中微量营养元素肥料研发背景及潜力

1、中微量营养元素肥料研发背景及潜力于广武1王宏涛2何长兴3李晓冰4孙伟5刘金友51中国科学院东北地理与农业生态研究所哈尔滨1500402大连金玛硼业科技集团有限公司 大连1160363黑龙江奥格瑞农业科技发展有限公司 84061026664金玛（宽甸）肥业有限公司驻东北办事处 哈尔滨150050 3金玛（宽甸）肥业有限公司 丹东 宽甸118200 摘要 目前中微量元素缺乏已成为制约作物产量和品质提高的主要 限制因子，中微量营养元素肥料的研发和施用已成为当务之急，势在必行。测土配方，平衡施肥的核心就是添加中微量营养元素，补充和 满足作物生长发育中的需要，达到“高产、质优、环保、安全”的目 的。关键

2、词中微量元素研发背景开发潜力植物营养平衡施肥核心 中国第四次施肥革命中国肥料的发展可以分为以下几个阶段：50年代前的有机肥施用阶段；60年代的有机肥与氮、磷化肥配合施用阶段；70年代中期以后的有机肥与氮、磷、钾的配合阶段；八十年代以后推广了钾肥， 钾的施用量逐渐增加，从而使氮、磷、钾施用趋于平衡，大量元素肥 料施肥问题基本解决；氮磷钾肥料的推广应用对我们国家农业增产增 收起到了极其重要的作用，被农业专家称为中国肥料的三次施肥革 命。90年代中期开始，微量元素硼、锌、及有益元素硅、硒等匮乏 问题日益突出，现已成为许多地区作物产量和品质提高的主要养分限 制因子。正在引起世界范围内土肥学界和植物营养

3、学界的重视， 对我 国绿色农业的发展具有极其深远的影响， 应用前景将非常广阔，所以 被称为中国第四次施肥革命。目前中微量元素缺乏已成为制约作物产量和品质提高的主要限 制因子，尤其是中量元素镁和硫；微量元素硼、锌和镒；有益元素硅 和硒在土壤中和作物生长发育过程中表现出“中度缺乏”的状态，微 量元素中，锌、硼缺乏最严重。在全国不同类型土壤，不同作物施用 硼、镁、锌等中微量元素增产效果明显，已成为测土配方施肥中的重 要措施。在肥料生产中，特别是在复混肥、BB肥和水溶性肥料生产中应重视中微量元素的添加和使用。在新型肥料研究开发中，中微量元素的研制与推广日益引起人们 关注和重视。在我国随着氮磷钾肥料的大

4、量施用，以及农业集约化， 设施栽培农业的发展，经济作物和果蔬作物种植面积的增加， 农业生 产障碍日益增多，尤其是作物营养失调现象的增加， 限制农作物产量 和品质的进一步提高。一方面由于种植结构调整，经济作物种植面积 增加，从而对作物品质和产量要求都有所提高。另一方面，氮、磷、 钾类大化肥浓度越来越高，由于生产工艺的原因，导致高浓度大化肥 中中微量元素含量更低，再加上有机肥施用量的减少，土壤中可利用 的中微量元素更加少。因此，给土壤补充中微量元素显得尤为迫切， 中微量营养元素肥料已成为测土配方、平衡施肥的核心技术。在所有中微量元素中，我国土壤缺硼和镁最普遍。植物吸收的硼 和镁主要来自土壤，土壤的

5、含硼、镁量对植物至关重要。土壤含硼、镁量多少与成土母质、土壤类型及气候条件等有密切的关系。1、中微量营养元素在作物必需的营养元素中的地位从1640年起，人类不断探讨植物的营养元素、有益元素，最终 确定了 16种植物必需的营养元素，7个有益元素和5种有害重金属到目前为止，国内外公认的高等植物所必需的营养元素有 16种。它们是碳、氢、氧、氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁、硼、镒、铜、锌、 铝和氯。在必需营养元素中，碳和氧来自空气中的二氧化碳；氢和 氧来自水，而其它的必需营养元素几乎全部都是来自土壤。在 16种 植物必需的营养元素中，其中6种为大量营养元素，3种为中量营养 元素，7种为微量营养元素。中微量

