植物營(yíng)養(yǎng)與農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)

植物營(yíng)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(biāo)產(chǎn)品的質(zhì)量。能夠最大限度地滿足人類對(duì)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(biāo)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(dòng)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(píng)價(jià)所決定的。 品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)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(yíng)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(jī)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(fèi)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(yīng)的程度； o 市場(chǎng)品質(zhì)：耐貯性 、 軟硬鮮嫩度 、 抗蒸發(fā) 、 抗霉變等市場(chǎng)要求的商品性質(zhì)的優(yōu)劣 。 一般來(lái)說(shuō)，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(duì)農(nóng)產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)、健康品質(zhì)、感官品質(zhì)、加工品質(zhì)以及市場(chǎng)品質(zhì)的影響是多方面的，且作用是綜合的 。 營(yíng)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(duì)性： 作物品質(zhì)受固有的遺傳特性決定； 特殊性： 不同營(yíng)養(yǎng)有各自特殊的作用，同等重要，不可替代的； 綜合性： 各營(yíng)養(yǎng)的綜合作用和營(yíng)養(yǎng)物與環(huán)境因子的綜合作用； 多重性：營(yíng)養(yǎng)物對(duì)品質(zhì)有正效應(yīng)、負(fù)效應(yīng)和零效應(yīng)。 促進(jìn)資源高效利用和生態(tài)環(huán)境保護(hù) 近年來(lái) ， 我國(guó)由于化學(xué)肥料 （ 尤其是氮肥 ） 的施用量大幅度增加 ， 導(dǎo)致環(huán)境問(wèn)題日趨嚴(yán)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(biāo)向 優(yōu)質(zhì)高產(chǎn) 轉(zhuǎn)變已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的當(dāng)務(wù)之急 。 因此 ， 研究營(yíng)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(jì)壓力 ， 緩解土壤 、 大氣 、 水體環(huán)境的污染 ，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中物質(zhì)的高效良性利用 ， 達(dá)到最大的經(jīng)濟(jì) 、 社會(huì)和生態(tài)效益 。 植物營(yíng)養(yǎng)施肥與農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)研究意義 促進(jìn)土壤農(nóng)化學(xué)科的發(fā)展 植物營(yíng)養(yǎng)施肥與農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)關(guān)系的研究是植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究的主要內(nèi)容之一 ， 它的研究將促進(jìn)土壤學(xué) 、 肥料學(xué) 、 農(nóng)業(yè)化學(xué)等學(xué)科的發(fā)展 。 促進(jìn)綠色食物鏈的構(gòu)建 所謂綠色食品，是指經(jīng)中國(guó)綠色食品發(fā)展中心認(rèn)定，無(wú)污染的安全、優(yōu)質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)類食品的統(tǒng)稱。它由農(nóng)業(yè)部 1990年提出，與國(guó)際上的生態(tài)食品、有機(jī)食品、自然食品等內(nèi)涵一致，均指限制生產(chǎn)過(guò)程中化學(xué)肥料、農(nóng)藥和其它化學(xué)物質(zhì)使用而生產(chǎn)出的食品，其中 AA級(jí)綠色食品的要求大大高于 A級(jí)。 AA級(jí)綠色食品 、 農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中禁止使用任何有害化學(xué)合成肥料；所有有機(jī)或無(wú)機(jī)肥料 ， 尤其是富含 N的肥料 ， 應(yīng)以對(duì)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(yíng)養(yǎng)與品質(zhì)關(guān)系 ， 為有效控制化肥等化學(xué)物質(zhì)過(guò)量進(jìn)入食物鏈 ，形成土壤作物人類生存的綠色食物鏈 ， 促進(jìn)人與自然的高度和諧 。 作物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的品質(zhì)效應(yīng) 作物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)包括無(wú)機(jī)物和有機(jī)物兩大類。無(wú)機(jī)物包括必需營(yíng)養(yǎng)元素和有益元素；有機(jī)物包括起直接作用的氨基酸和具有刺激作用的有機(jī)酸、維生素以及植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑。 