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碳是营养元素或生物刺激素? qrcode

2019-02-02

郑宏啟

郑宏啟 关注

2010年之后,世界农业逐步进入了生物刺激素的时代。生物刺激素类产品在欧洲形成概念并且也传播影响到了全球。即便是在欧洲市场上也从蛇油一类的产品进入到欧盟需要全面管理的一大类肥料产品。研究和利用生物刺激素,就不得不接触作物管理,植物生理生化等学科。前几年在生物刺激素的宣传中常常听到生物刺激素既不属于农药,也不属于肥料之类的说法。而实际上我们也可以换句话说,生物刺激素既有农药的特点也有肥料的特性。生产实践中生物刺激素类产品的施用最佳途径是和经典的肥料产品相混合使用。从理论上讲,施用生物刺激素类产品必须要考虑植物生产代谢所需要的物质和能量,因为很多生物刺激素都对植物的次生代谢有促进的作用。所以植物对其自身光和产物的分配上就要重新调配,而出现短缺现象。此时如果田间植物养分供应不及时和足量的话,植物本身的正常生长速度也会受到一定的影响。当植物不缺乏养分供应时,生物刺激素类产品的一个重要特点就是提高肥料利用率。所以在推广和学习中就必须接触和了解到一些相关的肥料学和植物营养学的概念。
 
但是现今市场上流传的一些新概念则非常容易形成概念的混淆。特别是近几年大家也一定听说过“有机碳肥”和 “唤醒土壤中有益微生物”等新概念和产品。在宣传时往往因为没有明确的解释或者说没有足够的专业知识,所以听众就很容易就陷入了迷茫之中。也许我们还是应该经常地温习一些基本概念。
 
经典的矿物质营养学说是19世纪由德国科学家李比希教授所引导而创立的。而在此之前,科学界的主流概念还是腐殖酸学说。认为土壤中腐殖酸才是植物的养分供应者。正是矿物质学说的建立,而后的化肥工业发展就有了完美的理论基础。随着科学的进步,植物直接吸收小分子物质,如糖类和氨基酸类等化学物质已是公知了。所以,广义的植物营养学所包括的物质应该要远远多于简单的几十种单纯的矿物质元素了。在一些特殊条件下,植物吸收和利用多种化合物能否都被认为植物的营养呢?这些物质能否被称为肥料呢?客观地说,科学家们也还是没有达成一致的看法。
 
尤斯图斯·冯·李比希男爵(Justus von Liebig,1803年5月12日出生于德国达姆施塔特,1873年4月18日逝世于德国慕尼黑)是一位德国化学家,他最重要的贡献在于农业和生物化学。他发现了氮对于植物营养的重要性,因此也被称为“肥料工业之父”。李比希教授对于植物营养方面的贡献来自于他总结得出的三个学说:
 
1.植物矿质营养学说:植物矿质营养学说是指认为无机物质是植物生长发育所需要的最原始、最基本的养分的学说。李比希认为,矿物质是营养植物的基本成分,进入植物体内的矿物质为植物生长和形成产量提供了必需的营养物质,而腐殖质是在有了植物以后而不是在植物出现以前出现在地球上的,因此植物的原始养分只能是矿物质。

2.归还律学说:李比希教授认为人类在土地上种植作物,并把产物拿走,作物从土壤中吸收矿质元素,就必然会使土壤中所含养分将会越来越少。相应的表现就是地力的下降。如果人们不把植物带走的营养元素归还给土壤,土壤会由于土壤肥力衰减而成为不毛之地。因此要恢复和保持地力,就需要将从土壤中拿走的营养物质还给土壤。只有这样土壤的肥力才能够持续保持在一个相对稳定的水平上。

3.最小养分定律:植物产量的高低决定于最小的养分因子。最小养分律是指植物的生长受相对含量最少的养分所支配的定律。李比希教授认为作物产量主要受土壤中相对含量最少的养分所控制,作物产量的高低主要取决于最小养分补充的程度。

17世纪时海耳蒙特(Von.Helmont,1640年)完成了他著名的柳枝土培试验:他用200磅土(=90178.47克)装入陶土盆中,插入一枝5磅重的柳条(2267.96克),除浇水外不加任何东西,在盆上盖上带气孔的铁板,防止其他物质落入。在5年后,柳条长成了164磅的柳树(74389.15克),盆中的土壤仅减少28.35g。他因此认为植物从土壤中得到的除水分以外,没有其他任何物质,所以得出柳条生长来自于水的结论。
 
而现今国内某些科学家认为“作物靠天补碳方式仅能满足作物大约五分之一的需要量”。而大气中的二氧化碳浓度仅仅是0.03%,远远不能满足光合作用所需要的最佳浓度0.1%。因此完全不能满足植物光合作用的需求。进而我们是否可以推论作物需要碳量的五分之四都需要来自光合作用之外的其他通道。但是我们从这个近400年前的经典试验中很难得出这样的结论。
 
