微量元素过量对农作物的危害

2017-06-10巩丽刘振东高晗

现代农业科技 2017年8期

巩丽++刘振东++高晗

摘要由于植物对微量元素需要量极微少，在给农作物补充微量元素肥料时，很容易造成施肥过量，导致植物中毒。本文综述了微量元素施用过量对植物的危害，为农业上微肥的施用和微量元素中毒症的判断提供参考。

关键词微量元素；过量施肥；农作物；中毒症状；危害

中图分类号 S312 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）08-0132-03

目前，人们发现的植物必需矿质元素共14种，其中植物需要量较少的必需元素称为微量元素，其在植物体内含量占干重的0.01%以下，分别是铁、锰、硼、锌、铜、钼、氯、镍。微量元素虽然需要量微少，但缺乏任何一种微量元素，都会显著影响植物的生长发育，如缺铁会导致果树黄叶病，缺锰导致黄斑症，缺硼花而不实，缺锌导致玉米“花白叶病”和果树“小叶病”等。微量元素缺乏症在农业生产上时有发生，因而需要补充微量元素，使作物恢复健康。因为植物对微量元素的需要量极其微少，在给农作物补充微量元素肥料时，需要特别注意施用量，稍有过剩就会对植物产生毒害，反而影响作物的产量和品质。积累过多微量元素的农作物还进一步影响人和动物的健康。也有些微量元素，过量时虽然对植物的生长影响不大，但却通过食物链进入动物体内，引起动物中毒，如钼元素。因此，了解微量元素过量对农作物的毒性对农业生产具有重要的参考意义，本文对各种微量元素過多的危害、毒性的临界值以及影响微量元素中毒的因素等进行了简要介绍。

1 铁元素

铁毒产生的直接作用因子是亚铁离子浓度过高。长期渍水的水田及酸性土壤易积累Fe2+，诱发多种活性氧的产生，影响植物生长、叶绿素含量、酶活性等各项生理指标，破坏植物细胞的结构和功能，引发铁毒害[1]。不同植物铁中毒症状不一，亚麻铁中毒时产生暗绿色叶片，生长受阻，根变粗短，并且组织中大量积累无机磷酸盐；烟草铁中毒时产生暗褐色至紫色叶片，烟叶脆弱且质量变劣；菜豆铁中毒在叶片上产生黑色斑点；水稻则是从下部叶位的尖端开始出现褐色斑点，然后扩展至整个叶片，再继续发展至上部叶片，最后下部叶片转变成灰色或白色[1]。铁毒稻株常伴随着K、P、Ca等营养元素的失衡[2]，因而被认为是一种多重胁迫。

有报道称土壤中铁含量超过10～25 mg/kg时，就会导致水稻中毒。水培试验表明，早稻铁中毒的最低Fe2+浓度不低于40 mg/L，晚稻铁中毒临界浓度更高一些。一般认为土壤铁含量超过50 mg/kg可能出现铁中毒，超过1 700 mg/kg会导致植物死亡。铁中毒临界浓度因研究者的材料与条件不同而有较大差异。此外，其他元素会影响Fe2+的吸收、运输及在体内的活性，能加重或减轻铁中毒。铁中毒还与作物种类、品种、龄期及活力有关[3]。

铁毒严重的酸性土壤中施用适量的石灰或石膏可以减轻铁毒，提高作物产量；适量的磷营养及钙供应也有助于提高水稻对铁毒的耐性[1]。

2 锰元素

土壤中锰过多会造成叶片输导组织坏死，阻碍蛋白质合成，叶绿素含量显著下降，光合速率和呼吸速率减弱，导致锰中毒。更严重的锰中毒会引起氧化胁迫，累积大量活性氧自由基，破坏叶绿素[4]，还会抑制钙和铁等必需元素的吸收，影响植物生长[5]。锰元素首先危害的部位是叶片，而不是根系[6]。

锰毒的典型症状一般表现为老叶边缘和叶尖出现许多焦枯褐色的小斑并逐渐扩大，斑块上出现锰氧化物沉淀。锰毒症状及毒性临界值由于植物种类、营养物质及土壤环境的不同差异较大。对于大多数作物来说，土壤中锰含量大于500 mg/kg时即为锰过量。水稻锰中毒临界浓度为2 500 mg/kg，锰中毒表现为黄化叶片零散分布，叶片上有棕褐色斑点，严重时叶尖、叶缘枯黄内卷，部分叶片主脉呈紫色或暗绿色，似火烧状。大麦锰毒害临界浓度为770 mg/kg，叶片中毒症状为顶部褪绿，边缘坏死，叶面有孤立的坏死斑。柑橘锰中毒临界浓度为300～1 000 mg/kg[7]，表现为叶片边缘发黄，叶面出现凹陷的棕褐色坏死斑点，并逐渐扩展至整张叶片，导致叶片提前脱落。

