化肥与农产品质量问题.doc

化肥与农产品质量问题奚振邦上海市农业科学院土壤肥料研究所， 上海 201106化肥与农产品质量的关系，是我国持续大量使用化肥40年以来人们关心的热点问题之一。其中，最受关注的是食用农产品的质量和安全。这是一个还在向更深层次发展的问题。但就农产品质量的基本内涵而言，至少可以包括以下内容：1.农产品的直感品质。包括外观，如果实的色泽和光泽、花卉的鲜艳度；口感，如糖度和醇感；风味，如有否特色，是否浓郁等。2.食用农产品的营养价值。如粮、油、菜产品中的营养素含量和质量，包括蛋白质、氨基酸、脂肪、糖类、维生素、矿物质、纤维素等。 3.食用农产品的安全性。主要是指产品中那些可能危及人体健康的成分，如硝酸盐的含量，重金属毒物和农药的残留，是否含有过量的激素、禁用的添加剂等。4.农产品的贮运和加工品质。如新鲜农产品的贮藏、运输与货架期保鲜性能；纤维产品的纤维长度、强度和织染性能；油料产品的含油率、脂肪酸类型，以及是否适宜于罐藏、盐渍和脱水干制等。 5.人们食用农产品的长期影响。如长期食用烟、菜、咖啡所含的烟碱、茶碱、茶多酚、咖啡碱等对不同人群的累积影响。当前人们最关注的还是食用农产品，尤其关注产品的外观、口感、营养价值和毒物残留。如何评价农产品质量现状及化肥对其影响，是一个较为复杂的问题。首先，有关物种遗传与进化的基本生物学原理告诉我们，任何一种农产品质量的基本表现决定于遗传因素或基因。如在同一块田里，相同栽培条件下，种植几个不同品种的西瓜，成熟后采收的不同品种的瓜，彼此间糖度差异可能很大。同时，农产品质量也受到包括施用化肥在内的环境因素的影响。究竟施用化肥带给农产品质量多大影响？近年来我国媒体与消费者有很多抱怨。认为，化肥是某些农产品质量出现下降的“罪魁祸首”；而从事化肥的科技工作者又能列举一连串试验结果，证明科学施用化肥不仅不会降低农产品质量，而且在多数情况下，能提高农产品的质量。两者的差别究竟在哪里？能否把双方的视角调整后予以统一？对此，须从植物营养的某些基本原理说起。众所周知，健康的作物个体才能生产出健康而质量好的产品。营养不足或营养过剩，都会导致作物的不健康和降低其产品的质量。由于作物的营养器官（根、茎、叶）或生殖器官（花、果、实）都可能成为人们需要的农产品，因此，作物任何一个器官的营养不良或营养过剩，都可能导致其产品的质量问题。人们总是期望我们需要的那部分器官能长好、长多，收获高质量的产品与得到高的经济效益。因此，就往往会采用大量施肥的手段。而每株作物都是一个有生命的整体，无节制的施肥及增加产量的结果，往往带来产品质量的下降。就会出现明显的产品数量与质量的矛盾。例如，一个好品种西瓜，当每667m2产量在2.5t时，瓜的平均中心糖度可能达到13%，口感甜；而在大量不合理地增施化肥后，每667m2产量可能达到5t，坐果多而瓜形大，但平均中心糖度可能降到10%。消费者认为瓜的质量下降了，但瓜农认为，他的经济效益提高了。事实上，667m2地收获的可溶性糖总量的确高产的多。前者每667m2收获325kg糖，后者每667m2收获500kg糖。问题在于，能否通过平衡施肥和更科学的栽培方式，使西瓜产量能达到每667m245t，糖度则能稳定在12%13%，以解决产量和质量的矛盾。又如，对烤烟生产者来说，近几年控制烟碱（尼古丁）含量过高是一个突出问题。希望我国不同烟区，烟株的不同部位烟叶中的烟碱含量都能控制在1.5%2.5%。而影响烟叶中烟碱含量水平的最重要营养因素是氮肥的施用量或烟株吸收的氮素量。20世纪80年代以前，由于对烤烟主要施用饼肥和农家肥，不施或只施少量化肥，因此，烤烟普遍株形小，叶片薄，产量和烟叶中烟碱含量都低。美籍华裔学者左天觉博士在20世纪80年代评价中国烤烟生产时，几次指出烟株营养不良和烟叶中烟碱太低。为改变当时状况，国家和主要烟区的有关部门除采取更换良种等措施外，主要是通过增施肥料，特别是增施烟用复合肥料来改善烤烟营养，生产优质烟叶。