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探索中国式的有机农业之路

2014-03-08  汉茂油桃

——全新理论、全新技术及实践效果

中国农业科学院农业资源与农业区划研究所

  刘立新研究员 梁鸣早副研究员

 

     写在前面的话

人类饮食成分与结构的形成是长期演化的结果【14、17、18、20、21、22、26、27、28、29、30】,人类饮食成分变化是从160年前过磷酸钙(化肥)的问世开始、特别是在合成氨和尿素(氮素化肥)的生产和使用后变化更加快了,在这几十年中当人类尚未完全搞清其影响时,化肥已经在一定程度上影响了人类饮食的成分;同时也影响到人类自身的居住环境;现代农业大量使用化肥、农药和除草剂,致使环境污染、土壤板结、水土流失、自然资源枯竭、生物多样性锐减、自然灾害频繁、农业生产成本上升、经济效益下降、粮食及蔬菜为主的食品安全受到严重威胁【10、11、13、14、17、19、21、22、26、27、29、30、31、32、33】,为此,各国政府和科学家都在寻求可持续发展思路和模式;有机农业是世界农业发展的必然趋势之一;从20世纪40年代起欧美等国在有机农业生产中规定:选择无污染的自然条件和生产环境,禁止使用有毒有害的化学制品和物料,实施全生产过程监控的“洁净生产”过程,把食品中“残留”作为唯一检验指标,甚至牺牲农作物产量以求达到品质高、风味优良的目标【30】;但中国人口众多,不能照搬欧美式有机农业模式;中国有几千年农耕文化传承,我们完全可以走出一条全新的中国式有机农业之路【2、21、29、30】

一、我们认定的中国式有机农业模式与欧美有机农业模式的显著差异

1.为富人还是为百姓的理念之差别

西方有机食品的生产是以牺牲产量为代价的生产方式,因此,这种方式生产的有机食品只能为社会上层人物和有钱人提供,普通老百姓无力问津;而我们提出的中国式有机食品的生产方式,在品质、风味方面与西方的要求相同,而在产量水平上却与施用化肥的产量相当,作到好吃不贵,中国式有机农产品将成为全世界普通百姓吃得起的安全食品【29、30】

2.关于对植物次生代谢途径及其作用的认识之差别

西方的有机农业理念,即不计成本地维持原始生态种植,没有认识到开启植物次生代谢途径的重要性【21、29、30】;也没有为作物生长补充其必需的足够的营养,从而制约了农产品产量;

中国式有机农业依赖全新的植物生理学理论——植物次生代谢途径及其正常运转来实施有机种植的。根据这个理论。欲获得农作物的高抗逆性、高抗性,较高的农产品品质与独特的农产品风味的唯一途径,就是自觉非自觉的开启植物次生代谢途径,补充必要植物营养元素使其正常运转。中国式有机农业,有几千年农业传承的耕作模式(用今天的理念分析,我们的老祖宗,虽然还不知道植物次生代谢途径的重要性,但是,他们在实践中做到了开启植物次生代谢途径)中受到启迪【2、13、21、24、29、30】,强调在种植过程中开启植物次生代谢途径的重要性,并从中获得大量的品质物质、风味物质以及有益于作物和人类健康的功能性物质(即化感物质)【21、23、25】

西方与东方的两种模式同样都不用化学农药、不用化肥,但中国式的有机农业巧妙地利用源于自然的资源和源于自然的土壤有益微生物及其代谢产物,补充前茬作物移走的作物生长所必需的营养元素和有益元素;从而保证了农产品的产量和品质,生产出成本低但品质优良的农产品【26、27、29、30、31、32、33】,也可以保障我国农业的持续发展势头。

二、中国式有机农业的关键技术

中国式的有机农业的生产:主要有土壤保健技术和植物保健技术,以及涉及有机农业的产业化服务等方面的问题

分别叙述如下:

(一) 土壤保健技术

1.土壤保健的基本思路

目标:不断优化土壤物理化学性质和生物性质,提高土壤调节机能和生产力,为土壤微生物与土壤动物提供适当的环境,为植物根系健康生长提供并补足其生长、发育和产量形成所需的速效养分和缓效养分,达到国际土壤健康组织提出的土壤健康标准。土壤保健首先要建立土壤的结构性【21】:块状结构、团粒结构、团聚结构;最理想的是土壤的水稳性团粒结构【11、31】(参见示意图1)。西方学者认为土壤团聚结构形成过程示意图(参见示意图2)。


 


中国有悠久的农业耕作文化,有文字记载的使用有机肥,自春秋战国时期起已有3300年[2];只要施用大量优质有机肥(不含氯化钠的腐熟的有机肥),就可以确保土壤内团聚结构的形成,因为,有了有机肥,构成土壤团聚的有机质、微生物活动活跃、植物根系的发展,都会成为现实,就可以行成土壤团聚结构。还体会到,土壤保健的核心技术是培育土壤有机无机胶体复合体,进而形成水稳性土壤团粒结构【31】

 

2.如何快速培育土壤的团粒结构

具体措施是【11、21】尽量增加土壤无机胶体——自然形成的无机胶体——硅铝酸(通过选地或客土来完成),②尽量增加土壤有机胶体——腐植酸(主要是通过施用有机肥增加土壤有机质最后形成腐植酸,或者直接施入腐植酸铵、腐殖酸钾)来实现,③还必须施入连接有机无机胶体形成复合体的搭桥物质——一些含有两价阳离子的土壤调理剂【31】(参见示意图3)


示意图3.土壤有机无机胶体复合体进一步形成土壤团粒结构示意图(引自日本长谷川治)【11、21】

三种培育和恢复土壤结构的物质,施入土中之后,要适当耕翻土壤,使这些物质能够相互混合、接触、相互反应,最终形成有机无机胶体复合体,进而形成水稳性土壤团粒结构;从而使土壤在结构上得到根本性改善。

为保持土壤结构的良好状态,作物生长季的中耕松土、抗旱保墒也是非常重要的措施,全方位深松机不但做到土壤原位松土,而且还增加了土壤的蓄水保墒、排盐、排水功能【31】

土壤中活跃的一价钠、钾、铵离子很容易置换掉土壤中有机无机胶体复合体起搭桥物质的两价的阳离子钙、镁、锰、亚铁,由此破坏了土壤的团粒结构【11】。(参见示意图4)。要使土壤快速培育或恢复团粒结构才能保持土壤保健【11、21、30】

日本长谷川杢治指出(参见示意图4),钙离子搭桥形成有机无机胶体复合体(第一行),仅带有一价阳离子的钠离子破坏胶体复合体的情景(第二行链断裂);作者依据此理论并参考日本长谷川杢治的结论【11】增加了钾和铵对有机无机胶体复合体的临时性破坏胶体复合体的情景(第三、四行的链断裂)。


示意图4. 土壤结构受到破坏的示意图【11、21】

具有团粒结构的土壤,其保水、保肥、抗逆性均强;可使自然降水的80%保存在土壤耕层内,而团粒结构的吸附作用能确保土壤中作物所需的各种营养养分的有效性,作物通过交换吸收使养分进入植株体内发挥应有功能。

据了解,目前能够在大量施用有机肥的基础上快速形成水稳性团粒结构,而我们目前能够接触到的土壤调理剂中,最有效的土壤调理剂就是賽众(已获得国家的有机认证产品);施用赛众后3个月可以形成水稳性团粒结构,在北京市郊区已经看到了新形成的水稳性土壤团粒结构的小小颗粒,它们会进一步长大,将成为上述照片的情景,其它试验在黄土高原,施用赛众大约2个月后就可以形成(暂时缺乏照片)。参见照片1---照片7 土壤在施用有机肥基础上加施赛众后,能快速形成土壤的团粒结构的情景。照片7是长期有机种植土壤团粒结构情形。


照片1.陕西省大荔县梨园,在施用賽众后一年所形成的土壤团粒结构


 


 