因酸性土壤中更易出现锰毒，可从保持适宜的土壤pH值和排水通畅2个方面进行调控[8]。

3 硼元素

植物对硼的浓度非常敏感，硼缺乏、适量和中毒之间的浓度变幅极小。生产上缺硼比硼中毒更普遍，硼中毒主要有以下3种原因：土壤本身的硼含量高或在自然界中逐渐积累；过量施用含硼量高的无机肥；灌溉含硼量高的水而在土壤中发生硼富集[8]。

植物硼中毒的一般症状：首先老叶叶尖或叶缘褪绿，接着叶尖或叶缘出现黄褐色的坏死斑，斑点扩展到侧脉间并伸向中脉，最后导致叶片坏死或呈枯萎状，并过早脱落。绿豆表现为叶缘失绿，迅速扩展到侧脉间，叶片呈枯萎状并过早脱落；梨树硼中毒时皮孔粗大，树皮粗糙，严重时枝皮泛黄、无光泽[9]。低强度硼中毒即会使作物体内活性氧水平提高，破坏叶绿素结构，抗氧化酶活性受抑制，植物细胞结构受损，生物量降低[10]。不同植物对高硼的耐受性差异较大，硼中毒的临界水平也有很大变化。一般来说，当土壤中硼含量超过5 mg/kg时，植物就可能出现中毒症状，一般要求灌溉水中硼的合理浓度在0.3～0.6 mg/L之间。

植物硼中毒时，可用水或其他盐溶液充分淋洗土壤；用三异丙醇胺（TTPA）与硼酸形成鳌合物降低有效硼；适当施用石灰也可减轻硼毒害[11]。

4 锌元素

随着锌肥的大量使用、铅锌矿的开发和工业废水的排放，锌毒害问题日益突出，并且植物锌中毒后又会随着食物链威胁人类的健康。锌毒害贯穿于植物的整个生活史及各生命现象，包括抑制种子萌发，损伤植物细胞超微结构，严重伤害内部生理功能，进而抑制植物光合效率，抑制植株正常生长发育[12]。锌在作物中主要累积于根部，而非地上部，籽实中含量更低[13]，关于植物锌中毒的临界浓度和中毒症状目前尚无定论。从形态上看，锌过量时植株矮小，叶片黄化，叶片、叶柄形成红褐色斑点，可以出现在各个叶位。如各种蔬菜在高锌浓度条件下中毒症状有的首先出现在顶端心叶及新叶，有的首先出现在基部老叶或是首先出现在茎基部[14]。一般认为当作物锌浓度达到50～100 mg/kg时即可能过量，浓度为400 mg/kg时对大多数作物都会造成毒害，并通过食物链的生物放大作用威胁到人类的健康。不过与其他重金属元素相比，锌的毒性较小，作物的耐锌能力较强。

锌元素的毒害可通过施石灰或施磷消除[15]。

5 镍元素

镍是土壤中的重金属污染物之一，过量会抑制种子萌发，使叶绿素含量降低，影响抗氧化酶活性，引起植物代谢紊乱、中毒甚至死亡，还会影响对其他营养元素的吸收。不同植物或同一植物的不同组织中含镍量相差较大。镍中毒症状是新叶黄化甚至变白，出现灰褐色坏死斑[16]。桑苗受害时，侧根丛生且短小，大部分根尖腐烂。低中毒浓度镍处理雍菜后，真叶黄化，脉间失绿；高中毒浓度镍处理时，子叶展开慢，首片真叶黄化，而子叶保持绿色，最终植株死亡。植物含镍范围为0.1～5.0 mg/kg DW，植物对镍很敏感；体内镍浓度达到10～100 mg/kg DW时就会中毒；营养液中镍浓度超过1 mg/kg时，部分植物中毒[17]。

因镍在pH值>7.2条件下变为不溶性，故可以采用投入石灰、氧化镁等材料的方法，或使用大量堆肥来解毒。根本措施为掺入非污染土壤[18]。

6 钼元素

植物忍耐高浓度钼的能力很强，缺钼（1 μg/L）和钼中毒之间的差异很大。试验表明：钼浓度为0.5～100.0 mg/L时会对亚麻生长产生不同程度的影响；10～20 mg/L时对大豆生长有危害；25～35 mg/L时对棉花生长有轻度危害；40 mg/L时对糖用甜菜生长有危害。水体中钼浓度达到5 mg/L时，水体的生物自净作用受到抑制；10 mg/L时，这种作用受到更大抑制，水有强烈涩味；100 mg/L时，水体微生物生长减慢，水有苦味。我国规定地面水中钼最高容许浓度为0.5 mg/L。在大田条件下植物钼中毒情况极少见，钼中毒症状不易显现。在极端高浓度镍的条件下，可观察到植物钼中毒症状，表现为叶片褪绿、黄化且畸形、茎组织呈金黄色，作物减产和农产品品质下降。动物和人对高浓度镍非常敏感，成年人体中钼总含量仅为9 mg，食用钼过量的植物后，因饮食中钼和铜的不平衡会产生腹泻、毛发变色、身体衰弱等症状[19]。

