第12章 植物营养及施肥与人类健康.

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1 第12章 植物营养及施肥与人类健康

2 主要内容 施肥与环境 矿质营养与品质的关系 植物营养性状基因型差异的机理 植物营养性状的遗传学改良 植物营养改良与人类健康的关系

3 第一节 施肥与环境 温室效应使全球变暖已引起广泛重视。造成温室效应的主因是：CO2、CO、 NO、 N2O（氧化亚氮）、甲烷、氯氟烃、水蒸汽等。 施肥与全球变暖的关系问题是一个新问题，也是一个大问题。因为施肥是农业生产中经常的重要措施。施肥对全球变暖的影响是通过产生温室气体来进行的。其中最主要的是氧化亚氮和甲烷及二氧化碳。

4 一、全球变暖成因 气温波动上升 厄尔尼诺 自然原因 火山喷发 弱 太阳活动 燃烧矿物燃料 人为原因 强—加剧 毁林 不合理施肥

5 二、CO2的温室效应 燃烧化石燃料 排放大量二氧化碳 大气中二氧化碳浓度增加 二氧化碳强烈吸收红外线 全球变暖的主要原因 全球变暖
大量森林被砍伐 二氧化碳消耗减少

6 探究活动三：全球气候变暖的影响 三、全球气候变暖的危害 生态系 统调整 全球海平面上升 灾害事件多发 威胁人 类健康

7 1、生态系统调整 ⑴改变植物群落的结构、组成及生物量，使森林生态系统的空间割据发生变化，同时也造成生物多样性的减少
⑵某些脆弱性物种灭绝风险增加 ⑶产生施肥效应

8 2、海平面上升 探究活动三：全球气候变暖的影响 全球变暖 海水入侵，淹没土地 冰川融化 海平面 风暴潮加剧,洪灾加剧 海水热膨胀
陆地污水排放受阻 海岸侵蚀加强…… 冰川融化 海水热膨胀 海平面 上升

9 3、导致干旱、暴雨、洪涝 ⑴北半球中高纬度大部分地区降水增加 ⑵大部分干旱、半干旱区域蒸发增强，变得更加干燥。
⑶热带气旋的强度和频率将明显增加。

10 4、威胁人类健康 加快和扰乱人体新陈代谢 热带、亚热带炎热天气增加 全球变暖 改变传染媒介的活动范围 影响人体健康 改变病原菌的滋生环境

11 5、农业 北半球变暖，使温度带北移， 有利于作物生长 有利 影响 高纬度地区作物生长延期， 产量增加 全球变暖 热带半干旱地区，作物产量下降
中纬度谷物带，粮食产量下降 不利 影响 农业病虫害范围扩大

12 6、工业 减少高纬度地区供暖的能源消耗 有利 影响 使节水节能技术、耐高温干旱的 培育技术等获得广阔的市场 全球变暖 明显增加较低纬度地区
制冷的能源消耗 不利 影响 使产生温室气体的工业生产 活动承受的压力和负担加重

13 治理措施 减少化石燃料的使用 提高燃烧效率 减排 开发新能源，改善能源结构 造林 国际合作 《京都议定书》 公众参与 国际合作 使用公交工具
使用节能灯 衣食居住篇 拔下插头 及时加减衣服 少用一次性木筷 运用保温材料

14 四、氮肥施用与环境 氮肥的施用对增强土壤供肥能力、提高农作物产量以及改善作物品质起到极其重要的作用。美国科学家HoeftRG认为,如果立即停止施用氮肥,全世界的农作物产量将减少40%～50%。因此,氮肥的施用对促进现代农业生产的发展起着不可替代的作用。

15 1、 农业生产中的氮肥施用现状及存在问题 1.1 氮肥施用现状
1、 农业生产中的氮肥施用现状及存在问题 1.1 氮肥施用现状 目前,我国氮肥的生产量和消费量均居世界首位,氮肥(折为纯氮)年使用量约为2500万t,占全世界氮肥施用总量的30%左右,单位面积使用量是世界平均水平的3倍,而且还将呈现继续增加的趋势。预计至2010年,我国氮肥需求量将达到3300万t。由于施用量较高,氮肥损失特别严重,损失率高达70%。实际上,农民施肥的利用率还低于上述数据,这在高产地区和经济效益较高的蔬菜、果树、花卉生产中更为突出。氮肥施用量的增加虽然提高了粮食产量,但也加剧了对环境的污染,导致生态恶化。

