植物營養(yǎng)與農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)

植物營養(yǎng)與農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì) 作物品質(zhì)： 人類需要的農(nóng)作物目標產(chǎn)品的質(zhì)量。能夠最大限度地滿足人類對各種產(chǎn)品質(zhì)量要求的作物產(chǎn)品稱為優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品。 農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)： 指農(nóng)業(yè)生產(chǎn)目標產(chǎn)品的質(zhì)量，包括較大的范圍，包括農(nóng)作物產(chǎn)品和動物性產(chǎn)品的品質(zhì)。 引言 農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)由諸多方面綜合評價所決定的。 品質(zhì)標準很大程度上取決于農(nóng)產(chǎn)品被利用的目的。 例如用于制造啤酒和用于飼料的大麥品質(zhì)要求是不同的。馬鈴薯用于工業(yè)淀粉生產(chǎn)和直接食用也不一樣。 o 營養(yǎng)品質(zhì)：人體所必需的碳水化合物 、 蛋白質(zhì) 、 脂肪 、氨基酸 、 維生素等成分含量的大?。?o 健康品質(zhì)：與人體疾病 （ 抗病 、 致病 ） 有關(guān)的礦質(zhì)元素及污染之重金屬元素 ， 與保健有益的有機成分和有害的農(nóng)藥殘留量之多寡；影響人體健康的致病菌數(shù)量； o 感官品質(zhì)：食品的色 、 香 、 味 、 氣和外觀形狀給消費者的愉悅感； o 加工品質(zhì)：與碾磨 、 脫粒 、 烘烤 、 釀造 、 整形 、 包裝 、分類等產(chǎn)后加工工藝相適應的程度； o 市場品質(zhì)：耐貯性 、 軟硬鮮嫩度 、 抗蒸發(fā) 、 抗霉變等市場要求的商品性質(zhì)的優(yōu)劣 。 一般來說，農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)包括以下因子： 農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)影響因素 主要是遺傳品質(zhì)，由作物基因決定，育種是提高品質(zhì)的重要途徑； 外界環(huán)境因素： 養(yǎng)分供給 、土壤性質(zhì)、氣候、管理； 施肥 對農(nóng)產(chǎn)品營養(yǎng)品質(zhì)、健康品質(zhì)、感官品質(zhì)、加工品質(zhì)以及市場品質(zhì)的影響是多方面的，且作用是綜合的 。 營養(yǎng)物質(zhì)調(diào)控作物品質(zhì)的可能性 客觀性： 客觀存在的，如施氮提高蛋白質(zhì)含量； 相對性： 作物品質(zhì)受固有的遺傳特性決定； 特殊性： 不同營養(yǎng)有各自特殊的作用，同等重要，不可替代的； 綜合性： 各營養(yǎng)的綜合作用和營養(yǎng)物與環(huán)境因子的綜合作用； 多重性：營養(yǎng)物對品質(zhì)有正效應、負效應和零效應。 促進資源高效利用和生態(tài)環(huán)境保護 近年來 ， 我國由于化學肥料 （ 尤其是氮肥 ） 的施用量大幅度增加 ， 導致環(huán)境問題日趨嚴重 。 隨著人民生活水平的提高 ， 以及糧食產(chǎn)量的不斷增加 ， 合理調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu) ， 從以 單一高產(chǎn) 為目標向 優(yōu)質(zhì)高產(chǎn) 轉(zhuǎn)變已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的當務之急 。 因此 ， 研究營養(yǎng)施肥與農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的關(guān)系 ， 可為減少化肥投入 ， 減輕化肥生產(chǎn)投資的經(jīng)濟壓力 ， 緩解土壤 、 大氣 、 水體環(huán)境的污染 ，促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中物質(zhì)的高效良性利用 ， 達到最大的經(jīng)濟 、 社會和生態(tài)效益 。 