6、营养元素合计为 10种。由此可 见，中微量营养元素的重要性，其地位是不容置疑的。7种有益元素为：硅、钠、钻、硒、锐、银和错。随着科学研究 的深入，现在人类已经发现了生命元素，还发现了钛、镯、铀等元素 的许多特殊作用。由此，断定今后也可能发现新的植物必需的营养元 素和有益元素。研究表明，对这23种植物营养元素，人类应根据土壤状况和作 物需要量合理、均衡的施用，不能偏废，更不能偏爱，实现农业生产 及农产品的安全、环保、优质、高产、高效。5种有害重金属元素：汞、镉、铅、碑、铭。耕地土壤点位超标 率为19.4%,主要污染物为镉、银、铜、碑、汞、铅、滴滴涕和多环 芳煌。林地点位超标率为10.0%,草地点

7、位超标率为10.4%,未利用 地点位超标率为11.4%; 土壤镉超标率7.0%,镉、汞、碑、铜、铅、 铭、锌、银8种无机污染物点位超标率分别为 7.0%、1.6%、2.7%、 2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%,其中镉重度污染点位比例为 0.5%由于重金属难以降解，导致重金属对土壤的污染基本上是一个不 可完全逆转的过程。土壤污染一旦发生，仅仅依靠切断污染源的方法 很难恢复。镉、汞、碑、铅4种无机污染物含量分布呈现从西北到东 南、从东北到西南方向逐渐升高的态势。2、土壤急需补充中微量营养元素目前在国外，美国、俄罗斯、日本、德国、法国、澳大利亚、 比利时、新西兰、芬兰、瑞士、波兰、朝

8、鲜、捷克、斯洛伐克、菲律 宾、柬普赛、越南、韩国、印度等 30多个国家都大规模生产和广泛 应用硼、镒、锌、铜、铁等微肥来补偿种高产作物造成的土壤中微量 元素养分的缺乏，以促使作物对氮、磷、钾常量元素养分的有效吸收。 联合国粮农组织1982年土壤调查总结了 30多个国家的情况后指出， 微量元素营养缺乏比一般预想的更广泛。 美国多次全国性土壤中微量 元素调查发现30多个州缺镒，44个州缺硼、43个州缺锌。澳大利亚 土壤缺微量铜、锌、铝总面积达 3亿hm2。在我国，自1978年以来，中国科学院南京土壤所对全国土壤微 量元素锌、硼、镒、铝、铜、铁的含量做了调查。调查结果表明，我 国大部分地区都存在不同

9、程度的微量元素缺乏。 土壤中微量元素处于“中度缺乏”的状态，当作物的正常生长代谢己受到了缺乏微量元素 影响时，施用微肥能改变作物微量营养状况并可促进生长， 提高产量c根据全国第二次土壤普查数据，结果显示南方酸性土壤，硼、镁、钙、 铝的含量都非常缺乏，北方碱性土壤也缺铁、锌、镒、钙等中微量元 素。我国缺少微量元素铁、铜、铝、硼、镒、锌的耕地分别占5%、6.9%、21%、46.8%、34.5%和 51.5%。在所有微量元素中，中国土壤缺硼最普遍。全国耕种土壤缺硼面 积多达510亿亩，主要分布于东南部地区（长江中下游）和黄土高 原、华北平原、淮北平原。据有关资料，我国土壤全硼量范围在0-500 毫克

10、/千克之间，平土6 64毫克/千克。我国土壤全硼量大致分布规律由 北向南、由西向东呈逐渐降低的趋势。我国缺硼土壤主要分布于南方 红壤区，北方一些省（自治区、市）也有相当面积的土壤硼素不足。 南方红壤有效硼含量最底，变幅为痕迹量至0.58毫克/千克，平土0 0.14 毫克/千克。西北地区黄土母质发育的几种土壤，虽全硼量高，但有 效硼含量较底，平均含量0.29毫克/千克。内陆盐土和滨海土水溶态 硼含量最高达23毫克/千克。根据全国第二次土壤普查数据，贵州、 四川、湖北、湖南、安徽、江苏、江西、云南、河南、陕西、广东、 福建、广西、吉林、河北、山东、山西等耕地缺硼比例均大于60%。作为油菜、棉花、花