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)對(duì)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(fù)合作用 。 直接作用 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)對(duì)作物品質(zhì)的直接作用是指營(yíng)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(yíng)養(yǎng)元素對(duì)作物品質(zhì)的間接作用是指通過(guò)其對(duì)作物體內(nèi)的生理生化過(guò)程的影響而實(shí)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(duì)植物體內(nèi)碳水化合物的影響最為明顯 。 P的主要營(yíng)養(yǎng)作用之一是促進(jìn)碳水化合物在作物體內(nèi)的運(yùn)輸 。 K被公認(rèn)為品質(zhì)元素 ， 但在植物體內(nèi)所有的有機(jī)化合物中幾乎都不含 K。 顯然 K對(duì)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(guò)對(duì)光合作用 、 營(yíng)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(duì)品質(zhì)有改善作用 ， 特別是對(duì)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(jìn)植物體內(nèi)糖的運(yùn)輸 ， B與蔗糖合成前體 “ 尿嘧啶二磷酸葡萄糖 ” 、 細(xì)胞膜透性 、 篩板上的胼胝 （ pinzhi)質(zhì)數(shù)量有關(guān) 。 單一作用 營(yíng)養(yǎng)元素對(duì)作物品質(zhì)的單一作用是指礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素本身作為品質(zhì)指標(biāo)時(shí) ， 對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的效應(yīng) 。 礦質(zhì)元素含量 作為指標(biāo)時(shí)有兩種情況 ， 一是對(duì)人和動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)必需的元素 ， 如 P、 K、 Ca、 Na、 Fe等；二是含量過(guò)多對(duì)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(yíng)養(yǎng)元素對(duì)植物的單一品質(zhì)效應(yīng) ， 從而改善作物礦質(zhì)成分品質(zhì) ， 提高其食用價(jià)值 。 對(duì)收獲籽粒的農(nóng)作物，試圖通過(guò)調(diào)控外界礦質(zhì)元素供應(yīng)（ K、 Zn），較大幅度地提高產(chǎn)品中相應(yīng)營(yíng)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(yùn)轉(zhuǎn)率低，受遺傳特性制約。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，當(dāng)土壤遭受重金屬污染時(shí)，采用施石灰、有機(jī)肥等措施，降低重金屬對(duì)作物的單一作用影響，以減緩或阻止重金屬進(jìn)入作物體內(nèi)。 復(fù)合作用 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)對(duì)作物品質(zhì)的復(fù)合作用是一個(gè)最普遍也是最為復(fù)雜的現(xiàn)象 。 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)對(duì)作物品質(zhì)的復(fù)合作用 ， 大致可分為正效應(yīng) 、 負(fù)效應(yīng)和零效應(yīng) 。 這些效應(yīng)是各種營(yíng)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(yíng)養(yǎng)元素的功能效應(yīng) 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和肥料工業(yè)發(fā)展 ， 人們已生產(chǎn)出多種必需營(yíng)養(yǎng)元素肥料和有益元素肥料 。 肥料中的營(yíng)養(yǎng)直接參與植株生長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)所需 ， 因此 ， 科學(xué)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(yíng)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(guò)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(guò)協(xié)調(diào)和改善作物生長(zhǎng)的外界環(huán)境條件 ，可以達(dá)到農(nóng)產(chǎn)品的優(yōu)良品質(zhì) 。 同時(shí) ， 肥料營(yíng)養(yǎng)對(duì)作物營(yíng)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(zhǎng)條件的限制 。 作物對(duì)某些礦質(zhì)養(yǎng)分的奢侈吸收 作物生長(zhǎng)環(huán)境中礦質(zhì)養(yǎng)分含量過(guò)高時(shí) ， 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(shí) （ 種子 ） 等器官中 ， 從而改變其營(yíng)養(yǎng)品質(zhì) 。 蔬菜生長(zhǎng)中 ， 氮肥 ， 尤其硝態(tài)氮施用較大時(shí) ， 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(xiàng)成功的措施 ， 大多數(shù)植物都有控制體內(nèi)元素含量的機(jī)制 。 隨著施肥量增加 ，植物性食品中的含鋅量可增加 。 