综上所述,土壤在上述保健措施中得到了休养生息,可能形成了土壤的水稳性团粒结构,此时的土壤自我调控温度、水分、空气、养分、酸碱度、盐分、氧化还原反应、代谢能力和生产能力都有所提高【31】;土壤动物蚯蚓就会不请自来,土壤有益微生物菌群也会活跃和扩大;微生物在土壤中可分泌大量多醣类黏液,又进一步促使了土壤的团聚化,土壤有益微生物包括固氮微生物:豆科共生固氮、根际土壤的自生固氮微生物、非豆科植物的内生固氮菌,非豆科联合固氮、以及蓝绿藻固氮、这些有益微生物加了土壤肥力 【34、35、37、38】有益微生物所产生的抗性物质结合植物次生代谢途径产生的化感物质有利于消除作物的土传性病害,这对于净化环境和土壤保健大有好处;从根本上提高了土壤的自我净化能力。

(二) 植物保健技术

1.我国著名的“名、特、优”农产品的启示【21】

众所周知,在自然界中植物受到胁迫,就会产生一种自我保护的能力;这种能力是与大自然长期共存的结果【11、14、17、21】。研究表明,植物受到胁迫就能

 

开启其次生代谢途径;如果此时植物能够从它所在环境中获得了次生代谢所需的营养元素和能量,就能产生抗逆性(抗旱、渍、寒、冻、热、病、虫、草害)和优质性(品质与风味物质);这就是我国“名、特、优”农产品的由来;  

上个世纪70到90年代李纯忠先生(中国农科院原土肥所研究员)对我国许多“名特优农产品的土宜问题”进行了研究【21】,指出:“凡是出了名的农产品其品

 

质优良者均产生于土壤、气候条件特殊的恶劣环境中”;作者本人沿着李先生这一思路继续对名特优农产品生活环境进行考察,进一步发现:这些出 了名的农产品生存环境极差,要么处于石砾的恶劣土壤环境,水分供应困难、养分亏缺(如名贵茶叶大红袍、岩茶等);要么处于盐碱地等土壤障碍因子的环境中、生长条件恶劣或管理技术特别,需要环割、刀砍、斧劈……等,如乐陵小枣等;或生长在天寒地冻的天气条件下(如药性非常好的雪域红景天、高山雪莲等);而在正常气候和肥沃的土壤上,很少有自然形成的名特优农产品。怎样能在良好的土壤条件上生产名特优农产品呢?怎么样才能使植物具有防控病虫草害的能力呢?归结起来,需具备的三个要素:①环境胁迫或人造胁迫 ②基因优良即作物品种好 ③营养元素的平衡供应,均衡供应给作物各个生长期对营养元素的不同需求【21】。上述思考为我们探索中国式的有机农业之路理清了思路。

由此,提出了配方施肥兩原则、配方施肥三原则、有机食品生产的套餐原则【21、29、30、34、35、36、37、38】

我们努力寻找最佳组合——黄金搭档,使有机食品的产量接近施用化肥的产量水平。

2.植物次生代谢研究的新进展起了助推作用

人类对植物次生代谢途径认识的比较晚,我国植物生理专家汤佩松教授早在解放初就开始了对植物次生代谢途径的研究,培养了研究生吴湘玉教授,而后吴教授培养了刘立新和张其孝两名学生,而那时(上个世纪的六十年代),人们还把数以万计地植物次生代谢产物误认为是植物的代谢垃圾【15】,直到了21世纪初期,人们才真正认识到次生代谢产物不是垃圾,而是作为植物生命活动不可或缺的代谢产物【6、7、15、17、18、20、21】。目前人类已经搞清了植物的新陈代谢包含植物基本代谢途径和植物次生代谢途径两部分。北京大学吴湘玉教授的“植物新陈代谢产物决定植物生命活动的一切”的论断【21】,对上述研究作了精确总结【3、21】(参见示意图5)。


植物基本代谢途径:在植物遗传基因的控制下,含光合作用、呼吸作用、遗传物质代谢、生物活性物质的代谢、氮代谢、碳代谢等,这些代谢产物决定着植物型态建成、农产品的产量物质、大部分品质物质等【6、14、17、18、20、21、28】。

植物次生代谢途径:在植物遗传基因的控制下,植物的次生代谢属于功能性的代谢,其主要特点是:把植物基本代谢的产物进行再加工,成为植物生命活动必不可少的物质,维持着植物的正常生活并抵抗不良的生存环境。常见的植物次生代谢途径有:氨基酸生物碱次生代谢途径、芳香剂酚类衍生物次生代谢途径、类黄酮类化合物次生代谢途径、有机酸次生代谢途径、异戊二烯焦磷酸酯类次生代谢途径(产生萜烯类和甾类化合物),还有产生清除入侵的其它生物(除草)的次生代谢途径、产生中草药有效成分的次生代谢途径等等【17、18、21】。这些化合物被称为“化感物质【11、15】”(化学生态学家的称谓)、“植物防御物质”(植物生理学家的称谓)【14、17】、“植保素”含“植物杀虫素、植物杀菌素”等(植保专家的称谓)。我们把它理解为“植物免疫物质”【21】。这些物质往往也是人类所必需的功能性物质,是人类健康所不可或缺的养分。这些功能性物质,在人类健康方面有着举足轻重的作用,是人类健康所不能缺少的成分【21】

但是植物次生代谢途径并不是全部自动打开的,尤其是栽培作物,必须经过诱导才能够开启,如何诱导打开植物次生代谢途径是我们共同关注的问题【21、24、25、26、27】


3.植物必要营养元素在植物生长、发育和产量形成中的作用

人类从1640年开始对植物所需的营养进行研究【13、14、21】,至今已经搞清植物生长必需的16种元素:大量元素:碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)、磷(P)、钾(K);中量元素:钙(Ca)、镁(Mg)、硫(S);微量元素:铜(Cu)、铁(Fe)、锰(Mn)、锌(Zn)、硼(B)、钼(Mo)、氯(Cl);7种有益元素硅(Si)、钠(Na)、钴(Co)、硒(Se)、钒(V)、镍(Ni)、锗(Ge);5种有害元素:汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)、砷(As)、铬(Cr)。就是说,植物必须有上述必需植物营养元素的参与,其新陈代谢才能够正常运转,7种有益元素参与对植物生长有益,否则,一切无从谈起。而5种有害重金属元素对作物和人类都有害,普通农产品的生产是如此,有机食品的生产也是如此,毫无例外【14、21、26、27】(参见示意图6)。


大量元素的功能:氮、磷为植物结构组分元素【10、11、13、20】

氮(N)主要构成植物体内的蛋白质、核酸、叶绿素、酶、辅酶、辅基、 维生素、生物碱、植物激素、酰脲。

磷(P)主要构成植物体的核酸、磷脂、腺苷磷酸、磷酸酯、肌醇六磷酸。

钾(K)是非植物结构组分元素;钾在植物体内能激活植物体内的60多种酶;钾参与光合作用,调节植物水分平衡,钾有强渗透势将水分子拉入植物根系;钾调节气孔保卫细胞的膨压,控制气孔开闭来控制蒸腾失水。

中量元素的功能:硫、钙、镁均为植物结构组分元素。

硫(S)主要构成植物体内含硫氨基酸、谷胱苷肽、硫胺素、生物素、铁氧还蛋白、辅酶A等;硫不是叶绿素的成分,但影响叶绿素的合成;硫对蛋白质的结构和功能也很重要。

钙(Ca)构成植物体内果胶酸钙、钙调素蛋白、肌醇六磷酸钙镁等,在

液泡中有大量的有机酸钙,如草酸钙、柠檬酸钙、苹果酸钙等;钙有加强有机物运输,尤其是碳水化合物运输的作用;钙是细胞伸长所必需;钙影响细胞板和纺锤丝形成,保证细胞分裂。

