有机肥料含有作物生长必需的营养成分，而且各有机肥料品种所含养分各有特点，粪尿类含氮、磷较丰富，例如人粪含氮1.159%，磷1.59%左右，羊粪含氮高达2.01%左右。多数秸秆和绿肥含钾较多，如水稻秆含钾1.5%以上。不仅如此，有机肥料还含有各种微量营养元素，如谷类作物含硼（B）6~9毫克/千克，含锰（Mn）22~100毫克/千克，含铜（Cu）3~10毫克/千克，含钼（Mo）0.2~1.0毫克/千克，含锌（Zn）15~20毫克/千克。有机肥料中的养分有两个重要特点：一是有机物质吸附量大，许多养分不易流失；二是有机肥料养分齐全，易分解，其所含营养元素的含量和配比很适合作物吸收利用。施用有机肥不但补充了土壤养分，同时从养分循环的角度看，还可以使作物从土壤中吸收的营养元素得到再生，减少土壤养分的亏缺。
施有机肥料在补给土壤养分的同时，还能活化土壤中的养分，如有机肥分解产生的有机酸或某些有机物基团与铁、铝螯合或络合，有机肥料提高土壤微生物活性，增强CO2在土壤中的渗透，在一定程度上调节土壤的pH值。施用有机肥料，能增加土壤中微量元素如锌、锰、铁等的有效性，补偿作物根际养分亏缺，有助于改善作物的微量营养状况，提高土壤生物活性。
各种有机肥料都含有丰富的有机物质，如人畜粪含粗有机物58.15%，厩肥含39.16%，秸秆含84.95%，绿肥含83.18%，为土壤微生物和酶提供了充足的养分和能源，加速了微生物的生长和繁殖，使之不仅数量增加，而且活性提高，在有机质的矿化、营养元素的累积、腐殖质的合成等方面起着重要作用。在微生物的作用下，有机养分不断分解转化为植物能吸收利用的有效养分，同时也能将被土壤固定的一些养分释放出来。例如微生物能分解含磷化合物，使被土壤固定的磷释放出来，钾细菌可以提高土壤钾的活性。微生物还能固定土壤中的易流失养分（如对土壤游离氮的微生物固定）。在绿色食品（蔬菜）黄瓜及番茄茬口取土测定土壤微生物数量结果表明，化肥区土壤微生物数量最低，随着培肥时间的延长，其微生物活性（即数量）并不增加，堆肥处理的生物总数较高，而沤肥处理的土壤微生物数量略高于化肥区；由此可见，堆肥处理确有利于改善土壤微生物学性状，沤肥由于其腐熟程度不高，有效养分较低，培肥效益较差。
此外由于长期施用堆肥的土壤，土壤自生固氮菌数量和生物活性都有大幅度增加，因此也就增加了对大气氮的固定数量，对提高土壤氮素供应能力有显著的作用。有机肥是酶促作用的基质，土壤有机质含量的增加，酶活性的增强，加速了土壤养分的分解、转化、合成。土壤中动物数量极多，有机肥给它们的生存和繁殖提供了丰富的养分，土壤动物的旺盛生命活动对有机物的分解及各种化合物的合成也起着极为重要的作用。这些小动物排出的粪便增加了土壤养分，对改善土壤理化性状、提高土壤肥力方面也有重要作用。
4.发展有机农业，生产绿色食品
西方现代农业单纯靠化肥农药大面积大幅度地提高了作物产量，经济效益十分可观。但这是以消耗大量能源、牺牲环境生态、降低土壤肥力和农产品品质为代价的。化肥、农药的大量使用，对日益严重的能源危机无疑是雪上加霜，同时还加剧了环境的污染，有害元素在农产品中的累积和营养成分的单一性严重威胁着人类身体健康。高额的产量从土壤中夺取了大量养分，单纯依靠化肥作为土壤养分的投入，不仅破坏了养分循环再利用的途径，而且减弱了土壤养分的自我维持能力，导致土壤肥力下降，有机物质减少，理化性能变劣，使化肥施用效果降低，生产成本增加。早已暴露出来的西方现代农业的种种弊端，在能源危机、生态危机和资源危机不断加剧的今天特别引人注目。西方国家纷纷提倡发展有机农业、生态农业、生物农业等，叫法虽不一样，但目的却是一致的，即不用或尽可能不用人工合成的化学药品包括化肥、农药、植物激素等；提倡依靠轮作、施用农作物残体、人畜粪尿等有机废物供给作物养分，保持土壤肥力和可耕性；采用生物防治技术，控制病虫杂草。用这种方式生产出来的农产品被称为绿色食品（或无公害食品），已大量上市，备受消费者的青睐，在市场上有极强的竞争力。从发展势头看，有机农业、绿色食品是21世纪世界农业的主流。
（第十节）抗旱与稀土
稀土是一组宝贵的金属元素，它们不但广泛用做工业高科技新材料，还因为有奇特的生物效应，被用做植物生长调节剂和饲料添加剂，大量应用于农牧业和养殖业生产。尤其是施用稀土还可以显著提高植物的抗逆性（抗旱、抗倒伏和抗虫害等方面的能力），更具实用价值。
