植物营养与农产品品质

植物营养与农产品品质 作物品质： 人类需要的农作物目标产品的质量。能够最大限度地满足人类对各种产品质量要求的作物产品称为优质农产品。 农产品品质： 指农业生产目标产品的质量，包括较大的范围，包括农作物产品和动物性产品的品质。 引言 农产品品质由诸多方面综合评价所决定的。 品质标准很大程度上取决于农产品被利用的目的。 例如用于制造啤酒和用于饲料的大麦品质要求是不同的。马铃薯用于工业淀粉生产和直接食用也不一样。 o 营养品质：人体所必需的碳水化合物 、 蛋白质 、 脂肪 、氨基酸 、 维生素等成分含量的大小； o 健康品质：与人体疾病 （ 抗病 、 致病 ） 有关的矿质元素及污染之重金属元素 ， 与保健有益的有机成分和有害的农药残留量之多寡；影响人体健康的致病菌数量； o 感官品质：食品的色 、 香 、 味 、 气和外观形状给消费者的愉悦感； o 加工品质：与碾磨 、 脱粒 、 烘烤 、 酿造 、 整形 、 包装 、分类等产后加工工艺相适应的程度； o 市场品质：耐贮性 、 软硬鲜嫩度 、 抗蒸发 、 抗霉变等市场要求的商品性质的优劣 。 一般来说，农产品品质包括以下因子： 农产品品质影响因素 主要是遗传品质，由作物基因决定，育种是提高品质的重要途径； 外界环境因素： 养分供给 、土壤性质、气候、管理； 施肥 对农产品营养品质、健康品质、感官品质、加工品质以及市场品质的影响是多方面的，且作用是综合的 。 营养物质调控作物品质的可能性 客观性： 客观存在的，如施氮提高蛋白质含量； 相对性： 作物品质受固有的遗传特性决定； 特殊性： 不同营养有各自特殊的作用，同等重要，不可替代的； 综合性： 各营养的综合作用和营养物与环境因子的综合作用； 多重性：营养物对品质有正效应、负效应和零效应。 促进资源高效利用和生态环境保护 近年来 ， 我国由于化学肥料 （ 尤其是氮肥 ） 的施用量大幅度增加 ， 导致环境问题日趋严重 。 随着人民生活水平的提高 ， 以及粮食产量的不断增加 ， 合理调整农业产业结构 ， 从以 单一高产 为目标向 优质高产 转变已成为农业生产的当务之急 。 因此 ， 研究营养施肥与农产品品质的关系 ， 可为减少化肥投入 ， 减轻化肥生产投资的经济压力 ， 缓解土壤 、 大气 、 水体环境的污染 ，促进农业生产中物质的高效良性利用 ， 达到最大的经济 、 社会和生态效益 。 植物营养施肥与农产品品质研究意义 促进土壤农化学科的发展 植物营养施肥与农产品品质关系的研究是植物营养学研究的主要内容之一 ， 它的研究将促进土壤学 、 肥料学 、 农业化学等学科的发展 。 促进绿色食物链的构建 所谓绿色食品，是指经中国绿色食品发展中心认定，无污染的安全、优质、营养类食品的统称。它由农业部 1990年提出，与国际上的生态食品、有机食品、自然食品等内涵一致，均指限制生产过程中化学肥料、农药和其它化学物质使用而生产出的食品，其中 AA级绿色食品的要求大大高于 A级。 AA级绿色食品 、 农产品的生产过程中禁止使用任何有害化学合成肥料；所有有机或无机肥料 ， 尤其是富含 N的肥料 ， 应以对环境和作物品质不产生不良后果的方法使用；允许使用的主要肥料种类有秸秆还田 、 绿肥 、 沼气液 、 微生物肥料等 。 因此 ， 研究营养与品质关系 ， 为有效控制化肥等化学物质过量进入食物链 ，形成土壤作物人类生存的绿色食物链 ， 促进人与自然的高度和谐 。 作物营养物质的品质效应 作物生长所需的营养物质包括无机物和有机物两大类。无机物包括必需营养元素和有益元素；有机物包括起直接作用的氨基酸和具有刺激作用的有机酸、维生素以及植物生长调节剂。 营养物质对作物品质的作用主要表现在直接作用 、 间接作用 、 单一作用和复合作用 。 直接作用 营养物质对作物品质的直接作用是指营养物质直接参与品质成分的组成。氮与植物体内一系列含氮化合物的关系，含氮化合物通常作为作物的品质成分。如：氨基酸、蛋白质、维生素（ B1、 B2、 B6）烟碱、茶碱等。 间接作用 营养元素对作物品质的间接作用是指通过其对作物体内的生理生化过程的影响而实现的 ， 例如籽粒与贮藏器官中的碳水化合物及糖分含量与植物光合作用的效率 、同化产物向贮存器官中的转移都有密切关系 。 P、 K、 B等对植物体内碳水化合物的影响最为明显 。 P的主要营养作用之一是促进碳水化合物在作物体内的运输 。 K被公认为品质元素 ， 但在植物体内所有的有机化合物中几乎都不含 K。 显然 K对作物品质的作用是一种间接的作用 ， 这种间接作用是以调节作物体内多种酶活性为基础 ， 通过对光合作用 、 营养物质的吸收代谢调节 ， 影响作物收获物的品质 。 