硅肥在水稻上的应用(上）
(2007-08-05 14:27:19)
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分类：硅肥的生产和应用
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科学技术
蔡德龙
植物营养
一．化学肥料发展历史
肥料是作物的“粮食”，根据联合国发表的数据化学肥料对农业生产贡献率在40-60%，我国大概做50%左右。
我国化学肥料利用率在30%，发达国家化学肥料利用率60%。
1．肥料分类
肥料的定义：用以调节植物与土壤间养分供需矛盾，为植物生长提供良好营养环境的物料。
肥料可以分为直接肥料和间接肥料。
（1）直接肥料；含有植物必需的营养元素，对植物具有直接营养作用的一类肥料。
又可以分为有机肥（绿肥，人粪尿）；无机肥料（矿质肥料）两大类。
①有机肥：来源于植物或者动物如粪尿、堆肥、厩肥、绿肥、秸秆肥、城镇垃圾肥、饼肥、沼气肥、腐类植酸肥料等。
②无机肥料（矿质肥料或者叫化学肥料）：是标明养分量呈无机盐形式的肥料。
又可以分为单质肥料、复混肥料、缓释肥料。
I．单质肥料是供应一种植物必需营养元素为主的肥料，如：氮肥、，磷肥、，钾肥，、微量元素肥料、钙肥、硅肥、镁肥、硫肥等。
II．复混肥料是含有两种或者两种以上营养元素的肥料。
III．缓释肥料是某种特有的化合物或者物理状态，能在一定时间内为植物持续吸收利用的肥料。
（2）间接肥料；系用来调节土壤酸碱度，改良土壤结构，改善土壤理化性质、生物化学性质、或调节植物生长发育为主要功能的肥料。
如石膏、石灰、微生物肥料、植物生长调节剂等。
2．化学肥料发展历史
1840年，德国农业化学家李比西（Justus von Liebig May 12,1803–April 18 1873）出版了《化学在农业和植物生理学上的应用》一书，提出著名的矿物营养学说，阐明植物是以矿物质作为原始营养给源（以前认为腐殖质是植物唯一的营养给源），植物吸收的矿物质元素，为其生长和形成产量所必需。
当时提出植物需要氮、硫、磷、钾、钙、镁、硅、钠及铁等营养元素，都是以盐的形态从土壤中吸收的。
多数土壤提供的养料不足以维持植物正常生
长，通过施肥可以补充土壤养料不足。
植物的养料必须以施肥的形式归还土壤，否则土壤将变得贫瘠，这就是著名的“归还学说”奠定了现代化学（肥料）工业基础。
实际上李比西已提出了“最小养分律”，就是通俗说“木桶理论”，它是植物营养元素之间不可代替性的必然结果，其中心思想为植物产量的高低取决于相对最缺乏的一种营养元素。
如果处于限制因子位置的营养元素得不到满足，即使增加其他种类营养元素也不能增加产量，为我们平衡施肥提供了理论依据。
1939年阿农（Arnon,D.I）和史托特(Stour,P.R)提出判断植物必需矿质元素的三条标准为：缺乏该元素不能完成其生命周期；该元素的功能不可替代性；该元素必须直接参与植物的新陈代谢。
至1954年已确定16种符合上述标准的高等植物营养元素。
2002年，日本举行的《农业中的硅》国际学术讨论会上，美国著名植物营养学家爱普斯坦（Emanuel Epstein 1916年出生）作了“植物营养中的硅”的主题报告。
他说：1939年以前，不存在何为必需元素(essential element)、何为营养元素(nutrient)的正式定义（Epstein,1999,2000）。
在1939年，阿农（Arnon）和斯托特(Stout)发表了一篇论文，讨论了铜可以作为一种“微量营养元素”。
在这一年里，发布了必需元素的正式定义，这一定义几乎得到了普遍的认可。
从以下的各项讨论可以得出结论：此种定义应当舍弃。
此种定义为，某一元素可认为是必需元素要具备以下三个标准：(a) 缺乏这种元素将使植物不可能完成其生命周期的生长或再生阶段；(b) 诸如此类的营养素缺乏症是针对这种元素的，而且，通过供应此种元素就能够防止或者纠正此类营养素缺乏症；(c) 此种元素直接参与植物的营养学过程，而且，要把此种元素在改善土壤或其它培养介质的不良微生物条件或者化学条件的过程中所可能产生的效用严格地区分开来。