植物營養(yǎng)施肥與農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)研究意義 促進土壤農(nóng)化學科的發(fā)展 植物營養(yǎng)施肥與農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)關(guān)系的研究是植物營養(yǎng)學研究的主要內(nèi)容之一 ， 它的研究將促進土壤學 、 肥料學 、 農(nóng)業(yè)化學等學科的發(fā)展 。 促進綠色食物鏈的構(gòu)建 所謂綠色食品，是指經(jīng)中國綠色食品發(fā)展中心認定，無污染的安全、優(yōu)質(zhì)、營養(yǎng)類食品的統(tǒng)稱。它由農(nóng)業(yè)部 1990年提出，與國際上的生態(tài)食品、有機食品、自然食品等內(nèi)涵一致，均指限制生產(chǎn)過程中化學肥料、農(nóng)藥和其它化學物質(zhì)使用而生產(chǎn)出的食品，其中 AA級綠色食品的要求大大高于 A級。 AA級綠色食品 、 農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中禁止使用任何有害化學合成肥料；所有有機或無機肥料 ， 尤其是富含 N的肥料 ， 應以對環(huán)境和作物品質(zhì)不產(chǎn)生不良后果的方法使用；允許使用的主要肥料種類有秸稈還田 、 綠肥 、 沼氣液 、 微生物肥料等 。 因此 ， 研究營養(yǎng)與品質(zhì)關(guān)系 ， 為有效控制化肥等化學物質(zhì)過量進入食物鏈 ，形成土壤作物人類生存的綠色食物鏈 ， 促進人與自然的高度和諧 。 作物營養(yǎng)物質(zhì)的品質(zhì)效應 作物生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)包括無機物和有機物兩大類。無機物包括必需營養(yǎng)元素和有益元素；有機物包括起直接作用的氨基酸和具有刺激作用的有機酸、維生素以及植物生長調(diào)節(jié)劑。 營養(yǎng)物質(zhì)對作物品質(zhì)的作用主要表現(xiàn)在直接作用 、 間接作用 、 單一作用和復合作用 。 直接作用 營養(yǎng)物質(zhì)對作物品質(zhì)的直接作用是指營養(yǎng)物質(zhì)直接參與品質(zhì)成分的組成。氮與植物體內(nèi)一系列含氮化合物的關(guān)系，含氮化合物通常作為作物的品質(zhì)成分。如：氨基酸、蛋白質(zhì)、維生素（ B1、 B2、 B6）煙堿、茶堿等。 間接作用 營養(yǎng)元素對作物品質(zhì)的間接作用是指通過其對作物體內(nèi)的生理生化過程的影響而實現(xiàn)的 ， 例如籽粒與貯藏器官中的碳水化合物及糖分含量與植物光合作用的效率 、同化產(chǎn)物向貯存器官中的轉(zhuǎn)移都有密切關(guān)系 。 P、 K、 B等對植物體內(nèi)碳水化合物的影響最為明顯 。 P的主要營養(yǎng)作用之一是促進碳水化合物在作物體內(nèi)的運輸 。 K被公認為品質(zhì)元素 ， 但在植物體內(nèi)所有的有機化合物中幾乎都不含 K。 顯然 K對作物品質(zhì)的作用是一種間接的作用 ， 這種間接作用是以調(diào)節(jié)作物體內(nèi)多種酶活性為基礎(chǔ) ， 通過對光合作用 、 營養(yǎng)物質(zhì)的吸收代謝調(diào)節(jié) ， 影響作物收獲物的品質(zhì) 。 B在植物體內(nèi)對品質(zhì)有改善作用 ， 特別是對油料作物種子含油量和糖料作物糖分含量有明顯提高作用 。 其原因之一是 B促進植物體內(nèi)糖的運輸 ， B與蔗糖合成前體 “ 尿嘧啶二磷酸葡萄糖 ” 、 細胞膜透性 、 篩板上的胼胝 （ pinzhi)質(zhì)數(shù)量有關(guān) 。 單一作用 營養(yǎng)元素對作物品質(zhì)的單一作用是指礦質(zhì)營養(yǎng)元素本身作為品質(zhì)指標時 ， 對產(chǎn)品質(zhì)量的效應 。 礦質(zhì)元素含量 作為指標時有兩種情況 ， 一是對人和動物營養(yǎng)必需的元素 ， 如 P、 K、 Ca、 Na、 Fe等；二是含量過多對人類有害的礦質(zhì)礦質(zhì)元素 ， 如 Al、 Pb、 As、 Cd等 。 在石灰性紫色土上種植的蔬菜 （ 小白菜 、 萵筍 ） ， 含鈣量大大高于酸性紫色土 ， 是利用營養(yǎng)元素對植物的單一品質(zhì)效應 ， 從而改善作物礦質(zhì)成分品質(zhì) ， 提高其食用價值 。 對收獲籽粒的農(nóng)作物，試圖通過調(diào)控外界礦質(zhì)元素供應（ K、 Zn），較大幅度地提高產(chǎn)品中相應營養(yǎng)成分的含量而往往效果不明顯，其原因是這些元素的運轉(zhuǎn)率低，受遺傳特性制約。