全 文 ：第 l0卷 第 1期
2《1 0 2年 3月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journa1 of Eco—Agriculture
V【)【．10 No 1
March． 2002
农业生态与土壤中化学元素关系的研究
曾昭华
(江西省地矿厅环境地质研 究所 南 昌 330012)
摘 要 究瘦业生态与土壤环境中化学元素的关系结是表钥．农业生态与土壤的 N、I 、K、Na、 n、Mg、S Fc、Mn
【’u zn、B、Me、V、Co、Ni、Cr、Pb、Cd、Hg、Se、F、T【、Ba、Te Ta、Sr Ti、Si_疆稀土元素密切有关
关键词 农业生态 土壤 化学元素
Relationships between agricultaral ecology and chem ical elements in soil ZENG Ztmc~tlual[ns{itu{c(、l Envir~mmenlal
Geology，Geology artdMineralDepartment，Jiangxi Pmvince，Nanchang 330012)．CJEA ，2002．1 0(I)：4I一43
Abstract The relationships between agricultural ecology artd the chemical c]~2tncnts in soil environment arc studied The
rest[ts show that thc agricuhura[ecol<~ ,has closely reLationships with 【 soil elements such a8 N．P．K．Na，L’a，Mg．S，
Fe．Mn，Cu．Zn．B，Me，V，Co，Ni， ．Pb，Cd．Fig，Se，F，TI．Ba．1 ，Ta，Sr，Ti． and rare earth E k㈣ c
Key words Agricultural e~>logy．Sot【，Chemical elements
1 元素与农业生态的关系及其分类
农作物和经济作物的产量及品质与很多因素有关 ，一般除品种 、耕作方式 、管理技术和气候条件外，与土
壤环境状态和质量关系密切，尤其是 与土壤化学元素的全量及其有效态的质量分数关系极为密切 根据元
素对作物生长发育和增产所起的作用效果，本研究将有关元素分为3类，即对作物生长发育和增产起显著作
用的元素；对作物生长发育和增产有一定作用的元素；对作物生长发育和增产起有害作用的元素
调研结果表明，N、P、K、S、Fe、Mn、Cu、Zn、B、Me、V、Sr、Ti、Mg和稀土等元素对某些作物生长发育和增
产起显著的作用。N是农作物生长发育和增产的重要元素，增加 N肥投人是发展农业生产的主要途径之
一
，目前高产水稻土全 N量高达2g／kg以上；P是农作物增产的重要元素，据浙江农业大学资料表明，早稻 1
季6000kg／hm 以上的高产田全P量一般在1～2g／kg．平均 1．4g,／kg，而产量较低的水稻土一般低于 1gfkg；K
是生物有机体中不可缺少的元素，它对有机体起催化作用，可促使植物进行光台作用，高产水稻土中全 K量
一 般在 15g／kg以上，最高的可达 25～30g／kg；S是蛋白质的组成成分，是植物生长发育非常必要的元素．它
在生物体中广泛存在，可呈硫酸状或与蛋白质脂肪等结合为有机化合物，它的生物地球化学作用主要是参与
活有机体的功能，生物能引起或催化硫，从 1种氧化态转变至另 1种状态，因而影响着 s的化学性质以及 S
在水中的沉积物 、岩石中、土壤生物中的分配 ；Fe是一些酶的组成成分 ，在 氧化还原过程 中起着极其重要的
作用，缺Fe会使作物叶绿素不能形成，从而导致缺绿病，果树黄叶病是世界性较难矫正的树木生理病害，欧
美、日本和我国南北方均有发生，尤其是北方石灰性土壤生长的果树(苹果、梨、桃)每年 5～8月份发病极为