11、生、果树、蔬菜等高需硼经济作物的主要生产地， 缺硼严重地限制各地农业生产的发展，缺硼已成为妨害作物产量及品 质提高的主要限制因子。作物的生长发育需要吸收各种营养，但是决定作物产量的是土壤 中那个相对含量最小的有效植物生长因素， 产量在一定限度内随着这 个因素的增减而相应的变化。因存在这个限制因素，即使继续增加其 他营养成分也难以提高作物的产量。近100多年来氮磷钾化肥的施用 量急剧增加，而随作物带走的中微量元素养分却没有得到系统的补 给，尤其是我国自从80年代大量进口美国磷酸二镂之后，全国土壤 中磷积累过剩，致使土壤中氮不足、磷过剩、钾极缺，镁、硅、硼和 锌急需补充。所以目前缺乏中微量元素地区

12、的作物、土壤越来越广泛， 问题也越来越严重。在土壤里中微量元素的缺乏日趋严重情况下，在BB肥、复混肥、水溶性肥料和长效肥中添加中微量元素以及如何添加已成为现代农 业能否持续增产的主要问题。3、植物营养急需补充中微量营养元素由于土壤中中微量营养元素处于一种极端缺乏或耗竭边缘状况， 造成植物不能从土壤中吸收足够的中微量营养元素完成生长发育的 需求，致使产量低，品质差，生长发育不良。植物中含量为0.1%0.5%的元素称为中量元素，钙、镁、硫三种元素在植物中的含量分别为 0.5%、0.2%、0.1%,故被列为中量元 素。最近的研究发现，硅是继 N、P、K之后的第四大必需元素，也 列入中量元素的范围。含

13、量介于2X 10-72X 10-4mg/kg的元素称为微各地田间应用结果表明，中微量元素肥料在各地表现出越来越显 著的施肥效果，在提高作物产量、突破增产瓶颈，提高作物抗逆能力, 改善作物品质，纠正缺素现象，提高氮磷钾肥料利用效率等方面均表 现出显著的施肥效应。20022014年12年的中微量元素肥料试验显示，增施中微量元 素肥料，各地小麦、棉花、玉米、水稻、油菜、花生等大田作物以及 蔬菜、果树等经济作物均表现出显著的增产效果，平均增产在10%以上。除增产效应外，在提高作物抗逆性、改善作物品质方面也表现出 明显的效果。如黑龙江等地通过基施颗粒硼肥、锌肥，叶喷硼和锌， 显著提高了水稻对稻瘟病的抗病

14、能力， 防治玉米“白苗病”；内蒙古、 甘肃等地通过增施镒和锌提高马铃薯对早晚疫病的抗病能力；山东等地通过补充果蔬钙肥、铁提高果树对褐斑病的抵抗力等，各地也有通 过增施微量元素肥料，尤其是海藻肥、腐植酸营养液和螯合锌等提高 作物的抗逆性，如抗旱、抗寒能力增强等。在提高品质方面，增施中微量元素肥料的效果也越来越受到各地 的重视，如小麦、水稻等籽粒蛋白质含量，果实含糖量以及硬度、着 色等指标。据报道，施用果蔬钙肥使苹果的硬度平均提高，含糖量提 高，使冬枣的硬度提高，使番茄的含糖量提高；施用果蔬钙肥或铝显 著改善了冬枣的表光；施用螯合锌提高了小麦籽粒蛋白质含量等等。 更为重要的是，通过施用铁、锌等微量