B在植物体内对品质有改善作用 ， 特别是对油料作物种子含油量和糖料作物糖分含量有明显提高作用 。 其原因之一是 B促进植物体内糖的运输 ， B与蔗糖合成前体 “ 尿嘧啶二磷酸葡萄糖 ” 、 细胞膜透性 、 筛板上的胼胝 （ pinzhi)质数量有关 。 单一作用 营养元素对作物品质的单一作用是指矿质营养元素本身作为品质指标时 ， 对产品质量的效应 。 矿质元素含量 作为指标时有两种情况 ， 一是对人和动物营养必需的元素 ， 如 P、 K、 Ca、 Na、 Fe等；二是含量过多对人类有害的矿质矿质元素 ， 如 Al、 Pb、 As、 Cd等 。 在石灰性紫色土上种植的蔬菜 （ 小白菜 、 莴笋 ） ， 含钙量大大高于酸性紫色土 ， 是利用营养元素对植物的单一品质效应 ， 从而改善作物矿质成分品质 ， 提高其食用价值 。 对收获籽粒的农作物，试图通过调控外界矿质元素供应（ K、 Zn），较大幅度地提高产品中相应营养成分的含量而往往效果不明显，其原因是这些元素的运转率低，受遗传特性制约。在农业生产中，当土壤遭受重金属污染时，采用施石灰、有机肥等措施，降低重金属对作物的单一作用影响，以减缓或阻止重金属进入作物体内。 复合作用 营养物质对作物品质的复合作用是一个最普遍也是最为复杂的现象 。 营养物质对作物品质的复合作用 ， 大致可分为正效应 、 负效应和零效应 。 这些效应是各种营养物质之间的多重作用或迭加作用的综合表现 。 施肥调控农产品品质的理论基础 植物必需营养元素的功能效应 现代科学技术和肥料工业发展 ， 人们已生产出多种必需营养元素肥料和有益元素肥料 。 肥料中的营养直接参与植株生长发育或调节植株新陈代谢 。 植物产量和品质的形成 ， 需要生长环境中有充足的功能养分供给 ，而土壤中养分不可能满足作物生长所需 ， 因此 ， 科学施肥可以调节作物养分得到最佳供给 ， 提高作物品质 。 作物品质存在遗传变异性 作物营养品质特性由植物本身遗传基因和外界环境条件共同决定的 。 前者主要通过杂交 、 转基因等手段等到改良 ， 而后者包括温度 、 水分 、 光照 、 施肥 、 土壤等因素 。 通过协调和改善作物生长的外界环境条件 ，可以达到农产品的优良品质 。 同时 ， 肥料营养对作物营养品质 、 感官品质等的影响具有明显的局限性 ， 它受到作物本身遗传特性和其它生长条件的限制 。 作物对某些矿质养分的奢侈吸收 作物生长环境中矿质养分含量过高时 ， 植株体内易产生累积现象 ， 矿质养分的这种累积可发生在植物根 、茎 、 叶 、 果实 （ 种子 ） 等器官中 ， 从而改变其营养品质 。 蔬菜生长中 ， 氮肥 ， 尤其硝态氮施用较大时 ， 叶菜类中奢侈吸收较多的硝酸盐 ， 降低其食用品质 。 增加某种元素施用量可以有效地增加植物性食品中这种元素的含量 ， 但这并不是一项成功的措施 ， 大多数植物都有控制体内元素含量的机制 。 随着施肥量增加 ，植物性食品中的含锌量可增加 。 在同时缺磷和锌的土壤上重施磷肥 ， 会加剧锌缺乏 ， 显著降低食品中锌含量；而磷锌配施 ， 增加产量和产品中锌含量 。 作物营养特性与品质 作物营养差异性与品质 作物阶段营养与品质 作物营养高效基因型与品质 作物营养差异性与品质 作物 种类间 营养特性与品质 作物 品种间 营养特性与品质 作物种类间营养特性与品质 禾谷类作物 水稻、小麦、玉米： 籽粒是淀粉类物质 水稻：生长前期以铵氮较好，生育后期需一定比例硝氮，尤其杂交水稻；需钙、硅等； 小麦：氮营养以硝氮为主； 豆类作物 大豆、蚕豆、豌豆、绿豆等； 富含蛋白质，其氨基酸组成合理，是人类所需蛋白质的重要来源； 豆类可通过根瘤菌固氮，氮肥需少施； 氮肥施用量对花生乙炔还原活性的影响 施氮量 Rate of N application (kg.hm-1) 氮素农艺效率 AE 氮素内部分配效率 IE 收获指数 HI (% ) 氮素回收效率 RE (% ) CK 1.71 0.14a 53.52 0.06a 0 1.73 0.21a 54.50 6.2a 45.05 12.06 3.06a 1.65 0.19a 54.59 2.6a 37.57 0.74a 90.09 6.97 1.44b 1.85 0.11a 56.22 3.2a 39.20 5.89a 135.14 2.06 0.86c 1.85 0.10a 52.77 5.6a 27.93 5.64b 180.18 3.40 1.96c 1.82 0.19a 52.42 6.6a 22.32 0.78bc 225.23 1.13 0.11c 1.91 0.13a 54.56 1.3a 15.08 0.01c 施氮量对花生氮素农学利用效率、内部运转效率、收获指数和氮素回收效率的影响 单位施氮量被作物吸收的百分比和施入肥料氮的增产效果 油料作物：油菜、花生、芝麻、向日葵等 种子富含脂肪和蛋白质；种类不同，品质成分也不同 油脂中脂肪酸组分不同，营养价值变化较大 几种油料作物种子的成分 作物 脂肪 蛋白质 粗纤维 其他碳水化合物 灰分 油菜 3 8 . 