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土壤-植物营养与农产品品质

土壤-植物营养与农产品品质

黄继川、彭智平

广东省农业科学院农业资源与环境研究所

    随着经济发展和生活水平的不断提高,人们对农产品需求数量和质量不断提升。当前高复种模式、超量化肥的投入虽然一定程度上提高了作物产量,但是农产品品质参差不齐的问题凸显,已成为制约当前农业高质量发展的主要限制因子。就广东而言,水稻种植面积200万公顷、蔬菜种植面积135万公顷、果树100万公顷万吨,多年了由于土壤肥力不平衡、施肥不科学等问题等导致作物产量和产品质量难以得到稳定提升,然而,从土壤和植物营养的角度,通过科学施肥和植物营养矫正,在提高作物产量的同时有效提升产品质量是行之有效的措施,此举对于推动广东乡村振兴、农村产业兴旺以及现代农业产业园的建设具有重要意义。

    农产品的品质标准是由诸多方面综合评价决定,主要依据农产品被利用的目的而定,主要包括有:(1)营养品质:人体所必须的营养物质主要来自于食物,而淀粉、糖、蛋白质、氨基酸、脂肪、维生素以及矿质营养等成分主要从植物产品中获取;(2)健康品质:与人体疾病抗性有关的矿质元素,如富硒、富锌农产品已被证实具有明显的保健、增强体质等作用,而重金属元素超标则会对人体健康造成危害;(3)商品性状、感官品质:农产品的外观、色泽、大小、气味等均能够给消费者带来直接的愉悦感,该类性状指标的优劣也直接影响着农产品的销售价格;(4)采后、加工品质:农产品采后贮藏、加工受到其特定成分含量的影响,如加工类马铃薯则需要淀粉含量较高,用于做面包、面条的小麦其对淀粉含量要求也有差异,此外,农产品的耐贮性能、软硬程度、抗霉变等均是影响采后品质的重要指标。

农产品品质受品种、土壤、灌溉、光照、温度(温差)、施肥等诸多因素的影响,本文从土壤与植物营养及施肥的角度来综述其与农产品品质的关系。现代农业生产中,大量的化学肥料投入,如何通过科学施肥、平衡植物营养、调控生殖生长与营养生长来提升农产品品质,是一门具有现实意义的重要学问。

植物营养与施肥对农产品的品质效应

大量元素对农产品品质效应

氮、磷、钾是作物必需且需求量最多的 “三要素”,这3种元素供给的多少直接决定作物产量和品质。一般来说,充足的氮肥供给可促进作物生长,提高叶绿素含量,增强光合产物的累积,提高蛋白质、氨基酸、脂类及糖类等品质成分的含量,同时提高以营养器官为收获目标的产品鲜嫩度。而过度施氮会导致作物徒长,增加病虫害感染机率,由于病斑、虫咬伤害等严重影响农产品外观品质;过度施氮还会造成果实晚熟、糖酸比下降、风味差、硝酸盐含量增加,在茶叶上还表现为明显的涩味加重,严重影响品质。此外,氮素的适量施用可提高辣椒番茄加工性能,促进辣椒素、番茄素的形成;提高水稻外观品质和降低蛋白质含有率;提高马铃薯块茎中淀粉含量。而过量施氮该类品质指标均呈下降趋势,因此,对于品质而言,并非施用氮肥越多越好。

磷参与植株体内核酸、蛋白质、碳水化合物以及能量代谢等过程。研究发现适量增施磷肥有利于提高籽粒含油率、粗蛋白含量,降低硫甙葡萄糖苷含量,从而提高油菜的籽粒品质;改善烟叶内在化学成分含量,使其有效成分比值更趋于协调;促进作物中矿质元素、蛋白质、淀粉、糖类、脂肪、药用植物有效成分含量。然而,过量施用磷肥会导致锌、钼、硅等元素的缺乏以及伴随重金属元素的累积,造成品质下降。

