植物營(yíng)養(yǎng)與人畜健康

摘要 植物營(yíng)養(yǎng)與人畜健康有著密切的聯(lián)系，該文從控制植物營(yíng)養(yǎng)提高糧食產(chǎn)量，提高農(nóng)作物品質(zhì)，減少有害物質(zhì)進(jìn)入動(dòng)植物體內(nèi)和避免對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的破壞的視角出發(fā)，系統(tǒng)地探討了植物營(yíng)養(yǎng)與人畜健康的關(guān)系，探討了如何從這個(gè)方面促進(jìn)人蓄健康，以期為我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展方向提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞 植物營(yíng)養(yǎng)；人畜健康；肥料；土壤

中圖分類號(hào) S184 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2014）25-08857-03

Abstract Plant nutrition and human and animal health are closely linked. The review systematically presents the relationship between plant nutrition and human and livestock health from four aspects： controlling plant nutrition can promote the health of human and livestock by increasing food production， improving crop quality， reducing harmful substances into the human and livestock bodies， and effecting ecosystem. This review can provides reference for further research.

Key words Plant nutrition； Human and livestock health； Fertilizer； Soil

所謂植物營(yíng)養(yǎng)是指植物體從外界環(huán)境中吸收的生長(zhǎng)發(fā)育所需的物質(zhì)。這些被吸收的化學(xué)物質(zhì)就是植物的營(yíng)養(yǎng)元素。根據(jù)植物需要量的多少，必需元素又分為大量元素、中量元素和微量元素。植物必需的大量元素包括碳（C）、氫（H）、氧（O）、氮（N）、磷（P）、鉀（K）；必需的中量元素包括硫（S）、鎂（Mg）、鈣（Ca）、硅（Si）；必需的微量元素包括鐵（Fe）、錳（Mn）、鋅（Zn）、銅（Cu）、硼（B）、鉬（Mo）、氯（Cl）、鈉（Na）、鎳（Ni） 。糧食和蔬菜是人類攝入營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的主要途徑之一，至少有一半的營(yíng)養(yǎng)通過(guò)植物性食品的形式進(jìn)入人體，而另一半則通過(guò)動(dòng)物性食品進(jìn)入人體的。因此，植物的營(yíng)養(yǎng)狀況與人畜健康有著緊密的聯(lián)系，合理地給予植物良好的營(yíng)養(yǎng)環(huán)境，最終能更好地保證人畜健康。

1 合理供應(yīng)植物營(yíng)養(yǎng)素，提高農(nóng)作物產(chǎn)量，保障糧食供給，保證人畜健康

我國(guó)人多地少情況嚴(yán)峻，據(jù)統(tǒng)計(jì)至2006年10月，我國(guó)耕地面積已減少到1.22×108 hm2，而人口達(dá)13.7億，已經(jīng)接近警戒紅線（人均耕地僅0.093 hm2）的水平，耕地面積是世界平均水平的42%、印度的62%、美國(guó)的15.7%[1]。《中國(guó)食物與營(yíng)養(yǎng)發(fā)展綱要（2001—2010）》預(yù)警：到2030～2040年我國(guó)人口高峰期時(shí)，將存在近2×108 t的糧食缺口[2]。要消除饑餓，保證人畜健康，提高單產(chǎn)以保證植物性農(nóng)產(chǎn)品的供應(yīng)至關(guān)重要。牲畜飼料同樣源于植物，隨著牲畜養(yǎng)殖量的增大，糧食的消耗量也在不斷增加，目前大約有40%的糧食被用于飼料生產(chǎn)。因此培育新的飼料用作物新品種，使用植物營(yíng)養(yǎng)素調(diào)節(jié)，提高產(chǎn)量保障供給，也是保證人畜健康安全的重要途徑。

