绿色智能肥料的设计思路之-利用植物对特定物质的响应

绿色智能肥料的理念下，如何设计肥料的配方？如何在原料-工艺-成本-效果方面取得平衡？就肥料科学而言，一个好的肥料配方，无非从以下几个方面入手：（1）肥料与土壤和作物需求的优化匹配；（2）肥料施入土壤中的养分对作物有效性高；（3）使多种养分在肥料中共存；（4）增效物质添加；（5）废弃资源肥料化利用；（6）利用植物对特定物质的响应；（7）缓控释材料应用。可能是上述一项，也可能是多项技术配合应用。本节讨论（6），利用植物对特定物质的响应.

      植物与环境的关系是复杂而敏感的。如根际分泌物与根际效应对植物营养的作用是目前公认的。根际分泌物一般认为是植物对逆境的响应，特别是对养分胁迫的相应，其作用是通过根系分泌物（一般是小分子有机酸、酚、醌、氨基酸等）以络合、酸化提高土壤所含难利用养分的有效性从而改善植物自身的营养为机理。

      正常生长的植物也会产生根际分泌物，但通常不如逆境下数量多。

      部分根际分泌物具有明确的生理功能。如麦根酸具有强的吸附土壤中铁的能力，且在Fe机理II作物中可以直接被植物吸收。山龙眼科植物分泌柠檬酸，以酸化土壤并获得磷营养。

      植物根系分泌的黄酮类物质据信是一种诱导微生物侵染根系的信号物质，研究过的微生物包括根瘤菌、菌根，以及一些寄生微生物如根结线虫。

      有机酸是植物根系分泌的最常见物质。它们在土壤养分活化、植物养分吸收中扮演重要角色。（Peter R. Darrah，1999）发现，苹果酸在从所有测试的七种土壤中调动（活化）微量营养素方面很差，而柠檬酸盐则能够调动大量的微量营养素。柠檬酸盐还能够从一种具有大量 Ca-P分量的土壤中动员 P。P 的这种迁移是由于柠檬酸根阴离子的络合作用和柠檬酸在与土壤溶液平衡后释放的质子的溶解特性带来的。柠檬酸盐与阳离子的反应几乎是瞬时的，并且在低浓度的某些土壤中被显着吸收到固相中。土壤分解研究表明，柠檬酸盐在有机土壤中会迅速分解，但在底土层中更能抵抗降解。可以预期有机酸对高 pH 值土壤的养分动员影响不大，而在酸性土壤中，它们可能涉及更普遍的微量营养素吸收机制或潜在的铝解毒机制。

       硝酸根在土壤中除了作为一种N营养物质外，还具有信号作用。如土壤中出现硝酸盐时，植物体内的NRT1.1（硝酸盐转运蛋白）和NRT2.1浓度会出现100倍以上的增加，而在NH₄⁺环境下二者的浓度是很低的。硝酸盐除了作为信号物质促进植物对氮素的代谢，还促进包括糖酵解途径的葡萄糖-6-磷酸异构酶以及磷酸甘油酸变位酶基因、参与铁（Fe）转运和代谢基因（烟酰胺合成酶）、以及硫（S）元素吸收和还原的基因。这些结果表明硝酸根作为信号物质还促进其它物质吸收以及代谢。

      形态上，硝酸盐可促进植物侧根伸长，促进叶片细胞伸长从而使叶片面积大而肥厚，这些过程是通过硝酸盐调节生长素相关过程实现的。硝酸盐还可促进种子萌发。使用硝酸根的下游代谢产物如谷氨酰胺并不能打破种子的休眠，表明硝酸根主要作为信号分子参与调控种子休眠。

      因此，利用植物根际营养的成果，在肥料中添加增效物质，诱导或强化植物对养分的吸收能力，也是智能肥料的重要发展方向。也因此，智能型肥料才到达一个比较“高级”的阶段。