镁(Mg)主要构成叶绿素、肌醇六磷酸钙镁、果胶、酶等。

微量元素的功能:微量元素中除硼和氯均为植物结构组分元素。

铁(Fe)元素在叶绿素合成中起关键作用;参与光合作用和固氮。

锌(Zn)元素在光合、呼吸、氮代谢、激素合成和植物生长方面都有作用;植物体内有59种复合酶含锌。

锰(Mn)元素对种子发芽、幼苗生长、花粉管发育伸长和植物茎的机械强度有一定的作用。

硼(B)元素能增强细胞壁对水分的控制,硼可增强植物的抗寒和抗病能力;通过调节糖和淀粉的合成影响蒸腾;它还影响细胞的发育和伸长;硼影响碳水化合物代谢并在氨基酸和蛋白质合成中起作用。

铜(Cu)元素对叶绿素有稳定作用,防止叶绿素过早破坏;参与蛋白质和糖代谢,与呼吸作用关系密切。

钼(Mo)元素是植物体内固氮酶和硝酸还原酶重要组分。

氯(Cl)能促进氮代谢中谷氨酰胺的转化以及有利于碳水化合物的合成。

作物在生长的过程中上述植物营养元素一个也不能少,但任何时期任何一种或几种营养过剩也同样会产生负面影响。

植物必要营养元素参与植物主要生物化学反应的反应模式举例

1) 光合作用中,首先要进行水的光解反应,水的光解反应过程需要锰离子和氯离子的参与,产物为氢离子和电子和氧气;

  2H2O  4H+O2+4e

 6 CO2+6 H2O  C6H12O6+O2

2) 锌是许多酶的组成成分, 碳双酐酶含有锌有催化二氧化碳水合反应作用:                  

 CO2 +H2   H2CO3   HCO3 +H

( 二氧化碳) (水)  (碳酸)    (碳酸氢根)(氢离子)

3) 植物呼吸过程中硫元素有着重要作用。

光合和呼吸作用的中间产物、百里氢醌、螯合的变价微量营养元素参与含硫的有机化合物在植物体内氧化还原过程。

       R -SH+HS-R   R-S-S-R+2H

这是一系列脱氢加氢、给出电子又导入电子的生物化学反应,是一种氧化还原反应过程,硫在参与这一氧化还原反应中需要变价的微量营养元素参与。                                        

4) K和M能够激活60种酶, 否则植物不能正常生活; K抗自由基破坏

作用;能促进基本代谢和次生代谢均衡运转:

5) 磷酸盐能维持植物体内酸硷平衡,否则植物无法正常生活;

磷酸二氢钾能减缓碱性和减缓酸性条件的的影响,缓冲作用在pH6~8时

最大,所以在盐碱土上施用磷酸二氢钾可以提高作物的抗盐能力。

 KH2PO     K2HPO4

综上所述,植物必需营养元素和有益元素在植物生物化学反应中有着不可替代的作用。因此,有机农业的生产同样都离不开这些必需营养元素。

4.激活植物的免役系统是植物保健的关键一环

探索中国式的有机农业生产,可以考虑利用自然界的逆境环境和人为地给作物胁迫打开植物的次生代谢激活植物的免疫系统,同时适当地补充作物生长过程需要的营养,就能实现植物的基本代谢和次生代谢的均衡运转,实现中国式的有机农产品生产的高产、优质、高效。这其中技术的关键是激活和强化植物的免役系统,达到预防为先、不用药物、避免污染和残留的有机农业目标【21】。实现安全食品的目标。

根据我国传统医学“黄帝内经”中的“药食同源”、“不治已病治未病”的预防原则哲理【1、21】,又根据现代植物生理学、植物生物化学、植保学、化学生态学对植物次生代谢途径及其产物的研究和论述,又借鉴“植物逆境生理学”中胁迫诱导植物产生“逆境乙烯”和“伤害乙烯”的原理,提出提前开启植物次生代谢途径的必要条件【14、21、26、27】;并根据植物营养学所有的植物必要营养元素、有益元素的生理功能以及它们所参加的植物生物化学的加 氢、脱氢、供电子、受电子功能等一系列氧化还原反应原理,从而推导出开启植物次生代谢途径的必要条件和维持次生代谢途径与基本代谢途径均衡运转的充分条件,为确保植物新陈代谢正常进行,确保产生足够的化感物质(植物免疫物质)、防控病虫草害、抵抗灾害性天气,产生丰富的产量物质、品质物质和风味物质,从而实现免除化学农药、实现高产、优质、高效、环保而绿色无污染的农业生产开辟了广阔前景【1、6、9、13、14、15、16、17、18、19、20、21、29、30】

5.如何开启植物次生代谢途径以激活植物免疫系统

如何开启植物次生代谢途径呢?如何让次生代谢运转起来,产生化感物质,使植物具有高品质和高抗病性,这一系列问题一直是植物生理学家、化学生态学家、植物保护学家为之奋斗了几十年的难题,国内外的科学界将此难题称之为“诱导抗逆的研究”【14、18、21】

研究表明,开启次生代谢使其产生抗逆性并非是一件难事,我们找到了两大机会(参见图5),一个是“天赐良机”:环境胁迫开启植物次生代谢途径;一个是四两拨千斤的机会:安全的人造胁迫——我国传统农艺技术措施(育苗移栽、生育期内的中耕、剪枝、整枝、打岔、抹赘芽、环割、多次收割、多次采摘等技术措施)的应用【14、17、21】,和我国近年研制成功的种子处理技术的应用(尤其是有益微生物、有益的肥料溶液处理种子技术等),这里有一个极其关键的技术,就是如何提前开启植物次生代谢途径的问题【21】,这就要尽可能早的进行安全的胁迫技术处理种子或植株幼苗,我们已经掌握的成熟技术中有:有益微生物、微生物药肥及非豆科固氮微生物菌群处理种子,调节肥料盐指数;还有我国传统的伤害性农艺措施,也具有能够起到开启作物次生代谢途径的作用【21】

    环境胁迫对植物次生代谢诱导作用【14、21】,使作物产生激素“逆境乙烯”信号物质(参见示意图5),其代谢特点是:“遇激而增,传息而变”;乙烯是一种不稳定易消耗的激素或称信号物质,是高等植物的内源激素;当作物接近成熟或遇到干旱、淹水、高温、机械损伤、病虫害侵袭时会大量产生乙烯,这是植物对环境的一种生理应激反应,一种因环境胁迫而不断产生的物质。在植物体内形成乙烯的前体是亮氨酸,是一种含硫的氨基酸;如果我们能够保持植物的次生代谢持续运转,就必须保证植物基本代谢中的氨基酸代谢正常进行,同时保证有充足的硫素营养元素的供应【14、17、21】,便可形成大量的亮氨酸;这样,当作物遇到胁迫时,就能迅速形成“逆境乙烯”【14、17、21】,“伤害乙烯”从而开启相关次生代谢途径并促使其持续正常运转【21】

6.植物次生代谢运转的必要条件和充分条件

(1)、必要条件:

环境胁迫:淹水、干旱、低温、高温、盐渍、辐射、病虫侵食、毒物伤害等逆境因子(这些大部分会引起作物生理干旱或引对起细胞膜伤害等)【14、21】

安全的人造胁迫:因切割、碰撞、摩擦、震动、挤压、触摸等机械伤害,用好“安全的人造胁迫”,含各种安全的伤害性农艺措施,如移栽、插秧、中耕、除草、整枝、打权、抹赘芽、分次收割、分次采摘等,人类用各种肥料、有益微生物或菌肥进行浸种处理等,我们暂且把它们都笼统地称为“安全的人造胁迫” 的范围。它们都直接或间接与植物的生理干旱有关,表现在细胞膜的完整性受到侵害等【21】

(2)、充分条件:

开启次生代谢后,要促使其次生代谢的正常运转,必须提供运转所需的营养元素:植物营养元素钾:钾能激活植物体代谢所必需的60余种酶的活性。硫肥要足够,硫可确保亮氨酸正常形成(亮氨酸是形成乙烯的前体),当植物遇到各种胁迫时,能及时发生应激反应,生成激素乙烯,从而打开植物次生代谢途径【14、21】。一旦次生代谢途径打开,能否正常运转产生化感物质,还需要3类物质与能量参与复杂的生化反应 :① B、Mn、Mo等变价微量元素参与为生物化学反应链提供电子供体与受体;②作物的光合作用和呼吸作用过程中产生的活性氢;③微生物利用堆肥中的营养腐殖质产生的醌氢类化合物中活性氢。如果没有这些养分和活性物质参与或者维持生命活动的能量不足,就会使植物次生代谢处于空转状态,次生代谢产物就不会产生。用好“有机肥”、尤其用好富含“百里氢醌” 的有机肥,“活性氢”能够保证供应植物生命活动中的“氧化还原反应”的正常进行(植物光合作用和呼吸作用产物都有活性氢)。植物必要营养元素——螯合态的植物微量营养元素的充分供应,确保植物的基本代谢和次生代谢均衡运转 。全力避免“由于过量施肥” 引起的养分在土壤一植株系统中发生的相互沉淀和拮抗反应,养分不均衡会引起植物体内的非正常代谢反应【21】


 

7.不同种类的胁迫开启植物次生代谢途径的效果不同【14、21】

(1)环境胁迫

环境胁迫诱导作物产生逆境乙烯”【14、17】,使植物从基本代谢进入植物次生代谢,产生化感物质,植物表现抗逆性,施肥(充分条件)使所产生的化感物质增加,抗逆性随之进一步加强,而且并行产生品质物质和风味物质,使农产品获得优良品质与风味,同时叠加养分增加的产量(养分的增产作用)和抗逆性(相当施用了安全农药的增产作用)它们二者所增加的产量,实现大幅度提高了农产品产量【14、21】

(2)安全的人造胁迫

当安全的人造胁迫,指我国许多传统的伤害性的农艺措施,诱导植物形成伤害乙烯”【14、21】从而开启植物次生代谢途径,植物从基本代谢进入次生代谢途径,产生化感物质,植物表现抗逆性,施肥(充分条件)使所产生的化感物质增加,抗逆性随之进一步加强,而且并行产生品质物质和风味物质也有所增加,使农产品获得优良品质与风味,同时叠加养分增加的产量(养分的增产作用)和抗逆性(相当于施用了没有公害的安全农药的增产作用)所增加的产量,从而大幅度提高了农产品产量【21】。人造胁迫的优势是可以提前开启植物次生代谢途径【21】 :指种子处理或最迟为基肥处理在作物面临的环境胁迫到来之前,如病虫草害或灾害性天气发生前,作物已经打开了次生代谢,并产生了化感物质,在环境逆境面前作物表现为抗性,已经具备了防控病虫草害和抵抗灾害性天气的能力,同时并行产生大量的品质物质与风味物质,获得优良品质与风味独特性,由于同时叠加养分增产作用和抗逆性增产作用,从而大幅度提高了产量【21】

(3)何时开启植物次生代谢最好

实施对作物具有显著胁迫作用的人造胁迫,可以在环境胁迫(如干旱、病虫草害等胁迫因子)侵袭之前,人为提前开启植物的次生代谢途径为好。时间越早效果越好,拌种时期处理优于种子萌动期、又优于幼苗期、更优于起身期开启植物次生代谢途径。

提前开启植物次生代谢途径,可以实现防控病虫草害和有效抵抗灾害性天气,同时伴随产生优良的品质物质和风味物质,实施生产高效性。

(4)化感物质与品质物质和风味物质间的伴生关系

植物新陈代谢的次生代谢产物中,存在着化感物质与品质物质和风味物质相伴生的现象,研究发现,在植物新陈代谢的次生代谢产物中,存在着化感物质与农产品品质物质以及风味物质相伴产生的(参见示意图7)【21】也就是说,只要农作物的次生代谢被激活并正常运转,植物的抗逆性增强;生产出的农产品就好吃。次生代谢产物中的化感物质与风味物质二者是密不可分的,它们不是分别产生的,而是并行产生的(如氨基酸和生物碱)或者就是同一种产物(如类黄酮类化合物即是化感物质又是风味物质维生素P)等。


8.植物次生代谢途径产生的五大类化感物质及其功能【6、9、14、15、16、17、21】

在植物在代谢中产生的各类物质:产量物质、品质物质和功能性物质,尤以后者对有机农业的意义更重大。产量物质:主要功能是维持作物的正常生长,形成植物的形态建成和形成产量物质及部分品质物质;品质物质:如蛋白质、脂肪、淀粉、纤维素、亦含风味物质。功能性物质:功能物质对植物生长是具有特殊功能性的,对人类健康也很重要(参见图4)。下面着重介绍植物的5类功能性物质【6、9、14、15、16、17、21】

①化感物质或称作物自身免疫物质:

   植物生理学称为“植物防御物质”;化学生态学称为“化感物质”;植保学称“植保素——植物杀虫素、植物杀菌剂”,我们理解为“作物自身免疫物质”。

有了吲哚生物碱植株就能够杀死蚜虫【15、18、21】

有了类黄酮类化合物,植株能杀死真菌性病原体;对人体亦具有杀真菌性病原体的作用,同时具有增强人体免疫能力的作用【15、18、21】

有了氧肟酸类化合物植株能够杀死细菌性病原体【15、18、21】

当有机酸能够维持植株内体液pH值小于4.2时,就能够杀死进入植物

体内的细菌性病原体【11、18、21】

有了萜烯类和甾类化合物就能够杀死各种害虫、线虫、细菌性、真菌性和各类病毒性病原体的作用【15、16、18、21】;萜烯类化合物和甾类化合物进一步反应形成能够抵抗灾害性天气的物质脱落酸(ABA——下同)【17、21、26、27】。类黄酮类化合物和萜烯类化合物是预防人类心脑血管疾病的常用药物(如银杏叶片)【21】;又如,蜂胶的有效成分为酚类衍生物、类黄酮类化合物和萜烯类化合物等组成,是人们常用的保健食品【21】。而提炼蜂胶后的渣滓,也具有保护植物的环保型农药的功能。

②抗击灾害性天气的物质:

脱落酸(ABA)与植物抵抗灾害性天气的关系:ABA能够维持细胞结构和膜结构的稳定,防止逆境对细胞器和膜系统的伤害:ABA能防止微管拆卸,维持细胞骨架的稳定;ABA能提高膜脂碳链的流动性,防止膜系统遭受低温伤害;ABA能维持抗氧化剂谷胱甘肽(GSH)含量的稳定,防止膜脂的过氧化作用;防止水分散失,促进根系吸水:在叶内,ABA能调节气孔运动,促使关闭,减少蒸腾失水;在根中,ABA能刺激离子的吸收与运转,额外增加根内渗透组分,从而提高了细胞的吸水力【27】

改变植物体内的代谢过程,促进某些溶质的积累:在干旱、低温、盐渍等逆境下,ABA能促进脯氨酸、甜菜生物碱、可溶性糖、可溶性蛋白的积累;而次生代谢产物中的脯氨酸与甜菜生物碱都是最理想的渗透调节剂【14、21、27】,当然,无机盐离子(K、Na、Ca、Mg各种阴阳离子等)也具有这种渗透调节剂作用;(当它们增加时,细胞内溶质——含无机离子和有机小分子溶质量增加,细胞吸水力增加),植物抗旱能力也随之加强【11、14】

我们把脯氨酸、甜菜生物碱和脱落酸三者作用结合起来,从而提高了植物的抗旱性、抗寒性和抗盐性。 可以达到有效地抵抗部分灾害性天气的作用,如果再结合化感物质防控病虫草害的能力和作用,进而实现抗早衰的作用(引起作物早衰和果树生产产生大小年问题的原因,不仅有天气问题,还有病虫害的问题、有机、无机养分供应等问题)。请注意:

当伤害因子的破坏性还处于可逆性阶段时,这些物质可使作物恢复正常;当伤害强度超过可逆性范围时,这些化合物也无能为力,植株只有死亡。只要存在环境胁迫或安全的人造胁迫条件下,必须施用螯合态的微量营养元素(植物生长调理剂活力素或土壤调理剂赛众、氨基酸矿质肥等),就可以达到增加作物抗逆性、抗病性及抵抗灾害性天气的目的。