一、稀土农用抗旱产品
稀土抗旱保水新材料，是由稀土高分子保水剂，农用稀土化合物，其他农用常微量元素以及高效生化农药复合在一起制成的一种新型高科技农用产品，可用于对各种作物进行种子包衣或者苗木蘸根，以增强植物种子和根苗的抗旱保水能力，也可用于果树扦插和插花保鲜。
种子是作物生长的基础，但再好的种子也必须有足够的水分才能发芽生长。在播种期间，如遇土地干旱，就会造成出苗不齐，缺苗断垄，生长缓慢，甚至完全毁种的严重后果。
稀土抗旱保水材料含有稀土超强高分子保水剂，它具有500倍以上的高吸水率和加压也不脱水的高保水性能，并且能在10~15分钟内快速吸足水分，然后再缓慢释放，这就如同给种子提供了一个抗旱保墒的“小水库”。这些水分可供植物种子发芽、出苗、树苗草籽成活并防止水分渗入地下，因而具有优异的水分调控功能。植树造林时，用它将有限的水保持在树根周围，供树成活生长，提高成活率，实现沙漠变绿洲的宏愿，在干旱沙漠土地上飞播牧草种子，草种撒下去不会被风干死，极大的提高了牧草植被成活率，达到了高效率地利用每一滴水，有效地抵御干旱。对于我国北方干旱地春播，这种作用尤其明显，它可以使小麦等作物提前出苗1~2天，出苗率提高10%~20%，为作物生长打下良好的基础。
由于稀土抗旱保水材料中含有一定量的稀土和其他营养元素，还为种子提供了一个“小肥库”。稀土作为植物生长调节剂，能增强种子发芽的生根活力，促进养分吸收，并明显增强作物的抗逆性。由于种子包衣薄膜具有吸附屏蔽作用，减少了营养元素的流失，延长了肥效，提高了稀土等常微量元素的利用率，从而促进了幼苗根系发育，以肥促根，以根吊水，以水促肥，根深抗旱，苗齐苗壮，分蘖增加，产量提高。
稀土抗旱保水材料还复合有内吸式高效生物杀虫剂和杀菌剂，进入土壤中，起到种子消毒、内吸传导和缓慢释放作用。在种子发芽出苗后，药性能传导到植物全株发挥作用，药效期可达40~60天，对种子保健，地下虫害的防治效果几乎达到100%。每个包衣都如同是个小“农药库”，对作物早期防治病虫害，提高抗灾抗病能力，发挥着重要作用。这不但极大地提高了播种质量，收到精量播种，省种、省药、省工，以及综合防治苗期主要病、虫、鼠、雀害的效果，还由于隐蔽施药，使得农作物地上部分用药和农药公害大大减少，保护了天敌，实现经济、社会和生态效益的同步增长。
我国是世界农业大国，但也是水资源不足的贫水国。干旱已成为影响我国农林牧业发展的重要因素。特别是中西部地区近年来由于旱情日加严重，土地荒漠化加速，成为产生沙尘暴天气的主要原因。研究和推广使用稀土抗旱保水新技术，已成为西部开发战略中的重要课题。我国科技工作者立足于我国得天独厚的稀土资源，研制开发出“稀土旱地宝”、“稀土林草一栽活”、“稀土抗旱根瘤菌种衣剂”等一系列全新的稀土抗旱保水营养型新材料新产品，已在宁夏中天公司工业化生产。
稀土抗旱保水材料具有抗旱保水、保肥增效、防治病虫害等多重功能，尤其适用于我国西北广大干旱缺水地区，在上千亩大田上推广使用，已取得了显著效果。它可以使旱地水分利用率提高50%~80%，每亩水浇地节水30~60立方米，使粮油作物平均增产15%~30%。用于植树造林种草的“稀土旱地宝”“林草一栽活”，用在治沙造林和营造经济林及退耕还林还草改善生态环境工程方面，均取得明显效果。
稀土农用研究在我国已开展了20多年，目前推广面积约7000万亩。稀土抗旱保水材料的诞生给稀土农用又增添了一个新品种。它的推广使用，不但对发展北方和中西部干旱地区农林牧业有重要意义，而且对我国将要举办的绿色奥运，都会发挥出重要的作用。
二、稀土农用机理研究
稀土农用研究在我国始于20世纪70年代初。多年来，由研制稀土农用产品，到小区试验再扩展到大面积的使用，不仅在稀土农用技术，而且在基础理论的研究中都取得了一系列的重要突破，并产生了很大的经济效益。
1.稀土元素在植物体内的含量、分布及存在状态
稀土元素在土壤中广泛存在，但植物体内稀土元素的含量与多种因素有关。土壤环境，植物的种类，气候条件等都会使植株内的稀土元素含量差异很大。同一植株的不同器官，不同生长部位的含量也不相同。从整体看，在自然状态下，植物从土壤中吸收稀土元素后，不同器官中稀土元素的含量由大到小的顺序是：根，叶，茎，花，果实。对稀土元素在植物体内存在位置和存在状态的研究是探索稀土元素的植物生理功能的一条重要途径。