16 1、 农业生产中的氮肥施用现状及存在问题 1.2 目前氮肥施用中存在的问题
1、 农业生产中的氮肥施用现状及存在问题 1.2 目前氮肥施用中存在的问题 从20世纪80年代到现在的20多年时间,是我国化肥施用量增加最快的时期,但粮食产量并没有实现同比增长,单位化肥用量的粮食增长量却不断减少,每千克化肥增产的粮食不及世界平均水平的l/2、美国平均水平的l/3。由于氮肥施用量和施用方法的不合理,致使氮肥利用率低,增产潜力远未得到充分发挥。

17 2 、氮肥施用对生态环境的污染 氮肥的大量施用和养分利用率低所形成的矛盾是一个严重的问题。许多地区的高产田块随着施氮量的增加所带来的环境问题也日益突出。氮素损失对土壤化学及环境污染方面即NO-3淋失对水源的“富营养化”和反硝化产物对同温臭氧层的破坏问题已引起世界各国研究机构的足够重视。气态氮的排放量增多,导致一部分地下水的硝态氮含量超标、河流和湖泊水体的含氮量增高、水质的富营养化、鱼类死亡、藻华频发、近海赤潮频发等现象的发生。这些后果已经成为制约农业持续高效发展的限制因素。

18 3 、控制氮肥污染,提高氮肥利用率的对策 3.1 加强农田生态系统中氮素循环的研究
3 、控制氮肥污染,提高氮肥利用率的对策 3.1 加强农田生态系统中氮素循环的研究 由于氮肥的转化和去向在各种生态条件下显著不同,对不同农业生态条件下氮肥的转化和去向进行综合系统的研究,是制定相应的氮肥管理措施、提高氮肥利用率的基本依据。确定各个地区的硝态氮淋溶阈值,对土壤硝态氮残留和淋失的趋势进行预测和评价。

19 3 、控制氮肥污染,提高氮肥利用率的对策 3.2 加强氮肥的管理,改进氮肥施用技术
3 、控制氮肥污染,提高氮肥利用率的对策 3.2 加强氮肥的管理,改进氮肥施用技术 加强对各种肥料的管理,严格检测化肥质量,防止有毒物质随氮肥进入土壤。制定适合某地区和单个田块的推荐施肥模型、氮肥合理用量及施用时期、施用方法等是氮素资源管理的核心问题。

20 3 、控制氮肥污染,提高氮肥利用率的对策 3.3 氮肥的施用分配要合理化
3 、控制氮肥污染,提高氮肥利用率的对策 3.3 氮肥的施用分配要合理化 目前我国氮肥施用分配很不合理。首先,作物品种间肥料投入不平衡,高经济价值作物投入过高,其他作物投入不足。例如在经济效益较高的蔬菜、果树、花卉生产中,氮肥用量(纯N)平均为569～2000kg/hm2,为普通大田作物的数倍甚至数十倍,且超量使用问题十分普遍。

21 3 、控制氮肥污染,提高氮肥利用率的对策 3.4 选育氮素高效品种并大力发展生物固氮
3 、控制氮肥污染,提高氮肥利用率的对策 3.4 选育氮素高效品种并大力发展生物固氮 我国具有丰富的作物种质资源,不同植物营养遗传基因型的作物品种,其肥料利用率的变幅在24%～82%之间,养分利用高、低效品种的肥料利用率可相差3倍,从这些资源中选育出能高效吸收、利用氮素的农作物新品种(氮高效品种),因此可以利用分子生物技术充分发掘和利用植物自身的遗传潜力,通过基因工程手段对作物的营养特性进行改造,选育营养高效型的作物品种。   

22 3 、控制氮肥污染,提高氮肥利用率的对策 3.5 研究其它农业生产管理措
3 、控制氮肥污染,提高氮肥利用率的对策 3.5 研究其它农业生产管理措 施研究其它农业管理措施,加强农业生产技术体系。如进行合理的作物轮作,采用先进的灌溉技术,应用无土栽培技术、平衡施肥、测土配方施肥等农业综合措施。

23 3 、控制氮肥污染,提高氮肥利用率的对策 3.6 新型肥料的研制
3 、控制氮肥污染,提高氮肥利用率的对策 3.6 新型肥料的研制 针对化肥存在的问题,从控制养分释放上着手,研制、生产能保肥增效的新型肥料。实践证明,化肥利用率低的原因有几方面:一是肥料多为单一肥料,养分不完全,不能被作物协调吸收利用;二是肥料性质容易变化而造成养分损失;三是肥料在土壤中溶解过快,超过了作物吸收量,释放与作物生长发育需肥规律不协调。