15、元素肥料，可以直接提高作物 收获物的微量元素含量，对人畜的矿物营养具有极其重要的意义。4、补充中微量营养元素是平衡施肥的需要平衡施肥是指在农业生产中，综合运用现代科学技术新成果，根 据作物需肥规律和需肥特点，土壤供肥性能与肥料效应，制定出系列 农艺措施，保护生态环境。平衡施肥是一项综合技术，是在植物营养理论指导下，在土壤科学发展基础上，总结土壤肥料试验资料和土壤 研究成果而建立的，在平衡施肥中应充分考虑土壤、肥料、植物和气 候四者的关系。大力推广测土配方施肥技术，改变广大农户不合理的施肥方法， 向广大农民普及科学施肥的理念和技术。 加强和完善配方施肥中的各 项技术措施，不断充实完善施肥参数，如

16、单位产量养分吸收量、土壤 养分利用率、化肥利用率等。在原来检测土壤、植物营养需求的基础 上，新增水质、土壤有害物质、化肥农药污染等环境条件分析项目， 优化配方施肥技术。同时，要增加有机肥在配方施肥中的比重，加大 对微肥和生物肥的利用，协调大量元素与微量元素之间的关系。 通过 合理施肥，既保证庄稼旺盛生长，促使增强作物的抗病和防病能力， 提高产品产量和品质，又节省能源，保护环境，同时减少农民负担。平衡施肥法的核心是确定肥料品种、比例和施肥量。根据农业部“十一五”规划，全国每年测土面积将在4亿亩以上，最终达到国内 总耕地面积的50%目前测土配方施肥技术已在全国广泛开展。根据 目前土壤和作物对肥料的

17、需求，主要是增加中微量营养元素的添加和 施用。在大量营养元素中主要以增加钾肥为主； 在中微量营养元素中 重视镁、硫、硼和锌的施用；在有益元素中主要重视硅和硒的施用。5、补充中微量营养元素可提高肥料利用率植物只能吸收能溶于水的离子态或螯合态的元素，铁 (Fe)是以 Fe2+或金属螯合物形态，镒(Mn)是以Mn2+或金属螯合物形态，锌(Zn) 是以Zn2+或金属螯合物形态，铜(Cu)是以Cu2+或金属螯合物形态，硼(B)是以H2BO3-形态，铝(Mo)是以MOO42-形态，氯(Cl)是以Cl-形态, 钠(Na)是以Na+形态。目前我国化肥的当季利用率氮素约为 30%- 35%磷约为10%- 20%

18、钾约为35%-50%平均当季化肥利用率为30溢右，而发达国家 达到50%-60%其中氮的损失特别严重，水田又高于旱地。我国目前 每年施用氮肥约2000万t,以平均损失45%f,则损失的肥料氮量达 900万t ,相当于尿素1900多万t ,折合人民币380多亿元。要提高肥料的利用率和肥效，在我国目前情况下，必须十分重视 用好化肥。一方面要抓“开源”，即增加生产和适量进口，增加化肥 有效供应；一方面要抓“节流”即合理施用，减少损失，提高利用率, 两者不可偏废。磷素过多还会导致植物锌、铁、镁等元素的缺乏。钾素过多一 般不会对植物发生毒害作用，但钾素过多易造成钙、镁元素缺乏。钙 通过改善根系生长状况，

19、刺激微生物活性，提高铝和其他养分的吸收； 铁过量降低磷肥肥效；铜过量导致植物缺铁；镒过量表现缺铁症状。 许多地方实践证明，严重地缺乏微量元素可以使许多植物发生病害症 状而减产甚至颗粒无收。过去有些植物病害发生后，人们并不十分了 解原因，有时错误地认为是真菌病害或细菌病害， 现已证实这些病害 是由于土壤中缺少某种微量元素而引起的。如缺硼引起甜菜心腐病、 甘蓝型油菜只开花不结实和小麦不捻。在石灰性水稻土上，水稻“值 苗”、“缩苗”等现象就是因为土壤缺微肥引起的，通过施用微肥植 株恢复正常，产量大幅度提高。禾谷类作物缺铝后，常患缺绿症。小麦、重迎茬大豆若缺镒就会生长不良、减产甚至死亡。苹果树缺铜会