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，當土壤遭受重金屬污染時，采用施石灰、有機肥等措施，降低重金屬對作物的單一作用影響，以減緩或阻止重金屬進入作物體內(nèi)。 復合作用 營養(yǎng)物質(zhì)對作物品質(zhì)的復合作用是一個最普遍也是最為復雜的現(xiàn)象 。 營養(yǎng)物質(zhì)對作物品質(zhì)的復合作用 ， 大致可分為正效應 、 負效應和零效應 。 這些效應是各種營養(yǎng)物質(zhì)之間的多重作用或迭加作用的綜合表現(xiàn) 。 施肥調(diào)控農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的理論基礎(chǔ) 植物必需營養(yǎng)元素的功能效應 現(xiàn)代科學技術(shù)和肥料工業(yè)發(fā)展 ， 人們已生產(chǎn)出多種必需營養(yǎng)元素肥料和有益元素肥料 。 肥料中的營養(yǎng)直接參與植株生長發(fā)育或調(diào)節(jié)植株新陳代謝 。 植物產(chǎn)量和品質(zhì)的形成 ， 需要生長環(huán)境中有充足的功能養(yǎng)分供給 ，而土壤中養(yǎng)分不可能滿足作物生長所需 ， 因此 ， 科學施肥可以調(diào)節(jié)作物養(yǎng)分得到最佳供給 ， 提高作物品質(zhì) 。 作物品質(zhì)存在遺傳變異性 作物營養(yǎng)品質(zhì)特性由植物本身遺傳基因和外界環(huán)境條件共同決定的 。 前者主要通過雜交 、 轉(zhuǎn)基因等手段等到改良 ， 而后者包括溫度 、 水分 、 光照 、 施肥 、 土壤等因素 。 通過協(xié)調(diào)和改善作物生長的外界環(huán)境條件 ，可以達到農(nóng)產(chǎn)品的優(yōu)良品質(zhì) 。 同時 ， 肥料營養(yǎng)對作物營養(yǎng)品質(zhì) 、 感官品質(zhì)等的影響具有明顯的局限性 ， 它受到作物本身遺傳特性和其它生長條件的限制 。 作物對某些礦質(zhì)養(yǎng)分的奢侈吸收 作物生長環(huán)境中礦質(zhì)養(yǎng)分含量過高時 ， 植株體內(nèi)易產(chǎn)生累積現(xiàn)象 ， 礦質(zhì)養(yǎng)分的這種累積可發(fā)生在植物根 、莖 、 葉 、 果實 （ 種子 ） 等器官中 ， 從而改變其營養(yǎng)品質(zhì) 。 蔬菜生長中 ， 氮肥 ， 尤其硝態(tài)氮施用較大時 ， 葉菜類中奢侈吸收較多的硝酸鹽 ， 降低其食用品質(zhì) 。 增加某種元素施用量可以有效地增加植物性食品中這種元素的含量 ， 但這并不是一項成功的措施 ， 大多數(shù)植物都有控制體內(nèi)元素含量的機制 。 隨著施肥量增加 ，植物性食品中的含鋅量可增加 。 在同時缺磷和鋅的土壤上重施磷肥 ， 會加劇鋅缺乏 ， 顯著降低食品中鋅含量；而磷鋅配施 ， 增加產(chǎn)量和產(chǎn)品中鋅含量 。 作物營養(yǎng)特性與品質(zhì) 作物營養(yǎng)差異性與品質(zhì) 作物階段營養(yǎng)與品質(zhì) 作物營養(yǎng)高效基因型與品質(zhì) 作物營養(yǎng)差異性與品質(zhì) 作物 種類間 營養(yǎng)特性與品質(zhì) 作物 品種間 營養(yǎng)特性與品質(zhì) 作物種類間營養(yǎng)特性與品質(zhì) 禾谷類作物 水稻、小麥、玉米： 籽粒是淀粉類物質(zhì) 水稻：生長前期以銨氮較好，生育后期需一定比例硝氮，尤其雜交水稻；需鈣、硅等； 小麥：氮營養(yǎng)以硝氮為主； 豆類作物 大豆、蠶豆、豌豆、綠豆等； 富含蛋白質(zhì)，其氨基酸組成合理，是人類所需蛋白質(zhì)的重要來源； 豆類可通過根瘤菌固氮，氮肥需少施； 氮肥施用量對花生乙炔還原活性的影響 施氮量 Rate of N application (kg.hm-1) 氮素農(nóng)藝效率 AE 氮素內(nèi)部分配效率 IE 收獲指數(shù) 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 施氮量對花生氮素農(nóng)學利用效率、內(nèi)部運轉(zhuǎn)效率、收獲指數(shù)和氮素回收效率的影響 單位施氮量被作物吸收的百分比和施入肥料氮的增產(chǎn)效果 油料作物：油菜、花生、芝麻、向日葵等 種子富含脂肪和蛋白質(zhì)；種類不同，品質(zhì)成分也不同 油脂中脂肪酸組分不同，營養(yǎng)價值變化較大 幾種油料作物種子的成分 作物 脂肪 蛋白質(zhì) 粗纖維 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 - - - 葉用作物：煙草、茶葉、桑樹等 煙葉燃燒，需較多鉀；要求鉀、總糖高，蛋白質(zhì)低，氮 適量，喜硝 茶葉浸泡，要求茶氨酸、兒茶酚較高，與煙葉氮、鉀需 求相反；喜銨 作物品種間營養(yǎng)特性與品質(zhì) 不同類型油菜產(chǎn)量、吸收養(yǎng)分的數(shù)量和比例 kg/ha 油菜 類型 產(chǎn)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 甘藍 型 1800 . 