19世纪初期德国学者泰伊尔(Von.Thaer,1752-1828)的腐殖质营养学说在欧洲十分流行。这是指植物营养学说的一派,他们认为植物的初始营养主要来自于腐殖质的观点。他认为:土壤肥力取决于土壤腐殖质的含量,腐殖质是土壤中唯一的植物营养物质;矿物质只起间接作用,即刺激腐殖质腐解、加速腐殖质的转化和溶解,使其变成易被植物吸收的物质。泰伊尔认为“正是因为腐殖质是生命物质,它也是生命的基本条件,没有它就没有独立的个体生命”。
 
上一段文字给人以似曾相识的感觉。当然随着科学技术手段的进步,现今的科学工作者不会再简单的重复腐殖质营养学说的全部了。因为人们已经清楚地知道分子量超过1500的物质(有机物?)就很难被植物所吸收利用了。如果没有被植物所吸收可能性,那么也就不能被视为植物营养物质,更谈不上肥料了。所以“新理论”推广者的解释是:“作物光和作用所需的二氧化碳可以从土壤和空气中获得,作物需要更多的碳可以从土壤中吸收碳酸盐和有机碳。”“腐殖酸、氨基酸中含有植物需要的有机碳直接供给植物”。
 
直至1840年,德国的李比希教授提出了植物矿质营养学说以后,土壤肥力概念才得到较为科学的解释。李比希认为,矿物质是植物的营养基础,土壤则是植物获得矿质营养物质的源泉。这个学说首次明确地指出了土壤矿物质是土壤肥力的核心。它不仅在土壤科学和农业化学发展史中具有划时代的意义,而且促进了化肥工业的发展。
 
“1980年,农业部委托北京农业大学等农业科研单位和农业行政部门,建立“腐植酸农业应用科研协作组”,历时5年(1980~1985),确认了腐植酸农业方面的5大功效:1)改良土壤; 2)提高化肥利用率; 3)刺激作物生长; 4)增强作物抗逆能力; 5)改善产品品质。但此后腐植酸的研究工作基本处于停滞状态,除杨志福教授提出腐植酸中的酚羧基有刺激作物生长功效之后, 基本未见研究腐植酸中活性基团与5大功效之间作用关系的文献资料。实际上腐植酸施入土壤后,有利于土壤中固氮菌、解磷菌、解钾菌的生产,土壤中的有益菌也在起作用,影响着土壤微生物的生物生理变化,从而影响着化肥利用率。因为没有系统的研究,目前只能是从宏观上、表征上来说明。”
 
根据上述腐殖酸的5大功效和对生产实践效果的分析结果来看,腐殖酸也只能是属于刺激素类产品。施用这类产品确实是能够改善农作物的表现。但是他们不一定是直接的营养作用。因为目前没有很多的研究能够证明腐殖酸可以作为营养元素被植物直接吸收利用。因此按照现在的知识水平,非常明显他们是刺激素类产品。
 
根据目前已掌握的知识,个人认为:营养元素(肥料产品的精髓)是可以被植物所吸收利用的,最终经过一定的代谢途径成为植物器官和组织形成以及功能物质合成的基本物质。而刺激素类物质则应该对植物上述代谢过程有调节作用或参与效果的物质,他们不是直接形成植物器官和组织以及合成物质的必要成分。
 
2011年,公司成立之初也是从广义营养学的角度来解决一些植物抗逆的问题。机缘巧合,我们遇到了阿尔比特-俄罗斯生产的优秀的生物刺激素。随着推广和学习的深入,也意识到一些更深层次的问题。在农作物抗逆的问题上,生物刺激素和植物营养物质是密不可分的两个组成部分。 “植物抗逆从营养做起”是我们的精神。但是什么是植物营养元素和什么是刺激素则是后期工作中所必须面对的一个问题。特别是广义的植物营养学概念更值得大家注意。单糖和寡糖,氨基酸这些植物的初生代谢物都可以被植物所直接吸收利用。特别是植物在遇到逆境时,特定的次生代谢途径被启动之后。植物在特殊条件下能够利用一些外来的营养物质。但是这些能否被称为对李比希教授理论的更新?或者说是植物营养的第二通道?
 
在空气中的碳是二氧化碳,因为是植物光合作用的主要原料所以毫无疑问是一种营养元素。而单糖或寡糖的碳在特殊条件下,当直接用于植物体表时因为植物的直接吸收利用也可以被认为是营养元素。但是如果被用于土壤中的碳(腐殖质和糖等)则更多的可能是直接被微生物先于植物分解利用了。美国一些玉米种植农场在生长季节直接向田间撒施食糖的目的就是刺激土壤微生物的繁殖,而非做为营养元素直接补给农作物。到此为止,碳是营养元素?还是刺激素呢?这个答案是要根据碳的化学结构来决定的。同样的碳分子即能是石墨中的分子,也可以是金刚石中分子。结构决定性质。这是自然规律,不是人类的解释。

本文节选自由AgroPages世界农化网出版的《2018生物制剂专刊》,若您想要获得电子版杂志,请在评论区留言:姓名 + 公司名  + 邮箱, 或加微信paulzheng0916 (郑 Sir)



 

 

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