7 铜元素

过量铜胁迫将诱导植物细胞产生大量活性氧，引起膜脂过氧化，膜透性增大，细胞内容物大量外渗，甚至导致植物死亡。高浓度铜会降低种子的发芽率，影响种子代谢，造成幼根颜色变褐变黑[20-21]。大量銅元素积累于根部会抑制细胞分裂、抑制根生长，从而影响整个植株的生长，使植株矮小，叶片失绿、变黄，光合作用下降，严重影响农作物品质和产量。苹果树经常喷施杀虫防虫的高含铜波尔多液，造成苹果园土壤含有高剂量铜，苹果的铜中毒症状为叶片呈网纹状失绿，叶片黄色或黄白色，边缘褐色干枯，严重时部分叶片枯死[22]。不同植物能忍受的最高铜浓度相差不大，一般植物叶片正常含铜量为5～30 mg/kg，高于30 mg/kg就可能中毒。水稻幼苗铜中毒的临界土壤溶液浓度为35.1 mg/L[23]。

施用石灰质肥料，控制土壤pH值，增施磷、铁肥可有效防止铜毒害[18]。

8 氯元素

由于氯元素不是重金属元素，所以高浓度氯对植物危害不大，主要是通过增加土壤中水的渗透压降低植物的吸水能力，使植物体相对含水量降低。轻度氯胁迫下，会导致叶片部分气孔关闭，净光合速率和蒸腾速率下降。严重氯胁迫时，植物体内的代谢紊乱，植株矮小，叶片少，叶面积小，叶色发黄，严重时叶尖呈烧灼状，叶缘焦枯并上卷呈筒状，老叶和根尖死亡[24]。氯中毒症状因植物种类不同而表现不同，小麦、大麦、玉米等作物氯中毒时其分蘖受抑；氯中毒的水稻叶片黄化枯萎，开始时叶尖黄化而叶片其余部分仍保持深绿。氯中毒的柑橘叶片呈青铜色，异常落叶，叶柄不脱落。铜中毒的葡萄叶片严重烧边。铜中毒的马铃薯主茎萎缩、变粗，叶片褪淡黄化，叶缘卷曲有焦枯。一些木本植物，包括大多数果树及浆果类、蔓生植物和观赏植物均对氯特别敏感，当氯含量达到干重的0.5%时，就会出现叶烧病症状。植物耐氯临界值亦不同，例如玉米、高粱、谷子等耐受的临界氯浓度约为800 mg/kg，致死浓度为3 200 mg/kg；黄瓜、番茄和春小麦等临界氯浓度为600 mg/kg，致死浓度为2 400 mg/kg。葡萄幼苗耐受的临界浓度为400 mg/kg，1 200 mg/kg时致死[25]。

9 结语

微量元素在植物和动物体内的作用具有很强的专一性，是不可缺乏和不可替代的。其中上述8种微量元素是植物和动物正常生长和生活所必需的。植物对微量元素的需求量极低，过量时对植物有着严重的影响。科学施用微肥对保障我国农业高产稳产具有重要意义，但我国农业上很少施用微量元素，微量元素精准施肥技术远远没有普及。本文系统总结了微量元素过量时对于植物的影响，有助于农业上科学施肥，避免微量元素施用过多对农作物造成毒害。本文只综合了现阶段研究的结果，关于微量元素过量对农作物的伤害机制还有待于更深入的研讨。

10 参考文献

[1] 章艺，史锋，刘鹏，等.土壤中的铁及植物铁胁迫研究进展[J].浙江农业学报，2004（2）：60-64.

[2] 白红红，章林平，王子民，等.锰对水稻亚铁毒害的缓解作用[J].中国水稻科学，2013（5）：491-502.

[3] 唐建军，王永锐，傅家瑞.植物铁素营养的生理生态观[J].生态科学，1995（1）：40-47.

[4] 许文博，邵新庆，王宇通，等.锰对植物的生理作用及锰中毒的研究进展[J].草原与草坪，2011（3）：5-14.

[5] 曾琦，耿明建，张志江，等.锰毒害对油菜苗期Mn、Ca、Fe含量及POD、CAT活性的影响[J].华中农业大学学报，2004（3）：300-303.

[6] 任立民，刘鹏.锰毒及植物耐性机理研究进展[J].生态学报，2007（1）：357-367.

[7] 郑海峰.土壤中的锰及其在土壤—蔬菜系统中转移的研究[D].福州：福建农林大学，2010.

[8] GUPTA U C，JAME Y W，CAMPBELL C A，et al.Boron toxicity and defi-ciency：A review[J].Can J of Soil Sci，1984，37：428-433.

[9] 周亚敏，尹楚钰，吴杰琳，等.过量硼对农作物的毒害效应及其相关机理概述[J].农业环境与发展，2012（4）：60-73.

[10] 吴秀丽，欧庸彬，原改换，等.两种杨树对高硼胁迫的生理响应[J].植物生态学报，2015（4）：407-415.

[11] 刘鹏.硼胁迫对植物的影响及硼与其它元素关系的研究进展[J].农业环境保护，2002，21（4）：372-374.