0 175.5 31.5 192.0 1: 0.2: 1.1 甘藍 型 2257 . 5 255.0 36.0 183.0 1 : 0.1 : 0.7 甘藍 型 2131 . 5 187.5 28.5 151.5 1: 0.2: 0.8 甘藍 型 1519 . 5 142.5 27.0 129.0 1: 0.2: 0.9 甘藍 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個品系稻米中 N含量的變化 不同品種稻米鈣含量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品種系列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品種系列Fe含量mg/kgFe 作物階段營養(yǎng)與品質(zhì) 作物不同生育期營養(yǎng)特性不同，影響產(chǎn)品品質(zhì) 作物生長前期 : 主要苗期或營養(yǎng)生長期 作物中后期 : 往往營養(yǎng)生長與生殖生長并行或以生殖生長為主 果樹： 一年中早期抽枝、展葉，營養(yǎng)物質(zhì)積累，氮磷營養(yǎng)為主，因此施足基肥； 開花座果后，進入生殖生長，營養(yǎng)物質(zhì)向果實運移，品質(zhì)形成， K、 Ca等營養(yǎng)重要，要追施。 作物營養(yǎng)品質(zhì)臨界期 作物營養(yǎng)品質(zhì)臨界期是指作物形成收獲物 （ 莖 、葉 、 果實 、 籽粒 、 塊根等器官 ） 時體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)缺乏或過多對收獲物品質(zhì)影響最大的時期 ，也是作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培中施肥最關(guān)鍵的時期 。品質(zhì)臨界期因作物種類或栽培目的不同而異 ，所以 ， 調(diào)控作物品質(zhì)的農(nóng)業(yè)措施具有很大的特殊性和復雜性 。 研究作物營養(yǎng)品質(zhì)臨界期 ， 可為肥料高效利用 、防止生態(tài)環(huán)境污染提供理論依據(jù) ， 從而拓展植物營養(yǎng)研究領(lǐng)域 ， 深化植物營養(yǎng)研究內(nèi)容 。 研究作物營養(yǎng)品質(zhì)臨界期 ， 可以減少物質(zhì)投入量而獲得大量優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品 ， 提供人類高質(zhì)量生存所需的重要物質(zhì)基礎(chǔ) 。 深入開展作物營養(yǎng)品質(zhì)臨界期研究 ， 可以揭示自然界植物轉(zhuǎn)化外源物質(zhì)的基本特點 ， 從而為實現(xiàn)人與自然高度協(xié)調(diào)共榮奠定基礎(chǔ) 。 作物營養(yǎng)品質(zhì)臨界期研究的原則 o 以作物基本營養(yǎng)特性為基礎(chǔ) o 以栽培作物對主要品質(zhì)的要求 ， 即收獲目的為重點 o 以因地制宜的綜合農(nóng)藝措施為保證 o 禾谷類作物： 以收獲籽粒為目的 ， 籽粒品質(zhì)成分主要是淀粉和蛋白質(zhì) 。 其品質(zhì)臨界期一般在籽粒形成期（ 如水稻在抽穗期 ） ， 籽粒形成過程中營養(yǎng)物質(zhì)量 、轉(zhuǎn)移 、 積累直接影響到籽粒品質(zhì) 。 生產(chǎn)中 ， 常以作物中 、 后期控制氮肥施用以保證籽粒中蛋白質(zhì)含量和氨基酸組成達到最優(yōu) 。 o 瓜果類作物 ：瓜果類作物形成期是植株營養(yǎng)生長和生殖生長并行的時期 ， 因此營養(yǎng)水平對品質(zhì)形成影響很大 。一般果實膨大期是其品質(zhì)臨界期 ， 同時這一時期也是產(chǎn)量臨界期 。 生長上這時施肥 ， 可達到提高產(chǎn)量和改善品質(zhì)的雙重目的 。 o 葉菜類作物 ：以收獲莖葉為主要目的的葉菜類作物 ，在莖葉旺長期常常是其品質(zhì)形成關(guān)鍵時期 。 作物營養(yǎng)高效基因型與品質(zhì) 植物在營養(yǎng)性狀方面的基因型差異很早以前就引起了人們的注意。 1943年 Weiss就發(fā)現(xiàn)生長在石灰