4 2 6 . 7 7 .9 9 2 0 . 0 4 .0 向日葵 5 6 . 0 2 6 . 0 6 .0 6 .0 3 .8 花生 5 2 . 1 2 7 . 6 3 .0 1 3 . 3 2 .4 4 芝麻 5 3 . 4 2 3 . 2 - - - 叶用作物：烟草、茶叶、桑树等 烟叶燃烧，需较多钾；要求钾、总糖高，蛋白质低，氮 适量，喜硝 茶叶浸泡，要求茶氨酸、儿茶酚较高，与烟叶氮、钾需 求相反；喜铵 作物品种间营养特性与品质 不同类型油菜产量、吸收养分的数量和比例 kg/ha 油菜 类型 产量 N P K N : P:K 白菜 型 8 2 5 . 0 48 . 0 9.0 30.0 1: 0.2: 0.6 甘蓝 型 1800 . 0 175.5 31.5 192.0 1: 0.2: 1.1 甘蓝 型 2257 . 5 255.0 36.0 183.0 1 : 0.1 : 0.7 甘蓝 型 2131 . 5 187.5 28.5 151.5 1: 0.2: 0.8 甘蓝 型 1519 . 5 142.5 27.0 129.0 1: 0.2: 0.9 甘蓝 型 2500 . 5 150 - 201 27 - 36.0 181 - 249 1: 0.2: 1.2 稻米全氮0.001.202.401 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41浙江省 42个品系稻米中 N含量的变化 不同品种稻米钙含量0501001502002503003501 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47Ca mg/kg 5.020.035.01 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40品种系列Zn含量 mg/kg 浙江省一些品系的稻米之含 Zn量 0.010.020.030.040.01 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39品种系列Fe含量mg/kgFe 作物阶段营养与品质 作物不同生育期营养特性不同，影响产品品质 作物生长前期 : 主要苗期或营养生长期 作物中后期 : 往往营养生长与生殖生长并行或以生殖生长为主 果树： 一年中早期抽枝、展叶，营养物质积累，氮磷营养为主，因此施足基肥； 开花座果后，进入生殖生长，营养物质向果实运移，品质形成， K、 Ca等营养重要，要追施。 作物营养品质临界期 作物营养品质临界期是指作物形成收获物 （ 茎 、叶 、 果实 、 籽粒 、 块根等器官 ） 时体内营养物质缺乏或过多对收获物品质影响最大的时期 ，也是作物优质高产栽培中施肥最关键的时期 。品质临界期因作物种类或栽培目的不同而异 ，所以 ， 调控作物品质的农业措施具有很大的特殊性和复杂性 。 研究作物营养品质临界期 ， 可为肥料高效利用 、防止生态环境污染提供理论依据 ， 从而拓展植物营养研究领域 ， 深化植物营养研究内容 。 研究作物营养品质临界期 ， 可以减少物质投入量而获得大量优质农产品 ， 提供人类高质量生存所需的重要物质基础 。 深入开展作物营养品质临界期研究 ， 可以揭示自然界植物转化外源物质的基本特点 ， 从而为实现人与自然高度协调共荣奠定基础 。 作物营养品质临界期研究的原则 o 以作物基本营养特性为基础 o 以栽培作物对主要品质的要求 ， 即收获目的为重点 o 以因地制宜的综合农艺措施为保证 o 禾谷类作物： 以收获籽粒为目的 ， 籽粒品质成分主要是淀粉和蛋白质 。 其品质临界期一般在籽粒形成期（ 如水稻在抽穗期 ） ， 籽粒形成过程中营养物质量 、转移 、 积累直接影响到籽粒品质 。 生产中 ， 常以作物中 、 后期控制氮肥施用以保证籽粒中蛋白质含量和氨基酸组成达到最优 。 o 瓜果类作物 ：瓜果类作物形成期是植株营养生长和生殖生长并行的时期 ， 因此营养水平对品质形成影响很大 。一般果实膨大期是其品质临界期 ， 同时这一时期也是产量临界期 。 生长上这时施肥 ， 可达到提高产量和改善品质的双重目的 。 o 叶菜类作物 ：以收获茎叶为主要目的的叶菜类作物 ，在茎叶旺长期常常是其品质形成关键时期 。 作物营养高效基因型与品质 植物在营养性状方面的基因型差异很早以前就引起了人们的注意。 1943年 Weiss就发现生长在石灰