肥料是糧食增產(chǎn)的決定因子之一，但是我國(guó)水稻、小麥、玉米等糧食作物的肥料利用率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他一些國(guó)家地區(qū)的相應(yīng)指標(biāo)[3-5]，施肥的方法和施肥比例不合理是主要影響因素之一。因此，研究各種作物切實(shí)的營(yíng)養(yǎng)素需求比例，按照更加合理的配比施用化肥尤為重要。如氮、磷用量偏大而鉀的用量不足，會(huì)影響水稻的正常生長(zhǎng)發(fā)育，并且導(dǎo)致其養(yǎng)分利用率偏低。適當(dāng)減少氮、磷用量，增加鉀用量能夠改善氮、鉀的營(yíng)養(yǎng)狀況，促進(jìn)水稻地上部分干物質(zhì)的積累，同時(shí)提高籽粒產(chǎn)量和氮、磷表觀利用率[6]。蕎麥為需鉀較多的作物之一，鉀肥施用不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量下降或是環(huán)境污染，當(dāng)鉀施用量為46.2 kg/hm2時(shí)，甜蕎麥的籽粒產(chǎn)量、籽粒鉀素積累量和籽粒含鉀量都能達(dá)到最高水平[7]。新疆甜瓜，在施P2O5 140 kg/hm2、K2O 150 kg/hm2的基礎(chǔ)上施N 225 kg/hm2，甜瓜的養(yǎng)分吸收量和產(chǎn)量均為最高[8]。向日葵，由于其植株高大，生長(zhǎng)迅速，吸收養(yǎng)分多，在生長(zhǎng)中就需要合理的施肥以保證高產(chǎn)和籽實(shí)品質(zhì)，氮、磷、鉀配合施用比單獨(dú)施用效果更好，其中氮素仍然是主要產(chǎn)量限制因素，施肥增產(chǎn)效果從高到低依次為氮肥、鉀肥、磷肥[9]。常規(guī)施肥菜心產(chǎn)量高，但硝酸鹽含量高，維生素C含量低；而經(jīng)過(guò)調(diào)整氮、磷、鉀含量的配方施肥硝酸鹽含量降低，維生素C含量提高[10]。

當(dāng)然調(diào)控植物營(yíng)養(yǎng)的方法并不局限于施肥，比如中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資環(huán)學(xué)院的“植物適應(yīng)養(yǎng)分脅迫的根際效應(yīng)機(jī)理研究”成果，就開創(chuàng)了營(yíng)養(yǎng)植物的新途徑。植物實(shí)際上能夠主動(dòng)通過(guò)形態(tài)和生理生化變化適應(yīng)不良生存條件。小麥、玉米這類單子葉禾本科植物會(huì)主動(dòng)向土壤分泌麥根酸類植物鐵載體，使其在缺鐵、鋅的土壤上仍然可以正常生長(zhǎng)，而花生等雙子葉植物并沒有這種能力。采用玉米和花生進(jìn)行間作種植，玉米可以把活化的鐵提供給花生，而花生作為豆科植物可以固氮，可將N元素提供給玉米，從而使這兩種作物產(chǎn)量都增加。

2 合理供應(yīng)植物特定營(yíng)養(yǎng)元素，提高農(nóng)作物品質(zhì)，促進(jìn)人畜健康

氮是植物生長(zhǎng)必需的大量元素，但是不合理地施N肥會(huì)造成植物營(yíng)養(yǎng)失調(diào)，引起糧食和蔬菜的品質(zhì)下降，缺少養(yǎng)分吸收。其首先影響的是植物本身的生長(zhǎng)，進(jìn)而影響植物產(chǎn)品的品質(zhì)。許多研究表明，多種病蟲害如稻瘟病、稻縱卷葉螟、紋枯病等的發(fā)生與發(fā)展都與稻田小氣候環(huán)境密切相關(guān)，而小氣候可以通過(guò)不同的N肥水平來(lái)影響[11-13]。

鈣鎂是植物和動(dòng)物必需的中量營(yíng)養(yǎng)元素。鈣對(duì)動(dòng)物血液凝固、肌肉收縮，正常神經(jīng)和膜結(jié)構(gòu)完整等都有重要作用，人畜鈣吸收不足，會(huì)產(chǎn)生鈣缺乏癥。缺鈣的植物葉子易發(fā)生疾病，如西紅柿。增施鈣肥對(duì)籽粒中鈣含量的提高效果不明顯，但能有效提高葉菜的鈣含量，而葉菜也是人畜一種重要鈣源。人體吸收鎂不足會(huì)造成缺鎂綜合癥，植物性食品也是人體吸收鎂元素的重要來(lái)源，如精面粉、粗面粉中鎂含量分別為360和1 400 μg/g，而牛奶、雞蛋中為120 μg/g。在缺鎂的土壤中施用適量鎂肥，可以提高農(nóng)產(chǎn)品的鎂含量，同時(shí)葉綠素和胡蘿卜素含量也會(huì)提高。

硫是蛋白質(zhì)組分中蛋氨酸、胱氨酸、半胱氨酸等的重要組成元素，是人畜和植物機(jī)體的重要中量營(yíng)養(yǎng)元素。小麥缺硫會(huì)減產(chǎn)，并影響面粉中的半胱氨酸含量；豆類作物缺硫，其種子蛋氨酸含量會(huì)降低。