24 五、磷肥施用与环境 磷肥对环境的污染：一是磷肥生产过程对环境的污染，二是磷肥施用对环境的污染；
目前，我国有大、小过磷酸钙厂400个左右。20世纪80年代以前过磷酸钙产量一直占我国磷肥产量的65 %～75 %。突出的问题是产品品位较低，1997年全国重点过磷酸钙厂的平均有效含磷量为14.4 %，硫量消耗为239ｋｇ／ｔ25PO。80年代以来，由于磷铵为主的高浓度磷肥的迅速发展，过磷酸钙在磷肥总产量中的比例不断下降到40 %以下。

25 1、磷肥生产与环境  磷肥生产对环境造成的影响，如磷石膏（生产1t H3PO3就要副产磷石膏5t）、污水处理、氟的污染及矿山复垦等问题。其中磷石膏处理是一个重大问题，因为数量很大，而且含有放射性，存贮时也会对生物造成危害。  

26 2、磷肥与水体环境   近年来，磷肥对水体环境的影响在国内外引起了广泛关注。水体中只要含0.02mg/kg的磷，将使水体开始富营养化。我国的几大湖泊几乎都或轻或重地存在着水体的富营养化问题，有些达到了甚为严重的程度。有报告指出，磷素经由水体被带入一些湖泊（如滇池、洱海、淀山湖和南四湖等）的总磷量中来自农田的约占14%~68%。说明应当重视农田磷肥投入对水体环境的威胁。大量的研究结果表明，进入水体的磷主要是通过径流带入，当然渗漏也会占有一部分。而径流水溶磷的浓度必然和土壤有效磷水平有关。  

27 3、磷肥施入土壤中的重金属积累 由于磷肥是用自然界中磷矿石加工成的，磷矿石除含钙的磷酸盐矿物外，还含有相当数量的杂质，特别是中低品位磷矿，杂质更多，这些杂质直接影响磷矿和磷肥中镉、镍、铜、钴、铬含量。但据中国科学院南京土壤研究所鲁如坤等对全国磷矿和磷肥中镉含量的研究表明：中国主要磷矿的镉含量在0.1~2.9mg/kg范围内，平均为0.98mg/kg，远比其他国家磷矿中含镉量低。国产过磷酸钙和钙镁磷肥的平均含镉量为0.60mg/kg，特别是钙镁磷肥，平均镉含量只有0.11mg/kg。根据我国土壤、磷肥用量和含镉量以及土壤最大镉负荷量，鲁如坤认为，随磷肥进入土壤的镉量在相当长的（如数百年）时间内不会对生态环境造成大的冲击。 

28 科学施肥 因此，为减少通过施肥对环境造成的负面影响，我们应依据科学的施肥原理，大力推广配方肥施用，做到施肥适时适量、科学合理。只要按照施肥原理合理施用肥料，不仅会大大提高肥料的利用效率，减小施肥对环境的危害，而且对我国农业的持续发展也有着重要的作用。

29 六、施肥与环境污染 1、施肥会造成哪些污染？ 　　我们常用的肥料有以下几大类，第一类是有机肥，有机肥的原料是各种作物的茎、秆、叶、根茬、杂草、人粪尿、畜禽粪便以及污泥等堆沤制成。第二类是化学肥料，化肥是由化肥厂加工制造出来的，原料有酸、碱、盐、矿石和一些工业的副产品，经过加工后分别制造成各种类型的化肥。第三类是城市垃圾和工业污水，垃圾中的材料，有食品工业和轻工业的残渣废料，还有生活垃圾，这些残渣废料中有很大一部分是塑料制品，经过加工后虽然成为肥料，但也是施入土中的污染源。 施肥的目的是改善土壤环境，增加农作物产量，改善农产品的质量。但由于管理不当，肥料用量过大和施用方法不妥而造成土壤、空气和水质的污染，在土壤中留下有害的化学元素污染和生物污染。这些污染又影响产品，最后通过食物和饮用水而危害人们的健康。