③能除草的物质【15、18】

有胡桃酸、香豆素、羟基肟酸,能杀死杂草【14、18、21】等。

④具有修复功能的物质

在大田考察中经常发现用赛众有很强的修复功能,不仅治好了果树的病,还修复了病灶。这说明某些元素具有增强植物光合作用的能力,可以额外形成糖、纤维素、构成细胞壁的物质,这是一些并未引起我们注意的钛、钄、铈等元素,都具有促进植物额外形成糖类化合物的能力,在微量营养元素氯的参与下,合成纤维素,进而形成细胞壁和疏导组织等,从而达到修复部分被损害植物组织,长出新树皮、长出新根系。

由此得出结论,只要存在环境胁迫或安全的人造胁迫条件下,必须施用螯合态的微量营养元素(植物生长调理剂、氨基酸矿质肥或土壤调理剂),就可以达到增加作物抗逆性、抗病性及抵抗灾害性天气。还能实现修复目的。

⑤风味物质:

氨基酸(氨基酸比例不同风味也不同,植物次生代谢途径产生了与基本代谢途径不同的氨基酸,更丰富了风味物质)、而芳香剂、维生素P、有机酸、糖(形成一定的糖酸比和果实和蔬菜等一定的pH值等和一萜类化合物等,就可直接产生各种称为风味的物质,可以大大提高农产品品质,口感良好等【15、18、21】

综上所述,农业生产中作物体内能否出现上述五种物质:既①化感物质或称作物自身免疫物质或植物体内功能性物质;②抗击灾害性天气的物质;③能除杂草的物质;④具有修复功能的物质,⑤风味物质:应成为区别与检验是否具有上述功能的肥料的真与伪、这些肥料施用方法是否得当的基本原则。而医学研究表明:作物的一些次生代谢产物,如类黄酮化合物和萜烯类化合物是增强人类自身免疫能力,它是治疗心脑血管病变的良好药物。而微生物药肥的植保有效成分是萜烯多肽,它又是是止咳的好药物,因此植物次生代谢产物不会对环境产生危害,从原理上这些物质也是人类和动物所需要的功能性物质,是对环境友好型的物质。

这里尤其要说明的是,我们通过施肥诱导出的这些化合物,是自然界原本就已经存在的物质,不是我们的新技术发明所创造出来的新物质,它们在生态系统的作用早已稳定,一般不会引发新的、未知的问题。因此,利用这个技术生产的农产品是极其合理的,不仅不会污染环境,不会造成对人类健康的危害,它们是安全的【21】。应当推而广之。在这一点上,与转基因食品不一样,因为转基因生命是人造生命,其代谢产物在生态环境中的作用是个全新的物质,其作用至少要经过几十年甚至近百年的观察期(化肥是经过近百年的观察,人类才发现在过量施用它们时,具有明显面源污染的作用的)【32】

 

其它化感物质

这里泛指中草药和药源植物所产生的各种治疗人类及动物疾病的,有疗效的各类良好化合物;也含各种不利于人类健康的致瘾、致幻性物品等,如烟草的尼古丁、它又是毒品源植物罂粟、大麻等所产生的核心成分等;还有杀人物质:如毒芹碱、生化武器原料蓖麻毒素等各类物质【15、17、21】

9.用双引擎的四轮驱动的吉普车原理来诠释中国式的有机农业

生产的原理、施肥原则、技术措施、促进与抑制植物新陈代谢过程的因素及应用该技术措施应当注意的关键事项等【29】。我们把它们比喻为一个环保型吉普车,试看示意图

两个引擎:我们把植物的新陈代谢分为基本代谢途径和次生代谢途径比作汽车两个发动机,在当代的农业生产中,人们所依据的应用理论基础是植物的基本代谢,往往不清楚还有植物的次生代谢途径,我们只利用了作物的少部分能力,屏弃了植物本身所具有的大部分能力,所以才出现了离开农药和化肥不会种地的怪现象。我们把植物的基本代谢比喻为一个吉普车发动机的一个引擎,把植物的次生代谢比喻为另外一个引擎,双引擎驱动一定比单引擎驱动好。植物新陈代谢由两个部分组成:植物的基本代谢与次生代谢。如果我们充分发挥植物两个代谢的作用,植物自身的正常生长问题、农业中农产品产量问题、农作物防控病虫草害和抵抗灾害性天气的问题,农产品的品质问题、农产品风味的问题都会迎刃而解了。而有机食品的生产问题,自然就解决了。(参见示意图8)

四轮驱动:一个前轮比喻为光合作用产物和呼吸作用的产物;另一个前轮比喻为遗传物质代谢产物、生命活性物质碳代谢、氮代谢等代谢产物;

一个后轮比喻为化感物质(即功能性物质)和抗逆性物质;另一个后轮比喻为品质和风味物质等等。

前、后两个挡风板所提示了两个值得提醒的关键事项:

前挡风板:画出土壤团粒结构及团粒结构破坏的两件值得提醒的土壤的核心问题;

后挡风板:画出施用的养分过量引起的拮抗作用,使得养分间的作用相互抵消,造成浪费和对植物有害的结果.又提醒了农药及养分过量的负反馈作用等

刹车和油门:新陈代谢促进与抑制措施巧妙配合,就能很好地操控吉普车的正常行驶。从而获得有机食品的丰产、丰收。

方向盘:配方施肥两原则、三原则、套餐技术。

    无论什么样的肥料,有机的或是无机的肥料,当我们适量施用时,都会取得良好的效果,但是,如果过量施用,也都会引发新的问题。在某种意义上讲,它们都成了有害物质,或者说是,它们都变成了帕拉切尔苏斯所说的“有毒物品【4、28】”。  我们把它比喻为在后挡风板的提醒目标:不要因为拮抗作用使养分

间的作用相互抵消掉。也不要因为负反馈引起农作物抗逆性尙失、农产品品质和风味的下降等。

 

解释:什么是植物新陈代谢的促进和抑制因素?什么是套餐技术?

a) 促进因素【7、11-18、19、21、25-28】

开启植物次生代谢途径的环境胁迫或安全的人造胁迫,合理补足植物所需营养元素。

b) 抑制因素

严重的胁迫致使植物生活受到损害不能进行正常代谢;营养元素过量引起拮抗,使养分的正常作用不得发挥;土壤的团粒结构被破坏引起植物根系无法正常生长,土壤保水能力减弱或消失,土壤解毒能力减弱或消失;农药的负反馈作用使植物的化感作用减弱甚至丧失,植物的自毒或毒它作用。

c) 套餐技术:开启植物次生代谢途径的生产资料,配合能够完成植物基本代谢途径与次生代谢途径均衡运转的生产资料。如

利用含有有益菌的微生物肥料开启植物次生代谢途径;利用植物所必需的植物营养元素组成的具有有机认证的生产资料的源源供应,促进植物新陈代谢正常运转,产生大量化感物质、品质物质、风味物质,达到所生产的有机食品无农药污染、没有氮氧化合物的污染,使农产品品质、农产品产量、农产品风味物质大量产生。

概括如下:凡是含微生物的生物肥料,都具有开启植物次生代谢途径的作用;再配合供应植物微量营养元素的肥料,这二者结合起来,就可以保障植物新陈代谢正常运转。具体生产资料参见参考文献34【34】

    北京大学汤佩松教授重要理论:在植物的新陈代谢过程中,要注意“代谢控制、控制代谢”,尤其要注意代谢产物的负反馈作用,即植物的每一个生物化学反应都是由一系列的生物化学反应链组成,一环扣一环,才能顺利完成一个完整的代谢反应过程,最后形成最终的代谢产物;这一过程,除受植物基因、酶系统和各种反应的原料的控制外,同时整个反应过程还受各级反应产物(含中间产物)的负反馈作用的控制,亦即代谢产物反过来也能控制着整个新陈代谢的反应过程【5、21】。这些作用在施肥中也是常见现象。

 

(1)、有机肥中的磷过量引发的问题

鸡粪培肥的土壤往往磷过量,请看磷过量所引发的问题:

鸡粪中的磷含量相当丰富,施入土壤后,往往形成磷素的叠加效应,使农田土壤有效磷(P2O5)超过32.5ppm,菜园土壤超过100ppm,这么多的土壤有效磷过量,就会在植株内形成负反馈作用,使籽粒不饱满,使果菜存储的多糖严重不足,难以存放。示意图9说明:叶片中光合作用产物糖转化为淀粉存在于叶片中,而淀粉在植物体内是不能移动的;而叶片的光合作用产物必须转移到植物的储藏器官中,这需要通过淀粉转化为磷酸化葡萄糖的过程通过植物的输导组织进行转运,并在储藏器官积累淀粉(或多糖),并形成有机磷;但是,当植物体内由于土壤无机磷已经过量,并在植物相应的储藏器官已经积累了无机磷时,这个无机磷妨碍着当时磷酸化葡萄糖向淀粉(或多糖)方向转化,结果,在植物相应的部位积累的化合物变成了淀粉(或多糖)、同时还积累了葡萄糖、无机磷和有机磷这四种化合物的混合物。这些化合物是非常不耐储藏的,因为葡萄糖很容易被微生物利用而腐败。籽粒也因为含大量的糖和相对少量的淀粉(或多糖),必然含水量高,结果籽粒不饱满,同时也不耐储藏【11、21】

 

在土壤中过量施用有机肥,也会发生氮过量危害,过量施用有机认证产品而也会发生钾的过量。因此,在有机食品的生产中也不能发生过量施肥。

(2)、有机肥过量还会引起的有害重金属污染问题

有机肥施入土壤后经过若干年后会转化为腐殖酸,而过量的腐殖酸会活化土壤中已经被磷酸盐固定的有害重金属元素,从而使有机食品变成重金属元素超标的有毒食品。下边所列腐殖酸作为络合剂活化已被固定养分或有害重金属元素的情形【11、21】

      OH

Fe   OH + 络合剂             络合铁  + H3PO4

H2PO4

(磷酸铁) (磷酸)

      OH

Al   OH + 络合剂             络合铝  + H3PO4

H2PO4

(磷酸铝) (磷酸)

      OH

Hg   OH + 络合剂             络合汞  + H3PO4

H2PO4

(磷酸汞) (磷酸)

      OH

Cd   OH + 络合剂             络合镉  + H3PO4

H2PO4

(磷酸镉) (磷酸)

      OH

Pb   OH + 络合剂             络合铅  + H3PO4

H2PO4

(磷酸铅) (磷酸)

    OH

As   OH + 络合剂             络合砷  + H3PO4

H2PO4

(磷酸砷) (磷酸)

      OH

Cr   OH + 络合剂             络合铬 + H3PO4

H2PO4

(磷酸铬) (磷酸)

 

(说明:凡是施用过过磷酸钙的土壤或者由于其他原因曾经被害重金属元素污染过的田地(如污灌等),在这样的土壤上过量施用有机肥或腐植酸就会再次把有害重金属元素活化并被作物吸收而形成有毒食品【21】)。

汞、镉、铅、砷、铬以磷酸盐形态存在,则这些有害重金属不会进入植物体的,但是,一旦发生了活化这些元素的上述类似反应出现时,可以预见得到,这些汞、镉、铅、砷、铬被活化后,植物完全可以吸收它们,问题是相当严重的。所以,笼统说用有机肥生产绿色食品,有机食品是不负责任的,只要这些反应存在,在已经被汞、镉、铅、砷、铬污染过的土地上,是生产不出不含汞、镉、铅、砷、铬的绿色食品的。然而,凡是曾经施用过过磷酸钙的土壤都多多少少产生过汞、镉、铅、砷、铬的污染的。在这个基础上施用大量有机肥,一定会发上述类型的反应,一般是难逃活化这些有害重金属元素污染的恶运。

因此,我们在开发或从国外引进土壤调理剂的时候,必须审慎进行,否则就是破坏土壤平衡,严格说是犯罪。务请同行们注意,往往只看增产效果,不看农产品品质及其对土壤结构、容量、污染因子的具体作用情况的影响,有可能铸成大错。过量施肥土壤中积累了大量养分而引发在植物体内的拮抗作用,而在适量施肥时,则作物表现出养分间的协同作用,参见示意图9、示意图10)【4、21】;其机理就是曹宗巽教授的教诲。

 

 北京大学曹宗巽教授关于植物生命活动三基点【4、21】:植物对生命活

 

动的因子的反应表现为呈现为积分曲线(大S形曲线)和微分曲线(Ω形曲线)广泛存在于生命活动中,即:低量有效、适量最佳、过量有害的三个基点。植物的生命活动都与三基点关系密切,各种自然环境与条件比如说温度、水分、气体、热量,和人为田间操作,比如种植密度、施肥的深度、距离、养分施入量等。15世纪的帕拉切尔苏斯指出:“世界上没有什么物质不是毒药,它们的区别仅仅在于计量【28】 。而曹教授把养分的这种双重作用阐述的一清二楚【4、21】,更便于操作。



11有机农业中为什么不能使用农药和化肥?

       从作用效果看,对作物来讲,植物在胁迫环境中所产生的化感物质是对抗病虫草害及灾害性天气的物质,相当于农药的物质,如果您施用了农药,对作物来讲,相当于化感物质过剩,必然产生对植物次生代谢途径的负反馈作用,减弱次生代谢途径的活动能力,抑制化感物质的产生。参见示意图11;同时,植物微量营养元素的供应,能够促进植物次生代谢途径的运转,有利于化感物质的产生,增加化感物质的供应;对上述二者的消长的关系参见示意图11。可以概括如下:而化肥含所有植物必要营养元素,在过量施用的情况下作用不同,N 、P、K过量都会引起不应有的作用,如拮抗作用,相互抵消了养分的作用,从而抑制了某些反应过程;但是螯合态的微量营养元素,有利于次生代谢途径一系列加氢、脱氢、释放电子、与吸收电子的氧化还原反应,促进了反应过程;而在植物次生代谢途径中,化感物质与品质风味物质是并行产生的。因此综合上述几个方面的促进与抑制反应过程,我们可以综合得出如下结论:


从上述示意图11里,我们可以看到:

1) 凡用了农药的抑制了植物的次生代谢使其化感物质与风味物质有所减少;凡施用了螯合态微量营养元素的均能促进次生代谢,使其化感物质与风味物质数量均有所增加;

2) 西方的有机农业为了品质、风味、避免农药污染而不用农药,但是又怕化肥污染,因噎废食,因此也不施任何肥料包含不使用指螯合态微量营养元素,这是以牺牲产量而保品质和风味的办法,这就是目前的绿色食品和有机食品生产技术使其产量极低【21】,得不偿失,应当改进;我国如果效仿西方的有机农业,势必减少农产品总量,必然会制约农业发展。

3) 为减少农药污染,施用农药同时并再加施螯合态微量营养元素,提高抗逆性综合表现为对农药的增效作用,兼顾农产品品质和风味,是一种有效的补偿办法。

4) 在自然胁迫中开启次生代谢、无需使用农药、在加上用螯合态微量营养元素的条件,化感物质与风味物质最多,亦即防控病虫草害的能力最强,风味独特性最好——这就是药食同源平衡施肥法;这是我们努力的方向。