至20世纪90年代，烤烟平均施氮（N）水平达到608Okg/hm2，甚至更多，在烟叶单产迅速增加的同时，烟碱含量也从较低水平提高到较高水平，以至出现部分烟叶（尤其是上部烟叶）因烟碱含量过高而无法为卷烟厂使用。因此，如何控制适宜的施肥量，掌握产品产量与质量的平衡点就显得十分重要。一般而言，低施肥量下作物表现为营养不良，植株不健康。此时如增施肥料，作物的产量和质量就可能同时提高；而当施肥过量，达到产量增加的潜力限度时，作物过多吸收的养分，就成了一种奢侈吸收，既造成养分浪费，也可能对质量产生负面影响。例如，作者和同事于1976-1979年完成的一组早稻施氮量试验，结果表明，当施氮量高于112.5kg/hm2时，尽管吸氮量增加，但对产量已无作用，可能一部分氮用于提高谷粒中的蛋白质，其余属奢侈吸收（图1）。表1是一组不同施氮水平对烤烟初烤叶产量和品质影响的试验结果。在每公顷施氮609Okg的范围内，烟叶产量和质量都随施量增加而有所提高。(图：图1 施氮量与早稻产量和吸氮量的关系)(表：表1 不同施氮水平对烟叶产量和质量的影响(1990-1992) )施氮水平(kg/hm2)烟呈产量(kg/hm2)初烤叶(中3级)品质蛋白质(%)总糖(%)还原糖(%)烟碱(%)糖/碱K(%)Cl(%)K/Cl(%)施木克值601732.58.0619.916.51.2216.52.460.544.62.47751840.510.516.215.41.2512.92.740.634.31.63901912.59.617.416.11.710.42.940.585.11.8注释：注：作者研究资料，表内数据系412个点的平均数。 烟叶品种NC82，肥料中N:P2O5:K2O为1:1.1:2.1。孙昭荣等研究表明，在一定施氮量范围内（112.522.5kg/hm2），小麦产量与粗蛋白质含量同时提高。但施氮量增至450kg/hm2时，产量出现下降，体内含量则仍有一定上升（对增产无效，属奢侈性吸氮）（表2）(表：表2 不同氮磷肥施用量对小麦产量和吸氮量影响 )N、P2O5(kghm2)粗蛋白质产量NP2O5%相对kg/hm2相对（%）0011.71002520100112.59014.312232701302259014.6125377515045090-2768110注释：注：引自施肥环境学术讨论会文集(PPIC等 1994)。下面分析和探讨一下化肥养分对农产品质量的影响问题。从现有大量化肥肥效试验结果中可以看出，肥料对作物产量质量的影响，至少有以下几个特点。1. 施肥量与营养元素的配合不同，对作物产量和产品质量的影响也不同。这是因为要获得较高质量的作物产量，要以较健康的作物植株和较高的生物产量为基础。因而一般在低施肥量阶段，作物的产量和产品质量大都随施肥量增加而提高（表1），当施肥量达到一定水平，继续增加施肥量，谋求更高产量时，其产品质量的增长曲线便会先于产量增长曲线开始下降（图2）。于是便出现质量增长曲线与产量增长相交的一点，如图上Q点。此点可以认为是作物的产量质量都属较好的平衡点。由这点下垂至横坐标，大体在D点，可主为是较适中的施肥量点。但实际生产中，由于产量高低直接影响经济效益，因施肥量可能远高于D点，就可能带来一定的产品质量问题。(图：图2 不同氮磷肥施用量对小麦产量和吸氮量影响)实际上，由于生产条件、作物种类和施肥措施的不同，达到作物产量和质量都较好时，不可能恰好在平衡点，而可能是一个区间或面积较大的区域。这里分别以增施单一养分（如只增加氮用量）和增施多元养分（NPK等平衡施肥）为例说明。在上述两种施肥条件下，即使是对同一种作物，同样生产条件，获得作物产量与质量均满意的平衡点也会不一样。显然在平衡施肥条件下，可能于较高的产量质量时达到平衡。而增施单一养分条件下，则在较低产量时达到平衡。若将两种情况绘制成示意图，可见到图上两条曲线上的两个平衡点（A和B）。如分别以虚线与代表质量的纵坐标和代表产量的横坐标相连，可形成一个由两条虚线包围的区域。这个区域可以看成是对作物产量和质量都控制得较好，能使多数人满意的平衡区域（图3）。