶片和果实钙含量及果实贮藏品质研究 张光先等 中国柑橘 199502

7. 配位化合物在土壤发生、植物营养及环境中的功能与作用 卡尔布辛 核农学通报 1994155

8. 2008年度苹果产业技术发展报告 韩明玉 苹果产业技术体系 2009-5-8

 

 

 

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