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在农业中增加微量营养素使用的主要挑战和机会

2021年3月15日星期一
本文最初发表于 肥料集中 杂志。与许可发布。

作物生产有14种必需营养素:氮(N)、磷(P)、钾(K)、硫(S)、钙(Ca)、镁(Mg)、铁(Fe)、锌(Zn)、铜(Cu)、锰(Mn)、硼(B)、氯(Cl)、钼(Mo)和镍(Ni)。碳(C)、氢(H)和氧(O)是植物所必需的,但不是通过化肥提供的。要将一种营养素列为植物营养必需营养素,需要满足三个标准:
  1. 如果没有这种特殊的营养物质,植物就不能完成它的生命周期
  2. 营养素的作用必须是特定的,没有其他营养素能够完全替代它
  3. 必须证明营养物质积极参与植物的新陈代谢
植物必需营养素分为常量营养素(N、P、K、S、Ca、Mg)和微量营养素(Fe、Zn、Cu、Mn、B、Cl、Mo、Ni)。这种分类是根据植物对每种元素的需求量来划分的——大量营养素的需求量大于微量营养素的需求量。植物体内典型的宏量营养物质含量为2 ~ 50 g/kg干物质,而微量营养物质的µg/kg干物质含量为0.1 ~ 100 g/kg。

几十年来,尽管知道微量元素的重要性,土壤肥力研究人员和农学家还是专注于作物对常量元素的反应和管理实践,特别是氮磷钾。然而,最近人们更加重视微量营养素及其对作物生产的影响。有几个因素可以解释这一趋势,包括越来越多的农民了解并采用良好的宏量营养素管理做法,从植物营养的角度来看,这使微量营养素有机会成为限制因素。此外,有助于提高人们对微量营养素的认识和使用的因素有:
  • 强化作物生产
  • 耕地减少
  • 多个世界范围的研究表明微量营养素的好处
除植物营养外,几种微量营养素对人类健康也起着重要作用。例如,人体缺乏足够的铁摄入量与认知能力受损有关,而认知能力受损是不可逆转的。免疫系统尤其受到锌缺乏的影响,这表明了这种微量营养素对人体营养的重要性。生物强化是一项利用作物向摄入有限地区的人类提供微量营养素的战略。

微量元素

土壤中的微量元素有:
  1. 原生和次生矿物的一部分
  2. 吸附在矿物和有机物表面的
  3. 与有机物和微生物结合的
  4. 在土壤溶液中
土壤中微量元素的主要形式取决于微量元素和土壤性质(如pH值、质地、土壤有机质含量)。

微量元素缺乏的土壤在全球广泛存在,母岩(形成土壤的岩石)和环境条件是决定植物可利用的自然水平的主要因素。但是,随着全球作物生产的加强,原来的微量营养素水平正在枯竭,导致若干国家有更多的土壤报告微量营养素水平不足。因此,在特定的种植系统中出现的微量元素缺乏是由自然过程(如亲本岩石、气候)和人为活动(如作物混合、种植集约化)的组合决定的。

为了确定种植系统中对微量元素的需求,土壤肥力研究人员和农学家开发了土壤和植物组织分析以及告知农民是否需要施肥的临界水平。取样程序和分析方法差异很大,这可能造成混淆和不一致。与常量营养素一样,很难——甚至不可能——将微量营养素从最重要到最不重要进行排序。但根据全球需求,锌和B是全球使用最多的微量营养素,作物反应一致。

微量营养素肥料和肥料管理实践

市场上有几种微量营养素肥料产品试图满足农民的需求。土壤中常用的锌、铜、铁和锰是硫酸盐,而常用的叶面螯合剂是螯合剂。硼酸钠常用于土壤施B,硼酸主要用于制作叶面施B液肥和施肥。对于钼,三氧化二钼用于土壤施用,但铵和钼酸钠现在更流行叶面施用和种子处理。如此广泛的微量营养素肥料选择使农民能够灵活地将微量营养素纳入他们的施肥计划。

关于微量元素的施用方法,主要有三大类:叶面、施肥和土壤。然而,土壤施用有不同的传递机制,包括:
  1. 土壤直接应用
  2. 散装混合
  3. NKP共混物的涂层/浸渍
  4. 复合肥料
特别是土壤施用方面,农民、农学家和顾问之间就向植物输送微量元素的最佳方法存在许多争论。土壤直接施用和混合施用在一些国家非常流行,但涂层技术和复合肥也越来越受欢迎。最重要的问题不是哪一种输送机制更好,而是哪一种最适合农业实践。化肥行业许多人的观点是,这些不同的应用方法在“农民的工具箱”中是很重要的,而且它们很可能长期共存。

无论使用何种肥料和使用方法,管理微量营养素的一个重要概念是4Rs营养管理概念(正确的来源、正确的比例、正确的时间和正确的地点)。4Rs的目标是优化肥料利用效率,同时最大限度地减少对环境的养分损失。

微量营养素面临的主要挑战

微量营养素并不是作物营养素中的“银弹”。需要将微量营养素视为支持植物生长的平衡营养方法的一部分,使农民能够在保护环境的同时获得最高的产量和质量潜力。大量数据显示了在施肥计划中采用微量营养素的好处。我们在越南对水稻进行的实地研究只是一个例子。manbetx赞助顶级赛事 ®是一种致密硼酸钠肥料(15% B),设计用于散装混合物。不幸的是,微量营养素的使用还没有像氮磷钾那样广泛。

根据一个地区的种植制度和独特的经济,微量营养素面临几个挑战:
  1. 与常量营养素相比,对农业中微量营养素的认识相对较低,主要是在发展中经济体:在这种情况下,农民和农学家与微量营养素的好处联系不密切,在使用它们方面存在障碍。具有可靠数据和示范地块的继续教育是克服这一挑战的最佳解决方案。
  2. 国家法规有时会成为一种障碍,例如,不允许在肥料袋里贴上微量营养素的标签。缺乏检查是另一个例子。这些规定让农民感到困惑,并阻止他们使用微量营养素。
  3. 政府项目取消了私营部门投资微量营养素技术的动机。造成市场扭曲的肥料补贴项目就是最好的例子。
  4. 公司在开发微营养素肥料时需要保持以客户为中心的方法。产品需要与现有的农民、分销商和零售商的操作相兼容,以便更容易被采用。

机会的大小

宏观营养素和微量营养素之间仍然有一个不同之处,即后者具有增值肥料的地位。全球微量营养素市场在数量和收入方面的增长都快于常量营养素市场,这使得它们成为几个国家经销商/零售商的一个有吸引力的产品门类。

最近的一项市场研究估计,2020年全球微量营养素市场价值约为36亿美元,其中亚太市场占市场价值的41.2%,其次是北美(23.6%)和南美(14.4%)。该研究估计,到2025年,全球市场价值将达到55亿美元(CARG为8.7%)。增长率将依赖于地区,亚太地区的增长率最高(9.5%),其次是南美(9.0%)和北美(8.0%)。

微量元素是平衡营养的基础,也是帮助农民提高作物产量和质量的重要工具。它们在施肥计划中的采用面临着一些需要克服的挑战,以在保护环境的同时保持生产力水平。在大多数情况下,价值链与微量营养素部门产生的良好价值和回报密切相关。我们现在需要帮助教育制宪者,让他们知道这对他们来说是一个多么大的机会。

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