鋅影響人體生長(zhǎng)、免疫、生殖和大腦發(fā)育，缺鋅會(huì)導(dǎo)致生長(zhǎng)發(fā)育期的兒童食欲不振，發(fā)育受阻，智力不良等，而動(dòng)脈硬化、心肌梗塞、肺癌等疾病也與鋅有關(guān)。鋅在動(dòng)物產(chǎn)品和海產(chǎn)品中的含量高于谷物，但由于中國(guó)的膳食結(jié)構(gòu)中谷物食用較多，鋅攝入不足的情況會(huì)更多。合理施用鋅肥，可以矯正人畜的缺鋅綜合癥。

鐵作為地球上最豐盛的元素之一，在土壤中的含量并不高，而且其存在形式多不利于被植物利用。因此造成植物缺鐵的情況雖不多，但人缺鐵現(xiàn)象仍然普遍存在。人和動(dòng)物機(jī)體所需鐵源以葉菜和糧食為主，這些農(nóng)產(chǎn)品中鐵不足，極易造成人畜的缺鐵性貧血，并與心臟病、高血壓、心血管病和腦神經(jīng)系列疾病的發(fā)病率密切相關(guān)。合理施用鐵肥，提高作物鐵水平，有益于人畜健康。有研究表明，植株吸收無(wú)機(jī)鐵鹽的效果很差，制備成螯合態(tài)鐵的鐵肥土施和葉施效果則較好。

3 控制土壤環(huán)境，減少植物對(duì)有害元素的吸收，保障人畜健康

汞、鉛、砷等重金屬在農(nóng)作物中蓄積，通過(guò)食物鏈進(jìn)入人畜體內(nèi)破壞人和動(dòng)物健康。重金屬類環(huán)境污染物主要來(lái)自工業(yè)排放，另外部分重金屬來(lái)自生活垃圾等的排放，而砷、銅、鋅等常作為飼料添加劑使用，也會(huì)通過(guò)有機(jī)肥施用的方式導(dǎo)致土壤中重金屬元素含量過(guò)高。重金屬對(duì)人畜健康有很大的危害，以汞為例，自工業(yè)化發(fā)展以來(lái)，其排放量大大增加，它不僅對(duì)植物具有很強(qiáng)的毒害作用，抑制植物的生長(zhǎng)發(fā)育[14]，也可以通過(guò)呼吸、皮膚和飲食進(jìn)入人體。最著名的就是20世紀(jì)60年代初，由甲基汞引起的水俁病，在世界范圍內(nèi)引起對(duì)汞污染的重視[15]。

對(duì)重金屬的有效治理主要是改變重金屬在土壤中的存在形態(tài)，減少在土壤中的遷移性和生物可利用性[16]。以鎘為例，鎘的活性受土壤酸堿性的影響很大，在鎘污染土壤中施用一定量的堿性物質(zhì)如石灰，提高土壤pH，可以減少作物對(duì)其吸收[17]。第2種方法是增施有機(jī)肥，由于有機(jī)肥可以促進(jìn)土壤中的重金屬離子與其形成絡(luò)合物，增加了土壤對(duì)重金屬的吸附能力，提高土壤對(duì)重金屬的緩沖性，從而減少植物對(duì)其吸收，阻礙其進(jìn)入食物鏈[18]。還有調(diào)節(jié)土壤的氧化還原狀況也可以影響土壤中重金屬的活性，可以通過(guò)調(diào)節(jié)土壤水分來(lái)控制重金屬在土壤—植物系統(tǒng)中的遷移，旱田改水田降低土壤的氧化還原電位，能夠有效降低重金屬鎘的活性，減小對(duì)植物的危害。再有就是利用離子拮抗技術(shù)，使用另一種對(duì)作物危害較輕，或是低濃度有利于作物生長(zhǎng)的微量元素拮抗與其化學(xué)性質(zhì)和地球化學(xué)行為相似的有害重金屬，比如土壤中適宜的鎘/鋅比，可以抑制植物對(duì)鎘的吸收[19]。

從源頭控制有害元素進(jìn)入土壤至關(guān)重要。肥料的生產(chǎn)原料和加工過(guò)程中會(huì)帶入重金屬元素，致使重金屬隨肥料施用進(jìn)入農(nóng)田[20]，不同類型的肥料其重金屬含量從高到低為：磷肥>復(fù)合肥>鉀肥>氮肥。磷肥的原料磷礦石成分復(fù)雜，多含有較高的重金屬組分，其制造過(guò)程中的酸化工藝使重金屬的活性大大提高，其產(chǎn)品中鎘等重金屬的含量較高。因此，開發(fā)新型生物肥料，在其原料和加工過(guò)程中有目的地去除重金屬，能減少農(nóng)產(chǎn)品中重金屬含量。