30 施肥与环境污染 2、施肥在土壤中留下那些有害的元素? 　　施肥在土壤中留下的有害元素，主要是通过使用化学肥料。有害元素主要存在于以矿石为原料的磷肥，锌肥和硼肥中。锌和硼是微量元素肥料，用量极少，留在土壤中的有害物质不多，可以忽略不计。因此造成土壤污染的主要是磷肥，磷肥除含有营养元素磷、钾、钙、锰、锌和硼等以外，同时也含有害物质砷、镉、铬和氟，其中又以镉的含量及毒性最强，对人体的毒害，仅次于汞居第二位。粮食作物和饲料作物如吸收了有毒害的镉元素，就会直接和间接危害人类的健康，所以要防止有害的镉元素进入食物链，也是防止人体过量吸收镉的重要途径。作物对镉的吸收以叶菜类吸收积累最多，尤其是莴苣，而禾谷类作物积累较少，可食用的部分积累的镉量又比秸秆少。我国所产的磷矿石以四川、云南和贵州三大矿石为主，这三大磷矿石所含的有害镉元素的量，平均分别为0．7毫克至4．0毫克／千克。我国磷矿石所含的有害镉元素在世界上属于中等水平。所以有害元素的污染，不可勿视，一旦加重，就不易从土壤中彻底清除。

31 施肥与环境污染 3、施肥在生物体中留下那些污染物? 　　施肥对生物体的污染，主要污染源是有机肥和垃圾，因为有机肥中的粪便和垃圾，包含着种类繁多的微生物，其中有不少是病源菌。这些病菌最终都是作为肥料施进土壤，或流入江、河后与作物接触，使作物感染病害，有的还粘附在作物的茎、叶上，尤其是蔬菜，被直接送进厨房，而进入人体，开始了下一个污染过程。如此循环，没完没了，真是贻害子孙后代。据北京市环保所的调查结果，微生物污染严重的蔬菜有菜花、黄瓜、扁豆和茄类，寄生虫污染严重的蔬菜有，马铃薯、藕、笋、韭菜、芹菜、香菜、白菜、萝卜和葱。 　　植物残体也一样传布病原菌，如稻瘟病、水稻白叶枯病和纹枯病，小麦的茎腐病，油菜菌核病等，在未经过无害化处理的情况下，这些病菌随着有机肥进入土壤或经雨水冲洗进入土壤，再次传播给正在生长的作物。

32 施肥与环境污染 4、施肥是怎样污染地面水源的? 　　地面的水源，主要是指江、河、和湖泊中的水，污染这些水又主要是氮磷营养物质。进入地面水源的氮、磷营养物质，原因是： (1)施肥不当，尤其是氮素营养很容易随水流走； (2)城乡人民的生活污水； (3)水中原有的腐烂沉积物质的溶解物。未被污染的地面水是自然水，自然水中含的矿物质和氧气有一定的比例，适宜水生植物和鱼、虾、贝类等水生动物生长繁殖的，一旦水被污染，也就是说水中氮、磷营养的养分过量，就会造成水生植物和某些藻类的加速生长和繁殖，死亡之后的腐烂和分解，又大量消耗水中氧气，最终使水体脱氧，造成大批鱼、虾贝类因缺氧而窒息死亡。 水中的动植物死亡后，水色变暗，发出恶臭，污染环境。这种情况在发达国家更加严重，美国，因施肥不当引起氮、磷养分的流失进入地面水源的占污染源的50％以上，由此可见，施肥不当是造成农田总水体污染的主要原因。

33 施肥与环境污染 5、施肥污染地下水对人体健康的影响？ 　　施肥主要是为作物提供营养，肥料施入土壤中，其可溶性物质只被作物吸收利用了一部分，另一部分被土壤吸附，还有一部分随浇灌水流走，或者随水下渗了，下渗水通过土层流进地下水，造成地下水的污染。被污染的地下水，对人畜健康有一定影响。肥料的营养元素很多，究竟那一种元素污染地下水，应该首先搞清楚，大量元素氮、磷和钾，钾元素进入地下水中，对人畜健康均无毒害。 进入地下水最多的是氮素化肥中的硝酸态氮，这种氮最容易随水流失，它在砂土中的流失量比粘土要多。硝酸态氮本身没有毒性，只是它在缺氧的土层中（深达60厘米－70厘米），会还原成亚硝酸盐，这种盐不仅对婴儿有毒性反应，同时它还是形成亚硝胺的原料之一。亚硝胺是一种致癌物质，这种物质在没有维生素C抑制时，会使人发生癌症。所以，地下水中硝酸盐的含量，引起了世界卫生组织的注意。它们制定饮用水硝酸盐含量的标准，小于50毫克／千克为安全值，50－100毫克为允许值，大于100毫克为超标值。