定义的第一部分(a)是不正确的，这一点很容易看出来。
显然地，许多植物尽管缺乏某些营养素，它们却仍然能够完成它们生命周期之中的生长或再生过程。
例如，最近许多学者证明，果树中锰的缺乏现象。
所研究的果树毫无疑问缺锰，出现“症候学”方面的证据（果树叶片中锰含量的状况），而且，在添加锰元素之后可出现正向反应。
这些果树长势差、水果产量低。
然而，在这种缺乏营养素的状态之下，这些果树仍然生长了很多年。
就几乎任何一种基本元素以及大量的野生植物和作物而言，我们均可以发现与上相似的实例。
所以，阿农（Arnon）—斯托特（Stout）定义中的标准（a）是无效的。
标准(b)详细地说明了“缺乏状态”是针对这一元素的，即，没有其它的元素能够代替这一元素。
但是，用另一元素代替这一元素意味着我们所探讨的这一元素是“缺乏的”。
因此，标准(b)仅仅是对(a)做重复的说明。
最后，标准(c)说明，就我们所确定的“必需性”内容而言，这种元素必须直接参与植物的新陈代谢，而不仅仅是对其生长介质的某些不良条件进行补偿或者改进。
然而，对于发现必需元素的一种解释（Epstein, 2000）使得下面事实更加清楚地显现出来，即，许多元素的“必需性”概念是通过在溶液中种植各种实验作物来得以确定的，在这些溶液中，这一元素被严格地排除掉，而且，实验的观察者们对于植物营养过程中这一元素是如何直接参与等方面的知识却知之甚少。
这样，“必需性”的这些标准都无法维持，应该中断使用这种定义。
因此，Epstein 和Bloom在2003年，设计出一种必需元素或必需营养素的新定义：这两个标准是：（1）某一分子是植物结构或者新陈代谢过程中的一个固有的内在成分，而这个元素是构成这个分子的一个部分；（2）这种植物严重缺乏这一元素以致（与未缺乏这一元素的同种植物相比）在其生长或再生的过程中表现出各种异常性。
就第一个标准而言，因为，没有水植物就不能生长，所以，氢和氧就是必需元素或者必需营养素。
对于其它许多元素可以做相同的推理，这些元素是：氮（存在于氨基酸等物质之中）、磷（存在于ATP等物质之中）、硫磺（存在于半胱氨酸、蛋氨酸之中）和镁（存在于叶绿素之中）等等。
我们死死抓住这样一个问题（是“必需的”或者不是？）是否有意义？我们是否非要处理这个命题？这一切把我们带入第二个主要的探讨内容之中，即，硅在植物营养中的综合作用，它具有更为广泛的适用性。
他用模糊逻辑分析植物营养中的硅。
自从二十世纪六十年代，“模糊逻辑”就开始进入科学技术这一领域。
这一术语的意思并不是说，这个逻辑是模糊的，而是指解决模糊问题的一种逻辑。
这一问题的关键点在于，当仅仅把“黑或白”赋予某些事物时，我们会感到不知所措，这时，“模糊逻辑”来到我们这个真实的世界（与抽象方法不同）。
通常，事物并非是能够用“黑或白”、“年轻或年老”、“充足或不充足”来进行明确划分的。
而我们经常碰到的事物具有各种各样不同的程度等级，所以，上述“非1即0”的划分是毫无意义的。
在“模糊逻辑”的领域之中，事物、现象和品质等等都被划分为“组群”，各种元素们都部分地属于这些“组群”，并且，“属于”的程度不同（程度范围从0至1）。
1842年英国发明磷肥；
1861年德国第一个建立了钾肥（氯化钾）工厂；
1913年德国建立了第一个合成氨工厂；
1844年发现了铁是植物的必须营养元素；
1922年发现确了锰是植物的必须营养元素；
1923年明确了硼是植物的必须营养元素；
1926年明确了锌是植物的必须营养元素；
1931年明确了铜是植物的必须营养元素；
1939年明确了钼是植物的必须营养元素；
1954年明确了氯是植物的必须营养元素；
1955年日本硅肥在肥料法中明确是一种新型肥料；
国外发达国家是磷肥→钾肥→氮肥→微量元素肥料→硅肥→其他肥料。
我国是氮肥→磷肥→钾肥→微量元素肥料→硅肥→其他肥料。
1999年9月，《农业中的硅》国际学术讨论会在美国
2002年9月，《农业中的硅》国际学术讨论会在日本
2005年9月，《农业中的硅》国际学术讨论会在巴西、、。