钾参与植物体内多种生理生化活动,是调控光合产物累积与再分配的重要因子,被誉为“品质元素”。施用钾肥促进柑橘、荔枝、香蕉等果实提早成熟,着色好、糖度高,风味改善显著;提高稻米糙米率和精米率,降低垩白粒率、垩白度和直链淀粉含量,增加胶稠度从而改善稻米品质。在蔬菜上随着钾肥用量的增加,青花菜花球中的VC、叶绿素含量增加,而硝酸盐含量下降;番茄果实VC、可溶性糖、可溶性固形物、可滴定酸含量及糖酸比均增加。过量施钾会导致钙镁的吸收拮抗,而钙镁缺乏则会带来茄果类脐腐病、果实易裂等造成品质下降。

中量元素对农产品品质效应

钙是植物必需的矿质元素,也是一种生理调节物质,它维持细胞壁和细胞膜的结构和功能,是细胞内外信息传递的第二信使。适宜的钙素供给可以降低番茄、辣椒脐腐病发生,降低荔枝、柑橘等裂果,增加果实硬度,降低呼吸作用,抑制果实可溶性固形物的流失和可滴定酸含量的下降,提高果实采后贮藏性能。此外,施钙能够提高芒果糖酸比值,降低可滴定酸,增加维生素C含量;增加花生荚果饱满度,提高蛋白质、总氨基酸及脂肪含量。钙过量施用会造成硼、锌吸收障碍以及土壤板结。

镁是叶绿素的组成成分,参与蛋白质的合成,且又是生物酶的结合体,缺镁不仅影响作物产量,而且影响品质。作物对镁的吸收量为10-25kg/hm2。块根类作物的需要量是禾谷类作物的2倍,甜菜、马铃薯、水果和保护地作物易缺镁,广东地区土壤调研表明缺镁机率高达30%以上,严重影响农作物产量和品质。适量镁供应可提高还原糖、维生素C含量,增加果皮花色素含量,但过量的镁和其它元素之间产生拮抗作用有关,特别是影响钾的吸收,从而造成品质下降。

硫是植物必需营养元素,仅次于氮磷钾的第四重要元素,是蛋氨酸、半胱氨酸、胱氨酸等蛋白质组分。缺硫会导致小麦中半胱氨酸含量下降,导致烘烤性能差;豆类作物如果缺硫导致蛋氨酸降低直接影响豆类品质。施用硫肥可明显提高葱蒜类、韭菜、辣椒等作物的含硫挥发物质,提高特殊的香气、改善品质。

微量元素对农产品品质的效应

 植物生长虽然对微量元素的需求量很低,但是微量元素的缺乏也会造成作物生长发育受阻、产量和品质下降。我国耕地缺硼率达到34.5%。硼作为植物生长的必需营养元素,涉及细胞壁和生物膜结构的功能与稳定性,光合产物的合成、运输与分配,在植物开花结实和幼果发育中起重要作用,缺硼严重影响作物产量和品质。锌是植物生长发育所必须的重要微量元素,通过参与蛋白质和核酸的合成,影响细胞分裂和生长。我国土壤缺锌状况较为严重,主要发生在石灰性土壤上,植物缺锌生长发育延迟,叶片失绿变小簇生、节间缩短植株丛生,分蘖力抗逆性下降,导致产量及品质下降,而人体中的76%的锌来源于植物类食品,作物中锌含量的提高对提高作物的品质及人体健康具有重要作用。硒是自然界广泛分布的微量元素,它参与植物的新陈代谢,农产品中硒元素具有抗氧化和抗肿瘤能力,是维持人体和动物机体健康的必需微量元素。然而我国是个缺硒的国家,72%的地区属于缺硒或轻度缺硒,而土壤缺硒最终通过食物链传导造成人体缺硒。农业生产中有机肥能够一定程度的补充微量元素,但针对性以及效应难以达到生产中高产优质的要求,而叶面喷施是作物补充微量元素的主要途径和有效措施。研究发现土壤施用硼肥提高茶叶游离氨基酸含量、茶多酚含量、咖啡碱含量,降低酚氨比;叶面喷施硼肥能够提高西瓜、蜜柚、梨等可溶糖、维生素C含量以及改善着色,降低畸形果机率,提高内在品质与感官品质。施用锌肥和硼肥均能促进玉米对氮磷钾的吸收,而氮磷钾元素的积累能够提高蛋白质和脂肪含量,降低淀粉含量。硒肥的施用直接提高农产品有机硒含量,对于提升农产品的健康保健价值具有明显作用。