12.如何在有机农业中为作物提供生长必需的营养元素【11、14、17】

有机农业不允许使用化肥,但植物基本代谢与次生代谢的均衡运转必须供给作物各种必要营养元素和有益元素;为此,我们有一套成熟的技术为作物供应植物营养:①、利用微生物豆科和非豆科固氮技术及其产品代替氮素化肥(尤其代替尿素)为作物供应有效氮素;非豆科固氮技术属国际领先技术;豆科和非豆科的固氮微生物与植物有着互相依存的共生关系,这种共生关系促进了植物根系的生长,同时固氮微生物还为植物源源不断地提供氮素,植物对微生物所提供氮素的利用率是100%的,不会产生氮污染问题【35、36、37、38】。②、采用腐熟的优质有机肥可为作物供应磷肥(但有机肥中的钾和中微量营养元素的数量远远不能满足作物正常生长需要),优质有机肥种含有百里氢醌,有利于土壤和植株氧化还原反应正常进行,借以抵抗作物光照不足引起的种种危害,减轻灾害性天气的影响;③为了满足作物对中微量营养元素的需要,还要供应作物正常生长所需要的中微量营养元素,在农业生产中我们发现:螯合态的植物生长调理剂(如杨馥成活力素、或钛微肥等叶面肥、氨基酸矿质肥、赛众土壤调理剂既可通过特殊的施肥技术,开启植物次生代谢途径,同时为植物供应多种中微量和有益元素——特别说明,赛众土壤调理剂是自然形成的矿物养分,是水分促释型的中微量营养元素肥料(把赛众用清水浸泡24小时后的水浸液,可以用来喷施使用【4、15、21】)。

“有机农业土壤培肥和肥料使用的规范要求”一文中介绍:“关于矿质肥料 美国规定有机农业生产使用天然氯化钾时,不得引起氯在土壤中的残留,天然硝酸钠使用量必需低于作物总需氮量的20%以下”,可见賽众加入的盐湖钾肥氯化钾是合理的【40】。(引自“中国农业科技导报”2004第六卷6)

13.有机农业中的养分平衡问题

在人类应用化肥的近百年历程中走过很多曲折的路,都经历了单盐毒害、氮磷比例失调、氮磷钾比例失调,直到现在大田生产中依然随处可见氮磷钾微比例失调的问题,氮磷钾微比例失调主要表现在农作物抗逆性下降和农产品品质下降方面,同时由于施肥不当引起化肥污染【23】;这些教训已经引起全球的关注。

目前我国尚未出台新的有机农产品的国家标准,一直沿用2005年出台的“有机品”的标准,再由于我国尚未形成有机农产品的消费群体,生产有机产品主要用于出口,在实际操作中执行的标准主要依照出口国要求,标准集中在生产加工和储运技术方面,尚无环境和产品质量检测标准。正是因为如此,有机生产多年来形成对于有着各种各样的理解,我们发现各地在有机种植时,也出现化肥施用过程的问题,比如说:有机种植出现氮素过量现象,由于非豆科固氮尚未全面推广的条件下,个别地块已经出现氮素过量、农产品存放期过短的问题。非豆科固氮刚刚出世,甚至发明人也始料未及,典型例证:

A:非豆科固氮过量施用出现绿蒂病(参见以下照片)


B:施用过量的非豆科菌剂的油桃,收获后存放期只有不足三天在冰箱里就烂了。

换言之,化肥百年不断出现的养分比例失调的问题,在有机种植中,在我国不到十年的历程中,全部重演了。解决之道:调整养分比例,实施有机种植的套餐技术,可以完全避免化肥百年走过的弯路。

目前刘立新、梁鸣早提出的有机种植的套餐技术,在2011年,在京郊果树业的实践证明,实施非豆科固氮菌剂、富含磷的有机肥,加上賽众土壤调理剂这一黄金搭档,可以圆满解决这个问题(即解决有机种植中的氮磷钾微全面比例失调的问题)。

我国在有机产品的国家标准GB/T 19630.1~19630.4—2005中规定了“应通过回收、再生和补充土壤有机质和养分来补充因作物收获而从土壤带走的有机质和土壤养分。” 同时在规范性附录A  表A. 1中列出了“有机作物种植允许使用的土壤培肥和改良物质”下面的表是关于有机种植中允许使用的矿物质及其使用条件的摘要。

 

有机作物种植允许使用的矿物质

物质名称

使用条件

磷矿石

应当是天然的,应当是物理方法获得的,五氧化二磷中镉含量小于等于90mg/Kg

钾矿粉

应当是物理方法获得的,不能通过化学方法浓缩。氯的含量少于60%。

硼酸岩

 

微量元素

天然物质或来自未经化学处理、未添加化学合成物质

镁矿粉

天然物质或来自未经化学处理、未添加化学合成物质

天然硫磺

 

石灰石、石膏和白垩

天然物质或来自未经化学处理、未添加化学合成物质

粘土(如珍珠岩、蛭石等)

天然物质或来自未经化学处理、未添加化学合成物质

氯化钙、氯化钠

 

窑灰

未经化学处理、未添加化学合成物质

钙镁改良剂

 

泻盐类(含水硫酸岩)

 

                                                                                    

(三)有机农业的产业化服务

有机农业生产要监控到产前、产中和产后的全过程【39】

产前:有机农业的可用的生产资料的生产与推广应用。能够开启植物次生代谢途径的微生物肥料的功能及其安全性应当予以确认、源于自然的能够促进植物基本代谢途径与次生代谢途径均衡运转的矿物质营养元素配方产品进行研制与监督,确保有机农业的品质、风味、与产量,实现有机食品生产的高效性。

产中:发展适宜田间操作的小型农业机械研制与推广;小型病虫害防治(安全的无公害农药如石硫合剂、波尔多液、楝树制剂、中草药制剂、微生物药肥等)的机械研制与推广;确保我国传统的农艺措施得以发扬光大,它们具有不断开启植物次生代谢途径并确保其运转的功能,不能以化控替代之。

产后:在社会考察中发现,人们在辛辛苦苦生产出有机食果品后,往往在一些细节上的疏忽,使已经获得的果品再次遭到不同程度的污染,很是可惜:值得注意的方面有:

1、 套袋用纸的品质,是否是可以利用的废纸浆制造套袋用纸,是否存在潜在污染的可能性?应当探讨研究印刷品等废纸再造的纸袋有否污染果品的可能性问题等

2、 果品分拣自动化非常重要,手工分拣是否存在再次发生人为污染的问题,比如,大肠杆菌是否超标等,肝炎患者接触过的果品是否有病毒污染等问题?是否还有其它各类人为污染的问题等。

3、 果品包装用泡沫塑料是否含有塑料添加剂——外源激素二恶英等污染的问题,如何确保包装袋洁净不再发生有机果品的次生污染。

4、 果品包装箱的材质是否是二次利用的废纸浆制造,是否存在潜在的人为二次污染的可能性?

5、 小型冷库是否存在氟对大气污染等问题等?是否对存放有机果品的冷库应当有特殊要求?

因此,必须全国有统一的、权威性的机构进行有机认证(应当由公务员进行实施,而不能由公司性质的单位来执行,由公司执行往往客观上形成“给钱就认证”的局面。为确保公正性,必须有国家相关职能部门执行认证。

为在有机食品的产前、产中、产后进行全程服务,也含为有机产品包装使用的物料及其材质进行监控,也含对套袋、自动分拣、包装、储藏等物料用材质等进行认证、监督、检测,对数码条码专门业务部门等为之服务等【39】。参见国家标准“有机产品”GB/T 19630.119630.4—2005

(四)如何进行有机产品的检测和认证

一般百姓鉴别是否是真正的有机食品:用人的感官印象,通过色香味来鉴定。

 

对一般农产品品质的检测应维持常规的方法检测:根据需要作必要的检测,如:蛋白质、脂肪、淀粉(支链淀粉和球状淀粉)、膳食纤维、各种维生素含量、和人类所需要的各种有益元素和对人类健康有害重金属元素和化合物,农药残留、氮氧化合物的残留物。

对有机食品的次生代谢产物的检测:

1 对氨基酸组分和比例的检测;

2 芳香剂和酚类衍生物;

3 类黄酮类化合物;

4 含糖量、含酸量、糖酸比、果实的pH值;

5 一萜含量、萜烯类化合物和甾类化合物;

6 其他对人类健康有明显影响的化合物,根据需要可以检测:超氧化物歧化酶、类胰岛素的检测。

 

三、 中国式有机农业的实践结果

目前,我国在有机认证上已经作了大量工作,近年来也积累了不少可用于生产的好产品,他们是六合G实验室朱安妮的非豆科固氮菌剂(已取得有机认证);天地绿园农业科学研究院的朱莉的微生物T营养供氮菌剂;地福来生物科技有限公司秦小鸥的蓝绿藻固氮供氮菌剂(已取得有机认证),它们都能够不同程度代替化肥的氮素营养(可代替尿素氮的30%到80.5%)。

有机农业中磷的代用品:应用鸡粪含磷丰富的特点,完全可以代替磷肥;因为鸡的消化道短,不能把粮食籽粒很好地消化,大部分植素膦保留在鸡的粪便里,足以满足有机种植中作物对磷素养分的需要。

有机农业中钾的代用品:应用已经获得有机认证的賽众土壤调理剂中的钾素,可以满足植物对钾素的需要;

有机农业中微量元素的代用品:应用水分促释型土壤调理剂賽众,它含有丰富中微量营养元素。

这样,在有机种植中,氮磷钾元素和中微量营养元素都得到解决了。还愁解决不了有机食品生产中的全部养分供应的问题了吗?还担心得不到应用化肥才能够实现的产量水平吗?