普遍：施用 Fe肥对防治失绿症和增产增收有明显效果，Fe元素是作物生长发育和增产的必需元素．同时也
是防治胃癌、肺癌发生与发展的重要元素；Mn是植物生长不可缺少的元素，特别是豆科植物，能刺激其根部
生长固 根瘤，还可提高农作物的抗旱抗盐性。Mn对豆科植物的生长发育及增产以花生最为突出，在缺
Mn地区施用 Mn肥后单株荚数、白仁重量显著增加，空秕率下降，产量相应增加；豆科绿肥株高、分枝数、根
瘤数目和根瘤的大小有所提高，根的贡量和土壤耕作层中含 N量因而增加。此外．Mn对粮、棉、油、糖等主
要作物和果树、蔬菜的生长发育与增产也有明显效果。同时它是作物体内参与硝态氮的还原过程，是多种代
谢酶的活化剂．能激活蔬菜体内的硝酸还原酶，从而使蔬菜植株硝酸盐质量分数下降；cu有重要的生物作
用，缺cu会使某些植物发生病害．Cu是植物的必需营养元素，同时也是防治胃癌、肝癌的重要元素。20世
纪40年代我国学者以cu处理多种植物的花粉结果表明．Cu能促进花粉萌发和花粉管的生长，用 cu盐处理
同土贷源部科研项 目
憧稿 H朔 ：2000—07—10 改 回 日期 ：2000-o8 12
维普资讯 http://www.cqvip.com
国 生 卷 农 业 学 报 第 l0卷
小麦种子可促进小麦初期生长，且可提前抽穗，因此 Cu对作物具有助生长和增产的效果．但土壤中Cu质量
分数过量则会导致作物中毒，使作物生长发育受阻，甚至死亡；Zn是 200多种酶的纽成部分，参与叶绿素和
生长素的合成，在 P代谢和碳水化台物代谢中Zn起着重要作用，Zn能促使核酸和蛋白质的合成，调节淀粉
的合成，提高籽实产量和籽粒重量，zn是作物生长发育和增产优质的重要元素，也是DNA和RNA聚合酶等
组成成分．直接参与能量代谢和氧化还原过程 ．对人体的 牛命活动起着极其重要作用；13对红壤地区粮 ．棉、
油、果 、菜等各类作物均有增产效果，20世纪 70年代以来我国对多种农作物进行了施用 R肥试验，其增产效
果极为明显：M。是 1种高效肥料，是固氮酶的组成成分，其生物化学作用是参与还原氪或参 与氧基酸的形
成，促进生物体中核酸和蛋白质的生物合成，参与 N索的代谢过程，促进根瘤的发育，以增强固N作用，参与
作物体内硝态氮的还原过程，是硝酸还原酶(NR)的组成部分，能激恬蔬菜体内的硝酸还原酶，从而使蔬菜植
株硝酸盐质量分数下降；在政 Mo土壤施人 Mo肥后作物增产和品质提高极为明显，如河南省林县缺 Mo的
土壤施人钼酸铵肥料后使小麦、玉米和谷子平均增产 l5％～20％，且使硝酸盐质量分数分别下降 31．2％、
43 4％和25．4％。蔬菜产量提高 6 6％．维生素质量分数提高 24．8％，硝酸盐和亚硝酸盐质量分数也分别
下降 l8 0％和27 5％，有利于防治食管癌、宫颈癌、胃癌的发生和发展，从而确保人体涟康；V对豆科作物、
谷类作物、经济作物等的生长发育和增产有明显效果，大量试验证明v可促进植物根瘤对 N的固定，也可参
与硝酸盐的还原过程，它的作用和对农产品质量的提高与Mo非常相似．是作物生长发育和增产不可缺少的
元素；sr元素对农作物生长发育和增产也有重要作用，张子学等研究结果表明，用硝酸锶对“秦油2号”的增
产比用磷酸二氢钾和硼砂作用均高；T 能促进作物的叶绿素合成和光合作用；Ti配合物(TiVCDE)对大豆、
甘蔗 、蔬菜、油菜等农作物有明显的增产效果；Mg是弱碱性元素，它是低等植物中固定的元素，是高等植物
中叶绿素的基本成分，是光合作用的催化金属，是作物生长发育不可缺少的元素；稀土元素可使粮食增产
6％～I5％，油料、甘蔗、烤烟、橡胶等增产 8％～12％，瓜果、蔬菜增产 10％～l5％，同时还可提高农产品的品
质。李淑仪等研究结果表明，施用稀土能提高沙田柚含糖量，降低酸度，调节糖酸比，提高沙田柚的品质，且
能促花保果，提高座果率和产量；调研结果表明，ca、 、Ni、F、T1．si、Na等元素对某些作物的生长发育和增
产也有一定作用，但土壤中质量分数不能过高，否则会抑制作物的生长或毒害作物；Ca是所有植物中的固定
