微量元素過量對農(nóng)作物的危害

鞏麗++劉振東++高晗

摘要 由于植物對微量元素需要量極微少，在給農(nóng)作物補充微量元素肥料時，很容易造成施肥過量，導致植物中毒。本文綜述了微量元素施用過量對植物的危害，為農(nóng)業(yè)上微肥的施用和微量元素中毒癥的判斷提供參考。

關(guān)鍵詞 微量元素；過量施肥；農(nóng)作物；中毒癥狀；危害

中圖分類號 S312 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）08-0132-03

目前，人們發(fā)現(xiàn)的植物必需礦質(zhì)元素共14種，其中植物需要量較少的必需元素稱為微量元素，其在植物體內(nèi)含量占干重的0.01%以下，分別是鐵、錳、硼、鋅、銅、鉬、氯、鎳。微量元素雖然需要量微少，但缺乏任何一種微量元素，都會顯著影響植物的生長發(fā)育，如缺鐵會導致果樹黃葉病，缺錳導致黃斑癥，缺硼花而不實，缺鋅導致玉米“花白葉病”和果樹“小葉病”等。微量元素缺乏癥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上時有發(fā)生，因而需要補充微量元素，使作物恢復健康。因為植物對微量元素的需要量極其微少，在給農(nóng)作物補充微量元素肥料時，需要特別注意施用量，稍有過剩就會對植物產(chǎn)生毒害，反而影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。積累過多微量元素的農(nóng)作物還進一步影響人和動物的健康。也有些微量元素，過量時雖然對植物的生長影響不大，但卻通過食物鏈進入動物體內(nèi)，引起動物中毒，如鉬元素。因此，了解微量元素過量對農(nóng)作物的毒性對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要的參考意義，本文對各種微量元素過多的危害、毒性的臨界值以及影響微量元素中毒的因素等進行了簡要介紹。

1 鐵元素

鐵毒產(chǎn)生的直接作用因子是亞鐵離子濃度過高。長期漬水的水田及酸性土壤易積累Fe2+，誘發(fā)多種活性氧的產(chǎn)生，影響植物生長、葉綠素含量、酶活性等各項生理指標，破壞植物細胞的結(jié)構(gòu)和功能，引發(fā)鐵毒害[1]。不同植物鐵中毒癥狀不一，亞麻鐵中毒時產(chǎn)生暗綠色葉片，生長受阻，根變粗短，并且組織中大量積累無機磷酸鹽；煙草鐵中毒時產(chǎn)生暗褐色至紫色葉片，煙葉脆弱且質(zhì)量變劣；菜豆鐵中毒在葉片上產(chǎn)生黑色斑點；水稻則是從下部葉位的尖端開始出現(xiàn)褐色斑點，然后擴展至整個葉片，再繼續(xù)發(fā)展至上部葉片，最后下部葉片轉(zhuǎn)變成灰色或白色[1]。鐵毒稻株常伴隨著K、P、Ca等營養(yǎng)元素的失衡[2]，因而被認為是一種多重脅迫。

有報道稱土壤中鐵含量超過10～25 mg/kg時，就會導致水稻中毒。水培試驗表明，早稻鐵中毒的最低Fe2+濃度不低于40 mg/L，晚稻鐵中毒臨界濃度更高一些。一般認為土壤鐵含量超過50 mg/kg可能出現(xiàn)鐵中毒，超過1 700 mg/kg會導致植物死亡。鐵中毒臨界濃度因研究者的材料與條件不同而有較大差異。此外，其他元素會影響Fe2+的吸收、運輸及在體內(nèi)的活性，能加重或減輕鐵中毒。鐵中毒還與作物種類、品種、齡期及活力有關(guān)[3]。

鐵毒嚴重的酸性土壤中施用適量的石灰或石膏可以減輕鐵毒，提高作物產(chǎn)量；適量的磷營養(yǎng)及鈣供應也有助于提高水稻對鐵毒的耐性[1]。

2 錳元素

土壤中錳過多會造成葉片輸導組織壞死，阻礙蛋白質(zhì)合成，葉綠素含量顯著下降，光合速率和呼吸速率減弱，導致錳中毒。更嚴重的錳中毒會引起氧化脅迫，累積大量活性氧自由基，破壞葉綠素[4]，還會抑制鈣和鐵等必需元素的吸收，影響植物生長[5]。錳元素首先危害的部位是葉片，而不是根系[6]。

錳毒的典型癥狀一般表現(xiàn)為老葉邊緣和葉尖出現(xiàn)許多焦枯褐色的小斑并逐漸擴大，斑塊上出現(xiàn)錳氧化物沉淀。錳毒癥狀及毒性臨界值由于植物種類、營養(yǎng)物質(zhì)及土壤環(huán)境的不同差異較大。對于大多數(shù)作物來說，土壤中錳含量大于500 mg/kg時即為錳過量。水稻錳中毒臨界濃度為2 500 mg/kg，錳中毒表現(xiàn)為黃化葉片零散分布，葉片上有棕褐色斑點，嚴重時葉尖、葉緣枯黃內(nèi)卷，部分葉片主脈呈紫色或暗綠色，似火燒狀。大麥錳毒害臨界濃度為770 mg/kg，葉片中毒癥狀為頂部褪綠，邊緣壞死，葉面有孤立的壞死斑。柑橘錳中毒臨界濃度為300～1 000 mg/kg[7]，表現(xiàn)為葉片邊緣發(fā)黃，葉面出現(xiàn)凹陷的棕褐色壞死斑點，并逐漸擴展至整張葉片，導致葉片提前脫落。