如果生产条件好，施肥量和控制水平均较高，则作物的产量和质量可能都接近最高的平衡点；反之，则可能落在较低的平衡区域内。(图：图3 施肥量对农产品产量和质量的影响(示意)1.化肥养分对作物营养器官产品（根、茎、叶）的影响， 常大于对生殖器官产品（花、果、实）的影响。这在应用单一养分对生育期较短的作物进行试验时尤其明显。如韩永兰（1996）为提高蔬菜产品中的含锌量，对不同蔬菜在相同施肥条件下，基施硫酸锌每667m22kg，测定收获的可食产品中含锌量。结果表明，食用营养器官（叶）产品中的锌比不施锌对照平均增加达45.2%；而食用生殖器官产品（花、果），比对照仅增加22.8%（表3）。 (表：表3 施用锌肥对几种蔬菜含锌量的影响 )品种含锌量（Zn，mg/kg鲜基）施锌增加未施锌施锌mg/kg%番茄2.463.045.823.6黄瓜1.581.93.421.5茄子2.743.396.523.8菜花2.843.476.322.2平均22.8甘蓝1.732.447.141白菜4.827.223.849.4平均45.2浙江大学陈有亮博士（1999，博士论文），曾利用营养器官能累积（富集）养分的这一特点。试验以硫酸锌（ZnS04?H20）施于两种采集营养体的作物青菜和青蚕豆（收获植株而非荚果），分别使其积累锌高达709mg/kg和490mg/kg鲜重。然后用其作为青饲料喂饲蛋鸭，以250mg/kg和500mg/kg水平饲喂下，所产鸭蛋的蛋黄含锌量，分别较对照提高48.7%和107.8%，锌含量达到63mg/kg和83mg/kg，有望生产一种富锌鸭蛋。卢善玲等（1990）报告，施用5种氮肥对32种蔬菜积累硝酸盐的影响进行试验。结果表明，在高施氮水平（450675kg/hm2）并配施磷钾肥下，硝酸盐在营养器官产品中的积累，远高于在生殖器官产品中的积累（表4）(表：表4 若干蔬菜产品的硝酸盐含量 )蔬菜类型代表品种NO-3-N含量范围(mg/kg)果菜类黄瓜、番茄、茄子200500根菜类萝卜、胡萝卜20002500叶菜类苋菜、雪里蕻25003000而且，对易积累硝酸盐的叶菜，追施氮肥的时间越晚，（越临近收获期），对产品积累硝酸盐的影响越大。如对小青菜，分别在收获前4d、9d和14d追施氮肥，其收获产品中的NO3-N含量分别为4022mg/kg（125%）；3620mg/kg（112%）和3223mg/kg（100%）。这是因为晚吸入植株的氮大多来不及转化，而主要以NO3-N形式贮存于体内。2.增施一种或两种养分，对作物产品某些质量指标的影响常比增施多种养分明显。因而要控制和提高农产品的整体质量，需要充分发挥多种养分平衡施肥的作用。表5反映出单一氮素对玉米赖氨酸含量的影响最大，可提高22%，提高粗蛋白质14%；而N与P或K配施，提高赖氨酸在10%左右，而对粗蛋白质含量的影响较大，可提高约20%；当NPK三种养分配施时，赖氨酸和粗蛋白质的含量分别可提高15%左右，较为平衡。(表：表5 NPK养分对玉米品质的影响 )处理粗蛋白质赖氨酸%相对（%）%相对（%）CK（无肥）8.661000.32100N9.841140.39122NP10.391200.36113NK10.691230.35109NPK10.151170.36113表6 是施肥对早稻谷品质影响的类似结果。增施碳酸氢铵单一氮肥，提高谷粒中粗蛋白质和氨基酸总量分别达到30%和40%，提高赖氨酸等重要氨基酸含量60%70%；而施用有机肥（猪厩肥）分别提高粗蛋白质、氨基酸总量和赖氨酸等6种氨基酸为7%、15%、 和20%40%。(表：表6 施用碳酸氢铵对稻谷品质的影响 )处理粗蛋白质(%)氨基酸含量(%)总量天门冬氨酸谷氨酸丙氨酸赖氨酸组氨酸精氨酸无肥8.048.080.8111.110.4460.2670.1360.563有机肥(猪厩肥)30t/hm28.619.30.9011.650.6410.3770.1590.783碳酸氢铵900kg/hm210.511.41.081.970.7410.4220.2160.95处理粗蛋白质(%)氨基酸相对(%)无肥100100100100100100100100有机肥(猪厩肥)30t/hm2107115111149144141117139碳酸氢铵900kg/hm2130141133177166158159169注释：注：上海市农业科学院中心实验室测定报告(1985)。