生態(tài)修復(fù)也是減少土壤中重金屬污染的重要方式，大部分農(nóng)作物的根部是吸收重金屬的主要部位，同時(shí)也是阻止其向地上部分遷移的屏障，因此，除了只食用其地上部分可以降低對(duì)人畜的重金屬污染，將其根系移除也可以有效帶走一部分土壤中的重金屬[21]，據(jù)此特性，部分研究者致力于篩選培育超積累植物來(lái)吸收帶走土壤中的重金屬。

4 減少不合理施肥對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響，保護(hù)人畜健康

肥料施用不合理時(shí)，會(huì)遷移到大氣和水體，造成空氣污染和飲用水污染，從而傷害人畜健康。2010年2月6日，由中國(guó)環(huán)保部、國(guó)家統(tǒng)計(jì)局以及農(nóng)業(yè)部聯(lián)合發(fā)布的“第一次全國(guó)污染源普查公告”表明，農(nóng)業(yè)源污染對(duì)水環(huán)境的影響較大，農(nóng)業(yè)用化學(xué)物質(zhì)排放量占總的43.7%，農(nóng)業(yè)源（種植業(yè)、禽畜養(yǎng)殖業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)）總氮、總磷的排放占所有排放總量的57.2%和67.4%。我國(guó)農(nóng)田中化肥氮去向，作物的吸收利用率約為35%，氨揮發(fā)損失11%，硝化—反硝化損失34%，后者會(huì)導(dǎo)致溫室效應(yīng)和破壞臭氧層[22]。改進(jìn)施用技術(shù)，降低進(jìn)入農(nóng)田的氮肥損失率、提高作物的吸收利用率，是協(xié)調(diào)農(nóng)業(yè)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)的著力點(diǎn)[23]。磷素在土壤中的移動(dòng)性很小，會(huì)長(zhǎng)期累積，地表水體磷素多會(huì)引發(fā)水體富營(yíng)養(yǎng)化，爆發(fā)藍(lán)綠藻等。2000年世界范圍的調(diào)查研究表明，世界磷素當(dāng)季作物回收率是15%～25%，多年累積作物回收率是50%～90%[24]。而研究表明磷素可以在土壤中被固定而無(wú)效化，因此研究其無(wú)效化原理并相應(yīng)減少固定，就可以有效降低磷素污染。

多年來(lái)，我國(guó)土壤肥料科技工作者為提高肥料利用效率做了大量工作，形成了諸如測(cè)土推薦施肥、氮肥深施、灌溉施肥、以水帶氮、前氮后移、緩控釋肥等成熟的施肥技術(shù)，推動(dòng)了施肥技術(shù)的進(jìn)步。但是由于我國(guó)人多地少、土地基礎(chǔ)肥力差、經(jīng)營(yíng)分散、地塊面積小、復(fù)種指數(shù)大、倒茬時(shí)間緊等因素，決定了在我國(guó)實(shí)現(xiàn)科學(xué)施肥有其特殊的難度，生產(chǎn)上施肥依然有很大的盲目性。根據(jù)我國(guó)國(guó)情，在養(yǎng)分的管理和施肥的指導(dǎo)思想方面相應(yīng)需要從田塊尺度提升和擴(kuò)展到區(qū)域尺度，提出了“區(qū)域用量控制與田塊微調(diào)相結(jié)合”的推薦施肥的理念，區(qū)域平均適宜施氮量法可以作為推薦氮肥適宜施用量的基礎(chǔ)。在新型肥料的研制方面也有長(zhǎng)足的進(jìn)展，發(fā)展較快的有緩/控釋肥料、功能性肥料、全水溶性肥料、有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合肥料、微生物肥料（菌劑）等，這些新技術(shù)和新產(chǎn)品的推廣應(yīng)用，不僅提高了肥料利用率，也為人畜健康保留了污染更少的環(huán)境[25-27]。

5 結(jié)語(yǔ)

植物營(yíng)養(yǎng)與人畜健康密不可分，需要在追求糧食產(chǎn)量的同時(shí)堅(jiān)固品質(zhì)和環(huán)境保護(hù)，這就要求一方面對(duì)農(nóng)作物的生理特性有更深入的研究，了解其對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的需求量和在植物體內(nèi)的運(yùn)輸和利用過(guò)程，針對(duì)不同作物，不同生長(zhǎng)環(huán)境，因地制宜的進(jìn)行肥料等的施用。同時(shí)開發(fā)新型的肥料也是值得研究的方向，以往的傳統(tǒng)肥料通常存在著制造過(guò)程污染大，產(chǎn)品雜質(zhì)多，利用率低以及達(dá)不到預(yù)期效果等情況，希望新型肥料可以在這些方面有所改進(jìn)。另外，植物對(duì)一些有害物質(zhì)的吸收和固定很值得進(jìn)一步研究和應(yīng)用，可以應(yīng)用于水土污染的治理方面。這些都是未來(lái)可以研究的方向。

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