在同時(shí)缺磷和鋅的土壤上重施磷肥 ， 會(huì)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(yíng)養(yǎng)特性與品質(zhì) 作物營(yíng)養(yǎng)差異性與品質(zhì) 作物階段營(yíng)養(yǎng)與品質(zhì) 作物營(yíng)養(yǎng)高效基因型與品質(zhì) 作物營(yíng)養(yǎng)差異性與品質(zhì) 作物 種類間 營(yíng)養(yǎng)特性與品質(zhì) 作物 品種間 營(yíng)養(yǎng)特性與品質(zhì) 作物種類間營(yíng)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(zhǎng)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(yíng)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(lái)源； 豆類可通過(guò)根瘤菌固氮，氮肥需少施； 氮肥施用量對(duì)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(duì)花生氮素農(nóng)學(xué)利用效率、內(nèi)部運(yùn)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(yíng)養(yǎng)價(jià)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(shù)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(yíng)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(lán) 型 1800 . 0 175.5 31.5 192.0 1: 0.2: 1.1 甘藍(lán) 型 2257 . 5 255.0 36.0 183.0 1 : 0.1 : 0.7 甘藍(lán) 型 2131 . 5 187.5 28.5 151.5 1: 0.2: 0.8 甘藍(lán) 型 1519 . 5 142.5 27.0 129.0 1: 0.2: 0.9 甘藍(lán) 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(gè)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(yíng)養(yǎng)與品質(zhì) 作物不同生育期營(yíng)養(yǎng)特性不同，影響產(chǎn)品品質(zhì) 作物生長(zhǎng)前期 : 主要苗期或營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期 作物中后期 : 往往營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)并行或以生殖生長(zhǎng)為主 果樹(shù)： 一年中早期抽枝、展葉，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累，氮磷營(yíng)養(yǎng)為主，因此施足基肥； 開(kāi)花座果后，進(jìn)入生殖生長(zhǎng)，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)向果實(shí)運(yùn)移，品質(zhì)形成， K、 Ca等營(yíng)養(yǎng)重要，要追施。 作物營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)臨界期 作物營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)臨界期是指作物形成收獲物 （ 莖 、葉 、 果實(shí) 、 籽粒 、 塊根等器官 ） 時(shí)體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)缺乏或過(guò)多對(duì)收獲物品質(zhì)影響最大的時(shí)期 ，也是作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培中施肥最關(guān)鍵的時(shí)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(fù)雜性 。 研究作物營(yíng)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(yíng)養(yǎng)研究領(lǐng)域 ， 深化植物營(yíng)養(yǎng)研究?jī)?nèi)容 。 研究作物營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)臨界期 ， 可以減少物質(zhì)投入量而獲得大量?jī)?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(kāi)展作物營(yíng)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(diǎn) ， 從而為實(shí)現(xiàn)人與自然高度協(xié)調(diào)共榮奠定基礎(chǔ) 。 作物營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)臨界期研究的原則 o 以作物基本營(yíng)養(yǎng)特性為基礎(chǔ) o 以栽培作物對(duì)主要品質(zhì)的要求 ， 即收獲目的為重點(diǎn) 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(guò)程中營(yíng)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(dá)到最優(yōu) 。 o 瓜果類作物 ：瓜果類作物形成期是植株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)并行的時(shí)期 ， 因此營(yíng)養(yǎng)水平對(duì)品質(zhì)形成影響很大 。一般果實(shí)膨大期是其品質(zhì)臨界期 ， 同時(shí)這一時(shí)期也是產(chǎn)量臨界期 。 生長(zhǎng)上這時(shí)施肥 ， 可達(dá)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(zhǎng)期常常是其品質(zhì)形成關(guān)鍵時(shí)期 。 作物營(yíng)養(yǎng)高效基因型與品質(zhì) 植物在營(yíng)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(zhǎng)在石灰