广东农科院农业资源与环境研究所植物营养与施肥团队在前期研究调研中发现我省耕地土壤普遍存在氮磷钾养分不平衡、钙镁缺乏率高、硼锌硒等微量元素普遍缺乏,已成为制约我省农作物产量及品质的重要因素。通过多年的试验示范研究,形成了一套作物高效组合灌溉施肥模式,主要通过大量元素、含中微量元素有机营养液、促生复合菌剂的联合施用,平衡补充大中微量元素营养,配合促生菌剂的应用改善土壤微环境,协同促进作物生长,提高产量和改善品质。在此以苦瓜栽培为例介绍增产提质的套餐施肥技术。

(1)土壤选择:选择肥沃疏松、保水保肥力强、排灌方便的菜地。苦瓜适宜在微酸性的土壤栽培,适宜pH为6.0~6.8,过酸或者过碱均不利于苦瓜的生长发育。在种植前采集土样测定肥力指标,依据测土结果进行配方施肥。通过土壤基础养分测定显示有机质、氮、磷、钾、钙、硼等养分元素处于适宜至丰富水平,但土壤高度缺锌,镁、锰水平偏低。因此,在平衡施肥的同时要注重镁、锌、锰元素的补充。

(2)施肥总量:苦瓜吸收氮、磷、钾的比例为1:0.3~0.4:1.5~1.7。总体以高氮高钾型肥料配方为宜,结合有机肥的施用酌情减量施用化肥,对提高肥料效率,降低苦瓜硝酸盐含量具有一定效果。参照测土结果,根据苦瓜的目标亩产量为2500-3000kg,拟施用氮(N)18kg,磷(P2O5)7.0kg,K2O 20kg,镁(MgO)8-10kg,少量锌(Zn)和锰(Mn)采用叶面喷施补充。

(3)肥料运筹

基肥:有机肥500-800kg/亩,在整理畦面时开沟条施,结合平衡型复合肥(15-15-15)20kg和七水硫酸镁或钙镁磷肥(折合MgO)2-3kg。基肥施用3-5天移栽瓜苗。

追肥:采用大量元素、含镁有机营养液肥(腐植酸型)、促生复合菌剂(地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和巨大芽胞杆菌等)三种液态肥料或菌剂进行滴灌追肥。 1)苗期追肥:一般在移栽定植成活后1周进行。苗期采用勤施薄施的方式,3-5天滴灌施肥1次,分4-5次追施,共施用氮肥用量的20%-25%,磷肥施用25%-30%,钾肥施用20%,含镁有机液肥施用镁用量的20%-25%,苗期滴灌施用2-3次复合菌剂,每次5-8L/亩,以快速建立根际土壤有益微生物种群。 7天喷施1次含有0.2-0.3%的硫酸锌和硫酸锰叶面肥。氮肥用量可视长势情况进行调增或调减,以苗壮不徒长为宜。

2)初花座果期追肥:该时期应协调营养生长与生殖生长关系,避免瓜苗徒长造成养分消耗导致开花座果不稳,分2-3次追肥,共追施氮肥用量的25%-30%,磷肥施用25%-30%,钾肥施用30%,含镁有机液肥施用镁用量的20%-25%。在初花期和座果期是微量元素的敏感期,应7天喷施1次含有0.2-0.3%的硫酸锌和硫酸锰叶面肥。

3)盛果期追肥:该时期需要保证营养肥水供给,防止瓜苗早衰、养分不平衡造成畸形果。7-10天追肥1次,如挂过量大可缩短至5-7天追肥1次,在盛果期共追施氮肥用量的30-35%,钾肥施用30-35%,含镁有机液肥施用镁用量的20%-25%,若长势出现早衰则可适当增加施肥量和施肥次数,7-10天喷施1次含有0.2-0.3%的硫酸锌和硫酸锰叶面肥补充微量元素。

依据测土配方原则,采用上述套餐施肥模式能够较好的平衡大量元素养分,补充中微量元素,苦瓜种植与当地传统施肥相比不仅能够减少化肥氮用量的15-20%以上,而且苦瓜的硝酸盐含量显著下降,且维生素C、可溶性蛋白以及瓜型、色泽均明显改善。通过土壤与植物营养的科学管理可以实现苦瓜增产,且综合提高苦瓜的营养品质、外观品质,商品价值提升效果显著。


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