34 施肥与环境污染 6、施肥是怎样污染蔬菜的? 　　施肥对蔬菜的污染，主要反映在生物污染和化学污染两个方面。生物污染与有机肥的使用和处理不当有关，有些地区的有机肥没有经过无害化处理，有的用新鲜人粪尿直接浇蔬菜，这种没有经过处理的有机肥中含有大量的病菌和寄生虫卵，人们食用带病菌的蔬菜，可能就要生病。化学污染主要是在蔬菜上使用化肥不当造成的，尤其在蔬菜收获前1－2周内，大量施用氮肥，使蔬菜中的硝酸盐迅速增加，在一定条件下如运输、贮藏和加工，硝酸盐被还原成亚硝酸盐。这种富含硝酸盐的蔬菜，在动物体内，也会经过细菌的还原作用转化为亚硝酸盐。亚硝酸盐生成越多，就为亚硝酸胺（致癌物质）的形成提供了原料，最后就有可能引起癌症，危害人们的健康。蔬菜中硝酸盐含量的安全标准和饮用水一样。

35 七、常见不合理的施肥方法 1、施肥浅或表施。肥料易挥发、流失或难以到达作物根部，不利于作物吸收，造成肥料利用率低。肥料应施于种子或植株侧下方16-26厘米的地方。 2、双氯肥。用氯化铵和氯化钾生产的复合肥称为双氯肥，含氯约30%，易烧苗，要及时浇水。盐碱地和对氯敏感的作物不能施用含氯肥料。 3、农作物施用化肥不当，可能造成肥害，发生烧苗、植株萎蔫等现象。例如，一次性施用化肥过多或施肥后土壤水分不足，会造成土壤溶液浓度过高，作物根系吸水困难，导致植株萎蔫，甚至枯死。

36 4、过多地使用某种营养元素，不仅会对作物产生毒害，还会妨碍作物对营养元素的吸收，引起缺素症。
5、鲜人粪尿不宜直接施用于蔬菜。新鲜的人粪尿中含有大量病菌、毒素和寄生虫卵，如果未经腐熟而直接施用，会污染蔬菜，易传染疾病，需经高温发酵或无害化处理后才能施用。

37 第二节 矿质营养与品质的关系

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40 三、矿质营养与植物的品质 （一）氮肥与品质的关系
植物体内与品质有关的含氮化合物有蛋白质、氨基酸，酰胺和环氮化合物（包括叶绿素A、维生素B和生物碱），NO3-、NO2-等。 蛋白质和必需氨基酸含量是农产品的主要品质指标。适量供氮能明显提高氨基酸和蛋白质含量。 氮肥还影响植物油的品质。随氮肥用量增大，向日葵油中的油酸含量增加，而亚油酸含量减少。

41 氮肥用量对油菜籽含油量的影响 施氮量 （ g/ 盆） 籽粒产量 粒重 mg ） 含油量 % 0.2 6.6 1.8 21.2 0.4 7.7
2.2 21.5 0.8 5.6 3.3 41.8

42 氮肥与品质的关系 供应充足的氮是获得甜菜高产的保证，但后期供氮过多则会导致叶片徒长。
产品中的NO3-和NO2-含量是近年来引人注意的主要品质指标。氮肥施用量过大是造成叶菜类植物体硝酸盐含量大幅度增加的主要原因。

43 （二）磷肥与品质的关系 与植物产品品质有关的含磷化合物有无机磷酸盐、磷酸脂、植酸、磷蛋白和核蛋白等。增施磷肥对作物品质有如下作用：
1、提高产品中总磷量； 2、增加作物绿色部分的粗蛋白质含量； 3、促进蔗糖、淀粉和脂肪的合成； 4、使蔬菜上市表观，果实大小，耐贮运，味道特性等都有所改善。

44 （三）钾肥与品质的关系 1、增加禾谷类作物籽粒中蛋白质和必需氨基酸的含量； 2、促进豆科作物根系生长，使根瘤数增多，固氮作用增强；
3、有利于蔗糖、淀粉和脂肪的积累； 4、提高棉花产量，促进棉绒成熟，增加纤维长度，还能提高棉籽含油量； 5、改善烟叶的颜色、光洁度、弹性、味道和燃烧性能，减少烟草尼古丁的含量和烟叶中草酸的含量。