因酸性土壤中更易出現(xiàn)錳毒，可從保持適宜的土壤pH值和排水通暢2個方面進行調(diào)控[8]。

3 硼元素

植物對硼的濃度非常敏感，硼缺乏、適量和中毒之間的濃度變幅極小。生產(chǎn)上缺硼比硼中毒更普遍，硼中毒主要有以下3種原因：土壤本身的硼含量高或在自然界中逐漸積累；過量施用含硼量高的無機肥；灌溉含硼量高的水而在土壤中發(fā)生硼富集[8]。

植物硼中毒的一般癥狀：首先老葉葉尖或葉緣褪綠，接著葉尖或葉緣出現(xiàn)黃褐色的壞死斑，斑點擴展到側(cè)脈間并伸向中脈，最后導致葉片壞死或呈枯萎狀，并過早脫落。綠豆表現(xiàn)為葉緣失綠，迅速擴展到側(cè)脈間，葉片呈枯萎狀并過早脫落；梨樹硼中毒時皮孔粗大，樹皮粗糙，嚴重時枝皮泛黃、無光澤[9]。低強度硼中毒即會使作物體內(nèi)活性氧水平提高，破壞葉綠素結(jié)構(gòu)，抗氧化酶活性受抑制，植物細胞結(jié)構(gòu)受損，生物量降低[10]。不同植物對高硼的耐受性差異較大，硼中毒的臨界水平也有很大變化。一般來說，當土壤中硼含量超過5 mg/kg時，植物就可能出現(xiàn)中毒癥狀，一般要求灌溉水中硼的合理濃度在0.3～0.6 mg/L之間。

植物硼中毒時，可用水或其他鹽溶液充分淋洗土壤；用三異丙醇胺（TTPA）與硼酸形成鰲合物降低有效硼；適當施用石灰也可減輕硼毒害[11]。

4 鋅元素

隨著鋅肥的大量使用、鉛鋅礦的開發(fā)和工業(yè)廢水的排放，鋅毒害問題日益突出，并且植物鋅中毒后又會隨著食物鏈威脅人類的健康。鋅毒害貫穿于植物的整個生活史及各生命現(xiàn)象，包括抑制種子萌發(fā)，損傷植物細胞超微結(jié)構(gòu)，嚴重傷害內(nèi)部生理功能，進而抑制植物光合效率，抑制植株正常生長發(fā)育[12]。鋅在作物中主要累積于根部，而非地上部，籽實中含量更低[13]，關(guān)于植物鋅中毒的臨界濃度和中毒癥狀目前尚無定論。從形態(tài)上看，鋅過量時植株矮小，葉片黃化，葉片、葉柄形成紅褐色斑點，可以出現(xiàn)在各個葉位。如各種蔬菜在高鋅濃度條件下中毒癥狀有的首先出現(xiàn)在頂端心葉及新葉，有的首先出現(xiàn)在基部老葉或是首先出現(xiàn)在莖基部[14]。一般認為當作物鋅濃度達到50～100 mg/kg時即可能過量，濃度為400 mg/kg時對大多數(shù)作物都會造成毒害，并通過食物鏈的生物放大作用威脅到人類的健康。不過與其他重金屬元素相比，鋅的毒性較小，作物的耐鋅能力較強。

鋅元素的毒害可通過施石灰或施磷消除[15]。

5 鎳元素

鎳是土壤中的重金屬污染物之一，過量會抑制種子萌發(fā)，使葉綠素含量降低，影響抗氧化酶活性，引起植物代謝紊亂、中毒甚至死亡，還會影響對其他營養(yǎng)元素的吸收。不同植物或同一植物的不同組織中含鎳量相差較大。鎳中毒癥狀是新葉黃化甚至變白，出現(xiàn)灰褐色壞死斑[16]。桑苗受害時，側(cè)根叢生且短小，大部分根尖腐爛。低中毒濃度鎳處理雍菜后，真葉黃化，脈間失綠；高中毒濃度鎳處理時，子葉展開慢，首片真葉黃化，而子葉保持綠色，最終植株死亡。植物含鎳范圍為0.1～5.0 mg/kg DW，植物對鎳很敏感；體內(nèi)鎳濃度達到10～100 mg/kg DW時就會中毒；營養(yǎng)液中鎳濃度超過1 mg/kg時，部分植物中毒[17]。

