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营养助力植物抗病

发布时间:2015-11-02 17:11:12 来源:澳门皇冠a免费 点击次数: 【字体:

陈能场

今年农业部制定了《到2020年化肥使用量零增长行动方案》和《到2020年农药使用量零增长行动方案》。充分利用营养提高植物的抗病能力,构筑土壤健康,促进植物健康是实现化肥零增长、农药零增长的重要途径之一。

但现代农业生产中,对产量的过度追求、土壤缺乏保养、大量化肥的施用带来土壤养分的不平衡和土壤酸化,不仅导致了农产品营养价值的降低,也造成了作物抗病能力的下降,陷入“高产靠肥料,保产靠农药”且对农药、肥料依赖性不断增强的恶性循环。也造成了农残问题到了人人怕的地步,产生了“自己种的自己不吃”或者农民为自己“开小灶”等流行话语,进一步让农业生产陷入不信任的境地。

笔者对于营养能提高植物的抗病性的思考,源于一部日本的自然农法影片《生 土》(有生命的土壤)。这部影片中有个画面,施用化肥和农药的现代农业耕作下的水稻在收割前遭受严重的稻飞虱虫害,而相隔一小路,利用自然农法耕作(25年不施农药和化肥)的埼玉县上里町的须贺一男家位于右边地块的稻田则几近只虫不染,这个现象一直让我很惊奇,也困惑不已,稻飞虱是以刺吸植株汁液的害虫,难道左边的水稻好吃些?直到我阅读了Don M. Huber(1985)的著作,看到这样一个结论:“最佳营养状态的植物抗病性最强,越偏离最佳营养状态,植物越容易遭受病害”。我才明白过来。

一、健康的作物不容易得病

现代专业划分极细,在国内的农业大学中土壤营养和植保早就被划分到不相干的院系中,但在现实生产中,土壤与植物营养、营养与植物病害关系极为密切。只是时下,农药种类繁多,农家手到擒来,每当作物发生病害,第一想到的便是农药。有谁能想到作物生病有可能起因于营养的缺乏或者过剩?或从营养着力构筑植物健康,提高抗病能力,减少农药施用?

当一些养分低于某一水平时,植物叶片、茎干或者根系容易泄露或散发出多种化合物,其中含有较多的糖和氨基酸,害虫、细菌和真菌等被吸引、繁殖、侵入而引起病害。而当养分过多,特别是氮素过多时,植物组织中也含有更多的氨基酸和其他含氮化合物,形成有利于病菌存活和繁殖的环境,让植物遭受病害。

钾是在植物体内合成蛋白、淀粉,和纤维素过程中必不可少的元素。纤维素是细胞壁的主要成分,钾的缺乏导致细胞壁容易营养泄漏、叶片的细胞间隙糖和氨基酸的浓度增高。钙和硼的缺乏也会导致糖和氨基酸在茎和叶片组织中累积。同样的,当植物缺锌时,叶片表面“泄漏”出更多的糖分,白粉病(注:白粉病由真菌寄生在植物表面繁殖成一层白色粉状霉层)的侵染率就大大增加,当然这并不意味着锌可以治白粉病,但补充了锌能够降低这类病害的严重程度。

大多数真菌侵入叶片后释放酶,溶解细胞间粘结的胶层。但这些酶的活性会被钙强烈抑制,因此叶片组织中的钙含量影响对真菌的抗病性。细菌通过昆虫叮咬的伤口和气孔侵入植物组织,然后在细胞间隙内传播,细菌也会释放出酶溶解植物组织,钙起着相同的抑制作用。细菌在植物体内通过木质部通道传播,细菌在木质部分泌黏液,堵塞筛管的水分运输,导致茎叶枯萎死亡,一些养分能抑制细菌分泌黏液,从而提高植物的抗病能力。

硼等元素在植物组织中合成和在真菌的攻击时诱导产生各种防御的化合物起作用,而硅随叶片的生长在叶片细胞壁累积,有助于形成物理屏障从而防止真菌侵入,植物表皮细胞硅化能抑制一些害虫,如蚜虫的摄食能力,病毒通过叮咬植物的昆虫和真菌传播给植物,植物硅含量充足时减少病毒感染。

其他微量营养素也起到抗病作用。如铜作为波尔多液的主要成分被广泛用作杀真菌剂,当然其杀菌作用所需要的浓度通常是植物需要的10-100倍。从营养角度看,铜的缺乏会影响植物遭受病菌害虫攻击时防御化合物的产生,可溶性碳水化合物的积累,并降低木质化程度,所有这些都导致抗病性的下降。

二、矿质营养的抗病机制

矿物质营养的抗病机制大体可以做如下归纳:1.形成的机械障碍 (例如细胞壁厚度)。2.合成天然防御化合物(如抗氧化剂、 抗毒素和 类黄酮物质)。矿物质影响着这些污染的合成能力和合成数量。此外充足的营养有助于植物的生长,缩短根茎与病原菌多的土表的接触时间;充足的营养增强植物的自愈能力,一些营养元素可直接影响病毒的毒性,病菌的存活和繁殖等。

在《植物营养与防御机制的前沿》一文中,西班牙纳瓦拉大学J. M.Garcia-Mina将养分的抗病能力分为四个层次。第一层次为一般性和非特异性的功能,养分提高了植物潜在的能力,有利于阻击病原菌的侵袭。第二个层次,养分参与植物体内防御物质的合成和发挥。第三个层次,养分参与植物体内防御物质的诱导和激活,养分参与了某一特别的生物学的刺激过程。第四个层次,养分元素能够抑制甚至直接杀菌、杀虫。

植物中所有的必需元素都具有协助抗病的功能,这些元素的功能组合共同构建植物强壮的防御功能,没有哪个元素能单独发挥作用,植物的病害不能通过任何一个特定的养分完全消除,但充足的营养可以让病害的严重程度降到最低,因此养分平衡很重要。

三、构筑土壤健康,让营养为植物抗病助力

从以上的论述可以看出,矿质营养在植物抗病中具有重要的作用。植物体内平衡且充足的营养是植物自身的抗病的基础。在农业生产过程中,如同前述的自然农法的影片奇迹画面一样,通过植物营养,促进植物健康,从而减少肥料施用的案例和示范不在少数。中国的农业亟待走出依靠农药保产量的怪圈,通过包括植物营养的多条抗病途径来实现农产品的安全。

在营养与植物病害的关系上,种植者可以充分发挥植物营养的遗传特性、根据所种植的作物进行土壤测试、植物分析和病虫害监测来制定和使用最佳的施肥方案(施用量、施用方法和时间),再结合各种农作措施的调控来最大程度地发挥营养在抗病中的作用。

植物需要16种必需元素,除了碳、氢、氧,其余13种元素大多来自于土壤,土壤具有足够均衡的养分是植物健康的根本保证。土壤健康促进作物生长,作物营养均衡助力抗病,减少农药施用有助于农产品安全,从而促进人体健康。在健康链条上土壤-作物-农产品-人体-社会是一个环环相扣的链条,只有土壤的健康才有最终的社会健康。

本篇“营养助力植物抗病”也将本专栏的科普《土壤与癌症》(2014.12.9)、《你所不知的隐性饥饿》(2015.1.13)、《为身体构筑抗重金属防线》(2015.2.10)和《重金属曝露与社会暴力》(2015.7.7)环环相扣串了起来,将土壤健康与社会健康的关系呈现在您的眼前。

(编辑系广东生态环境与土壤研究所研究员)
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