关于如何提高农产品品质和风味的问题,完全可以通过开启植物次生代谢途径来完成【14、17、21】,当然还要为植物提供必要的和有益的植物营养元素【39】

 

中国式有机农业的实践结果

水稻:北京市顺义有机水稻,亩产517公斤


地瓜:陕西施用賽众的地瓜单个薯块重9.25公斤

苹果:有机苹果陕西白水县施用賽众的曹谢虎的苹果六亩地苹果,去年共收入11万元,出口香港每个苹果卖12元港币,曹谢虎本人被美国请去交流.

西红柿:陕西大荔大棚施用賽众的有机西红柿

黄瓜:陕西大荔大棚黄瓜从种到收,不断结果,每株黄瓜秧结1000条小黄瓜


芹菜:陕西芹菜賽众示范基地




随着人类不断增长的对物质文化的需求,人们对农产品品质和风味要求也越来越高。而农产品的品质和风味物质恰恰来源于植物的次生代谢途径及其代谢产物,植物的次生代谢还是使其自身获得免疫物质的唯一途径(这是有机农业种植中决定产量的关键因素之一);普及植物的次生代谢知识,使农民认识到正确开启植物的次生代谢途径的技术,并使其有效运转充分条件(科学施肥等),这些技术将成为我国新一代农民追求的施肥目标。而不是一味的增加施肥量等错误理念,普及植物次生代谢知识将带来巨大的社会经济效益。

 

参考文献

【1】 高保衡 黄帝内经素问[M],人民卫生出版社 1963

【2】 王永厚著《农业文明史话》中国农业科学技术出版社,2006

【3】 吴湘钰教授:北京大学生物学植物生理专业1962——1965年“植物生理光合作用”教材讲义、“氮素代谢、硝酸还原作用(张其孝、刘立新的学年论文)”

【4】曹宗巽教授:北京大学生物学植物生理专业1961——1963年“植物生理生长发育”讲义

【5】 汤佩松教授,北京大学生物学植物生理专业“呼吸作用”讲义”1963到1964年

【6】 H.MOLISH  DER EINFLUSS EINER PFLANZE  AUF DIE ANDERE-ALLOPATHIE; FISHER, TENA. TENA,1937

【7】 崔澄,植物中的微量元素《中国科学院微量元素研究工作会议汇刊》 科学出版社 1964

【8】 李继云 匡廷云 汪希彬 微量元素在农业中的应用[M] 科学出版社 1964 36~51

【9】 E.RICE ALLELOPATHY;ACADEMIC PRESS:NEW YORK NY,1974.

【10】 J .J .莫尔维德特别等著(美),中国农业科学院土壤肥料研究所译 , 农业中的微量营养元素[M} 农业出版社 1984

【11】 长谷川杢治(日),谭俊杰等译文,科学施肥新方法[M] 化工出版社,1990

【12】 王家钰 植物营养元素交互作用研究[J]土壤学进展 1992(2)1~10

【13】 中国农业科学院土壤肥料研究所主编中国肥料[M] 上海科学技术出版社 1994.

【14】 王清连,等 植物生理生化[M].北京中国农业科技出版社1999、12

【15】 孔垂华 胡飞 植物化感相生相克作用及其应用[M] 中国农业出版社 2001

【16】 孔垂华 21世纪植物化学生态学前沿领域 应用生态学报[J], 2002,13(3)349-353

【17】 (美)部坎南(Buchanan.B.B.)等主编,翟礼嘉等译 植物生物化学与分子生物学[M] 北京科学出版社,2004,2 P:730

【18】 孔垂华 胡飞,植物化感 相生相克作用及其应用[M] 2004年6月第二次印刷 中国农业出版社

【19】 徐明岗、梁国庆、张夫道等中国土壤肥力演变[M} 中国农业科学技术出版社 2006

【20】 陆景陵 陈伦寿 曹一平科学施肥必读[M] 北京中国林业出版社,2007

【21】 刘立新 科学施肥新思维与实践[M] 北京中国农业科学技术出版社,2008、5

【22】 植物次生代谢途径及其产物在农业生产中的应用—土壤健康保健、植株健康保健及其对人类健康保健的促进 (内部交换资料)

【23】 刘立新、梁鸣早 推荐一种能提供肥料功能的施肥法——药食同源平衡施肥法[J] 中国土壤与肥料2009(3)82~85

【24】 刘立新、梁鸣早 用化肥开启植物次生代谢途径的原理和方法[J] 中国土壤与肥料2010(1)88~92

【25】 刘立新、梁鸣早 植物次生代谢作用及其产物概述[J] 中国土壤与肥料2009(5)82~86

【26】 闵久康主编 农业生态生物化学和环境健康展望[M} 现代教育出版社2010 547~558刘立新、梁鸣早 第1卷第33章 科学施肥新理念、新技术—药食同源平衡施肥法

【27】 闵久康主编 农业生态生物化学和环境健康展望[M}现代教育出版社2010 1 2230~2237 刘立新 梁鸣早 诱导技术及其代谢产物在农业生产中的重大应用

【28】 瑞典Olle Selinus  郑宝山等译 医学地质学——自然环境对公共健康的影响 [M},科学出版社2009

【29】 低碳、绿色、有机、环保PPT(内部交换资料)                             

【30】 吴岱彦、刘立新 中国有机农业的选择 2010年8月 发表于  三农发展内参网

【31】 刘立新、梁鸣早 关于土壤板结的成因与对策 2011年 8月 发表于 三农发展内参网

【32】 刘立新、梁鸣早  落实十二五规划目标推进治理化肥农药等面源污染 ,2011年8月 发表于 三农发展内参网

【33】 刘立新、梁鸣早 解析当前施肥中几个问题及我们的建议 2011年8月发表于 三农发展内参网

【34】 几种绿色食品或有机食品生产中取得认证的生产资料(——六合生物有机肥、植物生长调理剂活力素、微生物药肥、氨基酸矿质肥、三安有机肥、生物肥皂等——内部交换资料)

【35】 秦宝军 罗琼 高淼 胡海燕 徐晶 周义清 孙建光 “小麦内生固氮菌及其ACC脱氨酶活性研究”[J] 中国农业科学 (已收录)

【36】 孙建光 胡海燕 刘君陈倩 周义清“农田环境中固氮菌促生潜能与分布特点研究” [J] 中国农业科学 (已收录)

【37】 孙建光 罗琼 高森 胡海燕 徐晶 周义清 “小麦、水稻、玉米、白菜、芹菜内生固氮菌及其系统发育研究” [J] 中国农业科学 (已收录)

【38】 陈倩 高淼 胡海燕 徐晶 周义清 孙建光“一株拮抗病原菌的固氮菌” [J] 中国农业科学 2011年 第44卷 第16期 P3343

【39】国家标准“有机产品”GB/T 19630.1~19630.4—2005。

【40】 陆平、冒乃合、刘波“有机农业土壤培肥和肥料使用的规范要求”“中国农业科技导报”2004第六卷6 P:11-14

                                                                                                                    责任编辑:文奖

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