45 （四）钙、镁、硫与品质的关系 钙：钙既是细胞膜的组分，又是果胶质的组分。缺钙不仅会增加细胞膜透性，也会是细胞壁交联解体。番茄、辣椒、西瓜等出现脐腐病，苹果出现苦痘病和水心病等。施钙可增加牧草含钙量，提高其对牲畜的营养价值；提高植物食品的含钙量可以促进人体健康。 镁：施用镁肥提高植物产品含镁量，能够提高叶绿素、胡萝卜素和碳水化合物的含量，同时防治人畜缺镁症（如动物痉卵症）。 硫：硫是合成含硫氨基酸如胱氨酸、半胱氨酸和甲硫氨酸必不可少的。缺硫会降低蛋白质的生物学价值和食用价值。

46 （五）微量元素与品质的关系 铁：绿色叶片（如菠菜）和粮食中的铁是人体中铁的重要来源。缺铁可引起贫血、脑神经系统疾病等。
锰：施用锰肥能够提高维生素（如胡萝卜素、维生素C）含量，防止裂籽、提高种子含油量。 铜：铜对于提高植物产品蛋白质及有关物质的含量有积极的作用。 锌：缺锌使植物成熟期推迟；偏食或食物中含锌量低常引起儿童食欲不振、生长发育受阻。 硼：硼对植物体内碳水化合物运输有重要影响，适量施硼可提高产量。 钼：钼能促进固氮作用，施钼可增加豆科作物含氮量，提高蛋白质含量。

47 四、矿质营养与种子活力和品质的关系 籽粒中养分的缺乏会降低种子活力和后代生存的潜力。
氮能提高母体生殖细胞数量，从而提高产量，但氮过多又会延迟成熟，降低种子活力。含钾量低的种子不仅发芽率低，而且种子寿命短。缺锌延迟种子成熟。缺硼使种子出现“空心病”和“腐心病”。缺锰出现“裂籽病”。 缺氮、缺硫改变了豆科作物种子中氨基酸的组成和蛋白质的合成，从而降低动物及人类食物的营养价值。

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60 第四节 植物营养性状的遗传学改良 传统的育种方法 细胞遗传和体细胞遗学方法 分子生物学技术

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68 第五节 植物营养改良与人类健康的关系 植物也和人、动物一样需要吃、喝，也就是营养，只不过动物和人需要的是植物生产的营养产品，而植物需要的是一些无机营养元素，我们专业把这些元素叫做“养分”。肥料是粮食的“粮食”，化肥给植物提供的就是氮磷钾等养分。那么，给植物吃什么，吃多少，什么时候吃就很有学问。只有植物吃好了，健康了，才能获得比较高的产量和营养均衡的植物产品；同时，人吃了这些植物产品才是健康的。如果植物营养不良,其产品对人和动物健康也会有不良影响。

69 人体必须营养元素 人体可测出70种元素，必须的有14种，分别是：铁、锌、铜、锰、镍、钴、铬、碘、氟、锡、硅、钒和硒等。
1.钙（Ca） 人体存在大量的钙，一般正常成年人的骨骼中含有1.2Kg钙，其中99%的钙存在于骨骼和牙齿中。钙也在血液凝固中起着重要作用，离子态钙可促进凝血酶原转变为凝血酶，从而使伤口处的血液凝固。

70 人体必须营养元素 2.铁（Fe） 铁是生命必须元素之一，在60kg成人体内含铁总量为3.2～3.5g 。其中65%～70%存在于红细胞中，组成血红蛋白；约25%存在于骨髓、肝、脾中，组成储存形式的铁蛋白或铁血黄素；约4%～6%存在于肌红蛋白中；微量组成多种酶（各种细胞色素酶、琥珀酸脱氢酶等）。 铁是人体血液中运输和交换氧所必需的成分。

71 人体必须营养元素 3.铜（Cu） 铜是维持生命体活动所必须的微量元素之一，正常人体内铜的含量约100～150mg，主要存在于肝，肾，小肠及中枢神经等。铜在人体内以铜蛋白的形式存在，它具有多方面的生理功能。少量的铜离子就能活化那些含有脯氨酸或铬氨酸的短神经多钛，其中包括缓激吗啡、催产和血管加压素。