2.稀土元素对植物种子萌发和生长发育的影响
大量试验表明，稀土元素对植物种子的萌发和根的生长有特殊的效应。可以提高种子活力，明显促进幼苗生长。但当浓度过高时，则产生抑制作用，可能是细胞膜或染色体组受到伤害所引起。能诱导种子体内产生脂酶同工酶，有利于脂库油脂动员，促进种子萌发和幼苗根系增长，同时根系脱氢酶活性增强，并诱导幼苗产生超氧化物歧化酶（SOD）同工酶。光合色素含量高于对照，从而促进植物的生长，这种现象在芽中尤为显著，发现部分镧系元素能提高枸杞体细胞胚的诱导频率。原因可能是稀土提高了愈伤组织对养分和无机盐的吸收和利用，改善了细胞的生长环境，最终促进了胚性细胞向体细胞的转变和发育。
有关稀土与植物生长激素之间的关系也是人们感兴趣的一个方面。一般的结论是在适当浓度的稀土作用下，植物体内的生长素、赤霉素、细胞分裂素等激素的含量均有不同程度的增加。研究表明，稀土元素对生长素诱导的导管分化和形成有促进效应。表现出明显的“协同”或“增效”作用。
3.稀土元素对植物矿质营养代谢的影响
大量研究资料表明，施用适当浓度稀土元素能促进植物对养分的吸收，转化和利用，这已得到许多实验结果的证实。用富镧稀土对春小麦喷施或拌种，采用15N、32P示踪技术检测，实验结果显示春小麦生长发育得到促进，结实穗数和籽粒数也有所增加，表明使用稀土可提高春小麦对氮，磷肥的吸收，运转，利用，并减少土壤中氮素损失。对根瘤固氮活性和叶片硝酸还原酶活性均有显著的促进作用，从而提高了叶片氨态氮含量，降低了硝态氮含量，改善了植株的碳氮代谢，对改善品质，提高产量有利。增产机理在于稀土可促进，协调作物对矿质养分的吸收，刺激酶活性。而且稀土是生理活性物质，与大量营养元素进行合理的配用，能更好地发挥效益。
4.稀土元素对植物光合作用的影响
光合作用对植物干物质的积累和作物产量均有决定性的作用。无论是大田实验，还是实验室实验都明确证明，稀土元素对植物的光合作用有明显的影响。显微学研究表明：稀土可增加叶肉组织中叶绿体的数量，提高微管束的排列密度，因此可提高光合作用效率。
稀土元素对糖用甜菜块根膨大期和糖分积累期光合产物分配的影响可利用CO2示踪法来检测。结果显示，喷施适当浓度稀土元素可提高甜菜同化CO2能力，提高根冠比，改善光合产物的分配，有利于光合产物向块根运输。用适当浓度稀土元素在苗期和花针期喷施花生时，可提高叶片叶绿素含量和净光合强度，因而增加花生荚果产量。
5.稀土元素对植物抗逆性的影响
大田作物栽培常会遇到诸如干旱、高温、低温、盐渍、病虫害等逆境条件。使用稀土，可以增强作物对上述不良环境条件的抵抗能力。用300毫克/千克稀土溶液处理棉花种子，枯萎病发病率可降低18.96%~11.45%，病情指数降低25.6%~17.43%，但高浓度稀土则效果不明显，甚至产生药害。其他作物施用稀土也都显示出不同程度的抗病性。对于稀土元素能增强作物的抗逆性和抗病性，研究认为在于稀土离子能与细胞膜的磷脂结合，调节钙的代谢，并取代Ca+2离子，参与与Ca+2有关的许多生理过程，所以，稀土离子能维持细胞膜的通透性和稳定性，提高细胞膜的保护功能，增强作物对不良环境的抵抗能力。加强代谢过程中的氧化酶活性，有效地抑制病原体侵染，从而提高作物的抗病性。
6.稀土元素对植物产量及品质的影响
稀土对农作物的效应不仅能提高作物的产量，也有改善作物品质的作用。这方面的报道很多。如使葡萄的果粒增大，糖酸比提高，改进风味。稀土拌种可使玉米的品质改善，产量提高。喷施稀土可使苹果和柑橘果实的VC含量、总糖含量、糖酸比有所提高，促进果实着色和早熟。并可抑制贮藏过程中呼吸强度，降低腐烂率。施用稀土复合肥还可减少蔬菜中硝酸盐的积累，而且降低幅度和趋势极为明显。
7.今后研究工作的方向
多年的研究表明，施用适量的稀土元素对提高作物的产量，品质是有益的。稀土元素对植物体内的一些生理生化反应有一定的促进作用。今后的工作应进一步着眼于从细胞，亚细胞乃至分子水平上研究稀土元素的植物生理效应，如稀土离子在植物体内的运输方式、定位及存在形式、作用机制等。弄清楚这些问题不但有助于从理论上指导稀土农用的推广应用，而且对认识化学元素在生命科学中的作用也是有意义的。
三、稀土农用科普问答
1.什么是稀土？