作者及其同事在蔬菜上完成的大量试验材料（1983-1989）表明，NPK配施，不仅产量提高较多，而且有利于提高吸氮量和相应的粗蛋白质含量。表7是春番茄和春甘蓝的试验结果。(表：表7 施肥对两种蔬菜产量和产品含氮的影响 )作物处理产量(t/hm2)产量含氮作物处理产量(t/hm2)产量含氮N(%)粗蛋白质(%)N(%)粗蛋白质(%)春无肥2.711.449春无肥2.821.6410.3PK2.581.428.9PK3.611.459.1番NK4.441.7711.1甘NK4.72.1213.3NP4.011.8311.4NP5.042.1613.5茄NPK4.511.9412.1蓝NPK5.052.5716.1注释：注：产量为商品鲜重，含氮量为干基%，折鲜基%时约为干基%的1/20。NPK平衡施肥还能提高茄果类蔬菜的优质产品率，减少畸果数（表8）。(表：表8 施肥状况对黄瓜畸果率的影响 )施肥畸果状况幅度平均畸果率(%)相对(%)单施N(CK)33.037.633.59.3100NPK配施3.515.29.24.526.1增施磷钾养分，同样对不同作物的增产、提高抗逆性、提高产量质量的作用。例如增施磷肥能提高冬小麦的抗寒力，提高低温-10下越冬成活率，增加大豆的产量与优质种子比例（表9）。增施钾素，一般在适宜的用量范围内，对作物产量和产品质量均有促进作用。如对红辣椒产量与维生素C含量，马铃薯的产量与淀粉含量有促进作用（表10）。(表：表9 施磷对冬小麦越冬成活率及大豆产量、质量的影响 )作物施磷量P2O5(kg/hm2)越冬成活率(%)作物施磷量P2O5(kg/hm2)产量(t/hm2)优质种子(%)发芽率(%)冬小麦043大豆02.15708522591352.768095455990063注释：注：引自PPI编磷与农业。(表：表10 增施钾素对红辣椒和马铃薯产质量的影响 )作物施磷量P2O5(kg/hm2)产量(t/hm2)维生素C(mg/kg)作物施钾量K2O(mg/hm2)产量(t/hm2)淀粉(%)红辣椒07.81950马铃薯032.516.867.516.622205038.317.313524239010043.217.427029.5251015044.517.6注释：注：引自PPI和PPIC编钾与农业。由于钾素对多种作物产品质量有良好作用，故常被称作“品质元素”。在较高施肥水平，特别是施氮量高的状况下，施钾的作用更为明显，国内外对此有大量的研究资料，在此不一一介绍了。与NPK养分的效应相似，在一定条件下施用微量营养元素，对作物产品的质量也有良好影响。如锰、锌、钼对棉花（表11），铁对柑橘（表12）以及硼对油菜籽品质的影响（表13）等。(表：表11 微肥对棉花若干品质指标的影响 )测定项目对照锰肥锌肥钼肥铃重(g)4.24.64.74.8衣分(%)39.340.840.240.1纤维长度(mm)29.730.530.530.3衣指(g)6.57.67.27.1籽指(g)910.710.410.8注释：注：引自吴求亮、杨玉爱等主编，微量元素与生物健康，2000。(表：表12 铁肥对柑橘果实品质的影响 )测定项目缺铁(失绿)树施用铁肥活性铁(mg/kg)1247.8可溶性固形物(%)912.5总酸度(%)1.51.35总糖量(%)2.627.3可溶性糖(%)1.511.83注释：注：引自吴求亮、杨玉爱等主编，微量元素与生物健康，2000。(表：表13 硼对油菜产量和菜籽品质的影响 )处理产量(kg/hm2)脂肪(%)硫甙总量(mol/g)芥酸(%)必需氨基酸(10/g)油菜品系不施硼108641.615.534.482.384-1施硼127542.110.3