组分并能起到一定的生理作用．它可消除 K、Mg元素过多而产生对作物的毒性，且对调节土壤酸性起着重
要作用，可影响作物的生长发育。若在酸性土壤中种植需在碱性土壤中生长的作物就应施用 Ca肥，使酸性
土变成碱性土；Co是合成维生素B 必不可少的元素，维生素B ，是固N根瘤组织中形成血红肌的必需成分，
豆科和非豆科植物的固 N过程均需要 co；Ni元素在土壤中质量分数为 0 5～10m kg时有利于小麦的生长
发育．10～100mg／kg时对小麦的生长发育无明显障碍，>200mg／kg时对小麦生长表现出抑制作用；F是作
物生长发育的必需元素，一般 土壤中 F质量分数为 0．3～0．5mg，kg时有利于作物的生长发育，而达
500～1000rag／kg时则产生F中毒，导致作物死亡；T1元素的质量分数低时可刺激酵母的生长．但土壤中 Tl
质量分数过高时则会引起植物中毒；si也是农作物生长发育和增产不可缺少的元素，周国华等研究结果表
明，浙江省杭嘉湖地区西塘高产油菜和水稻土壤中s 元素有效量高于低产田土壤，高产麻地土壤中si较低
产田丰富，长势好的桑地中sj元素有效量较长势差的桑园高．这表明它们的生长发育和增产与&元素质量
分数呈现出正相关关系；Na离子的性质和浓度可影响土壤中有机物的生命，低 Na有利于作物的生长发育，
过量对作物的生长发育有抑制作用；调研结果表明，cr、Pb、Cd、Hg、Se、Ba、Te、Ta等元素对作物的生长发育
有毒害作用；据日本资料显示，在水稻水培试验中加人 口，Cr 从5mg／kg便开始发生毒害，l0m kg以上时
可见明显危害，浓度进一步增高致使秧苗枯死 ，而 CV 增高至 50mg／kg时作物才发生枯死，美国的营养液
试验表明，Pb在植物上的毒害与pH值有关，在低浓度时 pH值越高则 Pb毒害越大。cd对作物的毒害作用
大，含有 Cd的废水排人农田能使秧苗枯死，即使成活，作物吸收、积累cd在粮食内人吃了会中毒。据 r3本
研究结果表明，一般情况下土壤中cd质量分数为 0 5～l0r 时，大米中cd质量分数为0．05～0 1t：~-．j
据试验资料表明，用浓度0 l171R／kg的HgC1对水稻进行水培未发现毒害作用，而用含 0 5m kg的 HgCI则
有毒害表现，用2 5～5nag／kg的 HgC1其生长稍受影响，土壤中含 Hg量达 30mg／kg时出现水稻受害。而蔬
菜作物在土壤含Hg量达 10m kg时就对出苗发生危害。研究结果表明，当 se浓度超过 4 g／mL时麦苗生
长明显受抑，表现出se中毒，说明植物生长对 se的需求很微量，且浓度范围较窄。＆ 对植物有中等的毒
性。Te对植物的中毒作用可能与 se相似。Ta在 0 ling低浓度时就对柑橘植物显示出毒害。
维普资讯 http://www.cqvip.com
第 1期 曾昭华：农业生态与土壤中化学元素关系的研究
2 有益微量元素肥料的施用
对农作物和经济作物有益元素一旦缺乏，必须及时施用，但不能过量，否则对作物生长发育和增产不利：
B是作物生长发育和增产的重要元素，但有效范围上限和下限窄 B有效质量分数低于 0．2～0 6mg／kg时
一 般产牛缺 B，当B高于 0 8～1 5mg／kg时一般又产生中毒并因植物种类和地区环境条件而异 ．如德国的灰
化土壤当pH值为 5 5～6．5时许多作物缺 B下限为 0．5mg,kg，波兰在中性和碱性土壤上种植葡萄树缺 B
界限为0 75ing／kg，小麦、大麦、绿色谷物、芝麻中毒界限为 0．8mg／kg；Cu缺乏界限随作物 同 异．但对多
数作物有效Cu<0 5～3mg／kg，全 Cu<7～8mg,／kg时作物可能发生缺 cu，需要施^ u肥。(：u中毒界限随
作物不同而异，且随土壤中pH值降低而异。如罗马尼亚摩尔达维亚种植在黑钙土和果园土壤的燕麦及玉
米当有效Cu质量分数>25～30mglkg时出现毒害，而在有效 Cu质量分数相等情况下 Cu的毒害作用随 pH
值降低而增加。当玉米土壤 pH值为 6，全cu质量分数>50mg／kg时出现毒害，达 100mg]kg时其生长减半，