72 人体必须营养元素 4.锌（Zn） 锌是人体必须的微量元素，能增强食欲、促进生长发育；有增强创伤组织的再生能力，促进组织愈合及壮阳等作用；有重要的营养价值。锌能保护心肌免受异丙肾素导致的心肌损害。锌与利尿剂合用能增强作用，有利于控制冠心病的发生。

73 人体必须营养元素 5.碘（I） 碘是人体必需的微量元素，也被称为智力元素。是甲状腺的成分，通过甲状腺素和三碘甲状腺原氨酸发挥生理作用。有促进蛋白质合成、活化多种酶、调节能量转换、加速生长发育、维持中枢神经系统结构的作用。缺碘时可导致一系列的生化紊乱及生理功能异常。

74 人体必须营养元素 6.硒（Se） 硒是人体必需微量元素中研究最广泛最深入的一个特殊元素，在人体各器官和组织中都有分布。各器官组织蓄积量由高到低的顺序为：肾—肝—脾—胰—睾丸—心—肺—脑。在肌肉、骨骼和血液中相对较低，脂肪中最低。硒在机体抗氧化防御体系中有着举足轻重的作用。

75 食物与健康 首先，植物营养要为粮食安全做出重大贡献，因为植物营养就是研究如何通过施肥等措施提高作物产量，改善农产品品质的。因此植物营养不仅对粮食数量安全，而且对粮食质量安全至关重要。通俗点说，就是通过调控植物营养，不但要让人们吃饱；而且还要让人们吃好，吃得健康，吃得放心。

76 食物与健康 从数量方面出发。我国人口众多，但我们创造了占世界9%可耕地面积养活了占世界22%人口的奇迹，其中化肥的贡献巨大，增产作用约在50%左右。可以说，我国当年发展化肥的决策十分英明，如果不施化肥，中国的耕地就只能养活2亿多人口，剩下10亿人就没饭吃。正如诺贝尔奖获得者、绿色革命之父Norman Borlaug指出的那样，如果中国要满足粮食生产的目标，合理利用肥料是第一位需要。目前许多发展中国家，由于缺少化肥，还在饥饿线上挣扎。

77 食物与健康 植物营养不仅保证了粮食数量的增加，同时也使我国居民营养水平得到提高。人们在吃饱的同时更强调要吃好，提高全民素质，大量肉制品、奶制品以及水果蔬菜的生产也必须依赖于肥料的科学使用。植物只有在养分供应协调的情况下才能有好的品质，植物营养学科为此做了大量的研究工作。但目前人们在这个问题上仍然存在一些误区，如一些人认为，施用有机肥的产品品质就比施用化肥的好。实际上，植物养分有多种来源，包括土壤、有机肥、化肥和降雨、灌溉水等多种途径，作物养分协调与否取决于几种来源的共同作用结果，不是其中某一种来源养分的单独作用。所以，不能说施用有机肥产品的品质就一定比施用化肥的品质好。植物营养科学就通过研究上述养分资源的综合管理技术，来保证作物获得良好品质的。

78 食物与健康 其次，植物营养也在资源环境安全中占据重要地位。肥料作为一种独特的资源，其合理施用不但关系到我国粮食安全和人类健康，也关系到矿产资源利用、能源消耗、环境保护等重要问题，由于肥料生产要求活化自然界中大量的氮、磷、硫等元素并把他们转化成可供植物吸收生长的养分，因此肥料必然要和整个生态环境产生错综复杂的关系。当肥料施用不合理时，其中的养分会迁移到大气和水体而造成环境污染问题。例如，目前国际上肥料氮的环境问题已经成为难点和热点，其中包括水体污染、臭氧空洞、空气质量、土壤酸化、生物多样性减少等。因此，通过植物营养科学的进步，促进肥料产业的健康发展，对我国保持生态平衡和环境优美、实现我国社会和经济可持续发展具有重要作用。

79 食物与健康 当然，植物营养科学的作用还能列举很多，它就是通过解决这些问题来造福人类的。 　　植物营养是人类健康的源头和根本，为了人类的健康，我们必须首先重视植物的营养和健康，用植物营养学的方法来解决这一问题是最经济、最有效的方法。 　　所谓植物不健康，是不是它的营养成分有问题？