因鎳在pH值>7.2條件下變?yōu)椴蝗苄?，故可以采用投入石灰、氧化鎂等材料的方法，或使用大量堆肥來解毒。根本措施為摻入非污染土壤[18]。

6 鉬元素

植物忍耐高濃度鉬的能力很強，缺鉬（1 μg/L）和鉬中毒之間的差異很大。試驗表明：鉬濃度為0.5～100.0 mg/L時會對亞麻生長產(chǎn)生不同程度的影響；10～20 mg/L時對大豆生長有危害；25～35 mg/L時對棉花生長有輕度危害；40 mg/L時對糖用甜菜生長有危害。水體中鉬濃度達到5 mg/L時，水體的生物自凈作用受到抑制；10 mg/L時，這種作用受到更大抑制，水有強烈澀味；100 mg/L時，水體微生物生長減慢，水有苦味。我國規(guī)定地面水中鉬最高容許濃度為0.5 mg/L。在大田條件下植物鉬中毒情況極少見，鉬中毒癥狀不易顯現(xiàn)。在極端高濃度鎳的條件下，可觀察到植物鉬中毒癥狀，表現(xiàn)為葉片褪綠、黃化且畸形、莖組織呈金黃色，作物減產(chǎn)和農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降。動物和人對高濃度鎳非常敏感，成年人體中鉬總含量僅為9 mg，食用鉬過量的植物后，因飲食中鉬和銅的不平衡會產(chǎn)生腹瀉、毛發(fā)變色、身體衰弱等癥狀[19]。

7 銅元素

過量銅脅迫將誘導植物細胞產(chǎn)生大量活性氧，引起膜脂過氧化，膜透性增大，細胞內(nèi)容物大量外滲，甚至導致植物死亡。高濃度銅會降低種子的發(fā)芽率，影響種子代謝，造成幼根顏色變褐變黑[20-21]。大量銅元素積累于根部會抑制細胞分裂、抑制根生長，從而影響整個植株的生長，使植株矮小，葉片失綠、變黃，光合作用下降，嚴重影響農(nóng)作物品質(zhì)和產(chǎn)量。蘋果樹經(jīng)常噴施殺蟲防蟲的高含銅波爾多液，造成蘋果園土壤含有高劑量銅，蘋果的銅中毒癥狀為葉片呈網(wǎng)紋狀失綠，葉片黃色或黃白色，邊緣褐色干枯，嚴重時部分葉片枯死[22]。不同植物能忍受的最高銅濃度相差不大，一般植物葉片正常含銅量為5～30 mg/kg，高于30 mg/kg就可能中毒。水稻幼苗銅中毒的臨界土壤溶液濃度為35.1 mg/L[23]。

施用石灰質(zhì)肥料，控制土壤pH值，增施磷、鐵肥可有效防止銅毒害[18]。

8 氯元素

由于氯元素不是重金屬元素，所以高濃度氯對植物危害不大，主要是通過增加土壤中水的滲透壓降低植物的吸水能力，使植物體相對含水量降低。輕度氯脅迫下，會導致葉片部分氣孔關(guān)閉，凈光合速率和蒸騰速率下降。嚴重氯脅迫時，植物體內(nèi)的代謝紊亂，植株矮小，葉片少，葉面積小，葉色發(fā)黃，嚴重時葉尖呈燒灼狀，葉緣焦枯并上卷呈筒狀，老葉和根尖死亡[24]。氯中毒癥狀因植物種類不同而表現(xiàn)不同，小麥、大麥、玉米等作物氯中毒時其分蘗受抑；氯中毒的水稻葉片黃化枯萎，開始時葉尖黃化而葉片其余部分仍保持深綠。氯中毒的柑橘葉片呈青銅色，異常落葉，葉柄不脫落。銅中毒的葡萄葉片嚴重燒邊。銅中毒的馬鈴薯主莖萎縮、變粗，葉片褪淡黃化，葉緣卷曲有焦枯。一些木本植物，包括大多數(shù)果樹及漿果類、蔓生植物和觀賞植物均對氯特別敏感，當氯含量達到干重的0.5%時，就會出現(xiàn)葉燒病癥狀。植物耐氯臨界值亦不同，例如玉米、高粱、谷子等耐受的臨界氯濃度約為800 mg/kg，致死濃度為3 200 mg/kg；黃瓜、番茄和春小麥等臨界氯濃度為600 mg/kg，致死濃度為2 400 mg/kg。葡萄幼苗耐受的臨界濃度為400 mg/kg，1 200 mg/kg時致死[25]。

9 結(jié)語

微量元素在植物和動物體內(nèi)的作用具有很強的專一性，是不可缺乏和不可替代的。其中上述8種微量元素是植物和動物正常生長和生活所必需的。植物對微量元素的需求量極低，過量時對植物有著嚴重的影響?？茖W施用微肥對保障我國農(nóng)業(yè)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)具有重要意義，但我國農(nóng)業(yè)上很少施用微量元素，微量元素精準施肥技術(shù)遠遠沒有普及。本文系統(tǒng)總結(jié)了微量元素過量時對于植物的影響，有助于農(nóng)業(yè)上科學施肥，避免微量元素施用過多對農(nóng)作物造成毒害。本文只綜合了現(xiàn)階段研究的結(jié)果，關(guān)于微量元素過量對農(nóng)作物的傷害機制還有待于更深入的研討。

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