20、引起树枝枯萎，缺锌会引起叶簇病，柑橘缺锌叶子会发生斑点病并停 止生长。河南农业大学在南竹北移的试验中发现， 毛竹北移时往往因 选地不当造成损失，如毛竹黄枯病主要是由于土壤缺铁、 缺镒而引起 的一种生理病害。毛竹原生长在南方酸性土壤，镒、铁含量丰富，北 移后土壤偏碱，造成这些元素供应不足从而导致失败。当然，不应仅 在发现上述植物病害的土壤上才施用微量元素肥料，因为土壤中稍许 缺少某种微量元素是常见的，而生长在这样土壤中的植物外表不会显 出受害特征，一旦发生病害就说明土壤已极端缺少某种元素，若能及早发现，及时施用必需的中微量元素肥料就能避其害， 提高单位面积中微量元素还能提高植物抗病性、抗旱性、抗

21、高温、抗低温和光 照强度不足的能力及提高农作物品质。如硼肥可以使甜菜含糖量从 15%增加到16.4%。目前国内许多研究机构和生产单位已有大量资 料证明，各种作物只要施用得当，微量元素能大幅度提高作物产量和 质量，群众称微量元素肥料是“用量少、花钱少、施用方便、效果好 的化肥精”。6、补充中微量营养元素有利于低碳、生态农业的发展低碳农业”是以低消耗、低污染、低排放，高品质、高效益”等三 低、两高”为特征的现代农业，彻底转变农业发展方式，合理高效利 用资源和能源，建立清洁能源结构和实施清洁生产， 并促进能源和资 源利用技术创新、制度创新和可持续发展。10国内外形态各异的低碳农业经济进行分类归纳，

22、那么，有以下可 供采纳的实用模式：一是减量、替代有害投入品的节肥模式，即秸秆 还田、培肥地力、大量使用有机肥料，增加中微量元素的施用，减少 化肥等化学肥料的使用量；二是立体种养的节地模式，即立体种植、 养殖，充分利用土地、阳光、空气、水，进行立体种植、养殖，拓展 生物生长空间；三是改进灌溉技术的节水模式，即大规模加快发展节 水型农业，改造落后的机电排灌设施，采取科学的工程措施，推广作 物节水灌溉技术和农作物喷灌、微喷灌、滴灌等先进技术，大幅度地 提高了水资源的利用率；四是转变耕作方式的节能模式，要从改善企 业管理、改革不合理的耕作方式和利用清洁能源切入， 探索建立和推 广集约、高效、生态农业和

23、畜禽养殖技术，降低饲料和能源消耗；五 是推广风能、太阳能和生物能的清洁能源模式，利用农村丰富的资源 发展风力发电、秸秆发电、秸秆气化、沼气，以及太阳能利用技术等； 六是废弃物资源化的循环经济模式，即把农业加工副产品作为原料进 行综合利用，增加农产品附加值；七是测土配方的科学养地模式，利用畜禽粪便生产生物有机无机生态肥料、给土壤 吃营养配餐工增 强土壤有机质含量和保水能力；八是培育生产无公害产品的农业生态 园模式，即采用生物技术、有机肥料生产绿色产品和无公害产品的生 态园，生产出无农药残留或微农药残留、让消费者放心的优质农产品。生态农业一一是指在保护、改善农业生态环境的前提下，遵循生 态学、生态

24、经济学规律，运用系统工程方法和现代科学技术，集约化 经营的农业发展模式，是按照生态学原理和经济学原理 ，运用现代科11 学技术成果和现代管理手段，以及传统农业的有效经验建立起来的， 能获得较高的经济效益、生态效益和社会效益的现代化农业。生态农业是一个农业生态经济复合系统，将农业生态系统同农业 经济系统综合统一起来，以取得最大的生态经济整体效益。它也是农、 林、牧、副、渔各业综合起来的大农业，又是农业生产、加工、销售 综合起来，适应市场经济发展的现代农业。生态农业是以生态学理论为主导， 运用系统工程方法，以合理利 用农业自然资源和保护良好的生态环境为前提，因地制宜地规划、组织和进行农业生产的一种农业。是 20世纪60年代末期作为 石油农 业”的对立面而出现的概念，被认为是继石油农业之后世界农业