达 200mg／kg时则受到严重抑制，在相同 cu质量分数，当pH值为5时其毒性还要大。当小麦土壤 pH值为
4，全Cu质量分数达 25rng／kg时则表现出毒害性 ；我国各地试验证明，施用 zn肥能大幅度提高作物产量。
由此可知．施用微肥极其重要，但施用量不能过量并应遵循一定原则，一是促进农业发展与环境保护相结合，
在对农业生产有益元素缺乏地区施用有关微肥时要考虑确保农业发展． 达到增产增收 ，且必须保护环境不
受污染 N肥施用一直是农业 增产关键 ，但普通 肥施人 土壤后 经挥发 、淋溶 和反 硝化其损 失率高 达
70％ 。
，这种巨大的浪费及其对环境、水质污染严重后果已受到普遍关注，故应选用不挥发的 N肥(尿素)并
采用提高 N肥利用率的技术措施，如确定 N肥适宜施用量 、深施 、水肥综合管理 、平衡施肥 、添加硝化抑制剂
和脲酶抑制剂[21，同时还必须控制 N肥施用量；二是因地制宜施用肥料，施用微量元素肥料要根据土壤酸碱
度与性质、微量元素质量分数及需要种植作物种类等周素选择微肥种类和施人量。汪金舫等研究结果表明．
生长在潮土(pH=8．2)中大豆当土壤 v元素浓度高于 30mg／kg时就出现毒害．而生长在红土(pH=5 81巾
大豆土壤 v元素浓度高达 75rag／kg时仍未出现毒害，所以v肥施人量应根据土壤性质和 pH值而定。P的
有效 受 Fe、Mn制约，一般随土壤中 Fe、Mn量的增 高而减少 ，故土壤中施人 Fe、Mn肥料可导致 P有效态
质量分数下降；三是多种肥料配合施用，要 增产、增收为 目标，以经济效益为 目的．选择最佳的微肥配合施
用：朱兆良院士指出，在缺P或P、K土壤上，配施 P肥或P，K肥可明显降低化肥 N的损失。吉林，河南、山
东、江苏省等地小麦和玉米的部分试验结果统计表明，在缺 P旱作土壤上 N、P配台施用，n 显著提高N肥
利用率和籽粒生产效率，并在增产效果上表现出一定正交作用 ．且这种正交作用有随土壤基础产量降低而增
大的趋势。湖南、浙江、广东省试验结果表明，在 N、P肥的基础上施用 K肥可获得明显增产效果。
3 有害元素的处理
由于cr、Pb、Cd、Hg、Se、Ba、Te、Ta等元素对作物生长发育有毒害作用，应采取有效技术措施对它们进
行处理。我国未遭受到“三废”污染的土壤 cr、Ta质量分数均低于地壳丰度 ；Cd的质量分数除贵州省 ，Hg的
质量分数除广西、湖南、贵州、江苏、上海等省(区)市外也低于地壳丰度；Ba的质量分数除江苏、浙江、福建、
广东、广西、江西、湖南、贵州、云南、青海、西藏等省(区)外均高于地壳丰度；P1]、Se、Te的质量分数均高于地
壳丰受，即高于地壳丰度的元素一般不会造成对作物生长发育产生有害作用．所以要确保土壤不遭受污染。
凡有害元素未进行处理的污水均不能引入灌溉，否则污染土壤，影响作物的生长发育。厂矿企业排出的有害
气体必须要加强治理；有害的废渣、矿渣、垃圾应及时处理，防治污染土壤和水源。改变土壤酸碱度是降低土
壤中有害元素有效态质量分数的重要途径，对易在酸性介质中溶解的元素如 Pb、Cd、Hg应提高土壤的碱度。
对易在碱性介质中溶解的元素如cr、Se则应提高土壤的酸度，从而降低它们在土壤中有效态质量分数 作
物种植最好根据土壤环境条件和质量状况选定，一般在高硒地区不宜种植粮食作物和蔬菜一
4 小 结
各种作物直接生长在土壤上，但土壤质量、物质组成、酸碱度、氧化还原条件 、有机质、含水量、含盐量以
及多种元素的质量分数、分布、形态及其转化直接关系作物生长发育和稳产、高产、优质，因此应深入调研当
地土壤资源的环境质量条件，并在此基础上制定出最佳农业开发方案和种植计划及土壤改良措施。
参 考 文 献
1 吴平屑．摩宗文 ．毛小舌 酸性尿素的肥教及淋溶特件研究和初探[J] 土壤与环境，2000．9(1)75～76
2 朱兆良 农田巾氮肥的损失与对策[Jl，土壤与环境，N}00．9(1·：【-5
维普资讯 http://www.cqvip.com