80 食物与健康 植物营养是农业生产这个循环经济的关键环节，如果植物不健康，多数表现在植物营养成分有问题，首先影响的是植物自身生长，其次，还通过食物链影响人和动物健康。例如，植物中铁、锌、钙等含量如果不足，人吃了就会出现健康问题。①很多人贫血，是因为植物产品中缺铁；②一些儿童个子长不高、厌食，是因为食物缺锌；这些问题在我国还是相当普遍的，例如，我国30%的孕妇缺锌，28%的城市孕妇和41%的农村孕妇有不同程度的缺铁症。由于营养不良造成的GDP损失达2.9%，可见问题的严重性。克服这些问题的有效方法是吃营养丰富的食品，而用植物营养学方法来解决这一问题是最经济、最有效的方法。

81 食物与健康 那么，如何来保证植物有好的营养呢？ 首先以施肥为例来说明。因为许多情况下土壤中的养分不能满足植物需要，需要通过施用肥料来补充这些养分，进而改善植物营养状况，提高作物产量和改善作物品质。如何用好肥料，要讲科学。大家都知道中国有这样的俗话，如“庄稼一枝花，全靠肥当家”、“粪大水勤、不用问人”。这反映了营养植物的作用，但并不完全科学。因为植物对这些养分的要求有一个适量的问题，就像人和动物营养一样，既不能营养过剩，也不能营养不足，过多过少都会带来问题。所以，就像前面说的一样，给植物施什么肥、施多少、什么时间施等都是非常严格的科学问题，需要植物营养科学来回答。

82 食物与健康 植物营养学科针对如何科学施肥进行了许多研究。例如，我们的一项研究“土壤/植株动态测试优化推荐施肥技术的建立与应用”，就创立了这样一种新方法。这项技术根据氮素移动性大、磷钾相对稳定的养分资源特点，确定了氮素精确管理、磷钾适量调控的原则，还研制了相配套的测试仪器，实现了氮素在作物不同生育期的实时监控；将施肥的增产、改善土壤质量和保护生态环境等目标相结合，为高产优质高效和环境友好的可持续农业提供了理论和技术支撑。该成果于1996年—2002年在北京、河北、陕西、云南等省市的小麦、玉米和油菜等旱地作物应用，达到了节肥、增效、高产、改善品质和环境的目的。

83 食物与健康 当然，营养植物的方法并不局限于施肥。例如 “植物适应养分胁迫的根际效应机理研究”成果，就开创了营养植物的新途径。人们通常认为，动物和人比较聪明，能够主动适应各种不良环境，而植物比较笨，只能被动生长在所处的地点。实际上，植物也相当聪明，能够主动通过形态和生理生化变化来适应不良的生存条件。在研究中发现，当土壤铁和锌不能满足需要时，像小麦、玉米这类单子叶禾本科植物就会主动向土壤分泌一种物质，被称作麦根酸类植物铁载体，它可以将土壤中的作物原来不能利用的铁锌活化出来，加以利用，使植物在缺铁和缺锌的土壤上正常生长。这种能力不是所有植物都具有，像花生等双子叶植物就没有。

84 食物与健康 对于花生这样的植物在缺铁土壤上怎么办呢？研究发现，如果将玉米和花生通过间作的方式种在一起，玉米可以把活化的铁给花生利用，花生就不再缺铁，显著改善花生铁营养，提高花生籽粒中的铁含量。当然，玉米也不吃亏，花生作为豆科植物，可以利用空气中的氮，这样玉米就可以更多地利用土壤中氮，并且，玉米对土壤氮的耗竭还能促进花生的生物固氮，结果，两种作物均能使自己产量增加和品质改善。它们就这样建立了这种互惠互利的关系，可见，植物之间也要讲团结协作。而花生中铁含量的增加也可以进一步改善人类铁营养，通过营养植物就营养人类了。间套作是我国的农业优良传统，我们的研究揭示了其中深奥的植物营养科学道理，这个成果在国际上反响很大，由此可见挖掘传统农业精华意义重大。

85 食物与健康 目前，国家在植物营养学原理应用方面有什么大行动？ 现在我国广大农村实行的“测土配方施肥”工作就是在植物营养学指导下的一个大的行动。根据科学测土，有针对性施肥，可以减少大肥大水的浪费，使植物得到合理的营养。另外，国家实行的“沃土工程”、“粮食丰产工程”、“中低产田改良”等行动也都离不开植物营养科学和技术。我们的目的就是要通过植物营养科学的研究，使土壤质量得到提高，土壤越种越肥，食品安全，人类健康，进而造福于子孙后代。

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