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稀土在农牧养殖业中的应用

来源: 本站原创 日期:2009-01-16 加入收藏

  稀土农用的科学研究、产品开发和推广应用工作从1970年北京、湖南、黑龙江、内蒙古等省区率先开展工作至今,已整整30年了。概括起来说,稀土农用、林用是30年来在我国发展起来的稀土资源综合利用的一个新领域,一门新的前沿科学。稀土农用是我国首创并居于国际领先水平的一项重大成果,稀土农用是开发利用我国丰富稀土资源事业中的一项具有中国特色的重要成就,稀土农用是我国材料科学和稀土生物化学研究领域中的一项重要突破,是我国组织边沿学科研究,采取多学科跨地区跨部门联合攻关的一次成功范例。稀土农用是从无到有、从小到大、通过科技攻关实现产业化和社会化推广,与国家基础产业紧密结合,为社会主义建设服务的一个生动的范例。

一、稀土对农作物的主要作用

  稀土为什么能使农作物增产,改善农作物品质?通过长期稀土农用基础理论研究表明:稀土元素可以提高植物的叶绿素含量、增强光合作用、促进根系的发育、增加根系对养分的吸收。稀土还能促进种子萌发、增加种子萌发率、促进幼苗生长。除了以上主要作用外,稀土元素还具有使某些作物增强抗病、抗寒、抗旱的能力。

  大量研究表明,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,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。花生喷施稀土,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。稀土在氮、磷均衡营养供应的条件下,对一些作物有增产刺激作用,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。稀土是生理活性物质,必须与大量营养元素进行合理的配用,才能发挥效益。

  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。稀土元素能增强作物的抗逆性和抗病性,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。

  稀土对农作物的作用不仅能提高作物的产量,还能改善品质,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,糖酸比均有所提高,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。另外稀土元素对啤酒花、水稻的产量与品质均有影响。

  稀土碳铵复混肥的推广将为农业发展提供强大动力。目前,稀土农用推广已成气候,稀土碳铵复混肥、稀土多元复合肥、稀土饲料添加剂的生产销路迅速拓宽。在国家计委、财政部和化工部的大力支持下,全国连续5年改造小化肥厂,目前已改产稀土碳铵肥的厂家112家,将形成年产500万吨稀土碳铵生产能力,年可耗用稀土1.2万吨,稀土碳铵将成为农用稀土的第一大户。其他稀土农用林用产品的年覆盖面积,将达到1亿亩,年消费稀土量为1000吨。

二、稀土在畜牧养殖业中的作用

  稀土元素是一种很好的生理激活剂,它使动物食入营养物质得以充分的利用和吸收。在养殖业中,稀土可以使马匹快速育肥并能增加雪花马肉;稀土饲喂细毛羊能提高羊毛产量和质量;稀土饲喂蛋鸡可以抵制疾病,提高产蛋率;在鱼饲料中添加稀土能提高鱼产量;稀土饲料还可以使猪育肥;使奶牛提高产奶量。

三、稀土的毒理研究

  稀土盐作为作物生长调节剂,关系到对人、畜、环境的安全卫生,涉及到子孙后代和环境生态。为此,国家主管部门十分重视,专门组织了全国跨部门的包括六个重大领域的多学科联合攻关,即稀土农用专用产品的工艺研究、稀土应用中的安全毒理卫生评价研究、稀土土壤学研究、生理生化机理研究、应用技术及效果研究、分析检测方法研究,承担课题单位有近150个单位,上千名科学家、专家和科技工作者,经过前后近20多年的艰苦努力和10年的攻关,基本回答和解决了关于稀土农用的工艺、毒理安全、土壤、应用机理、微量分析等方面的重大课题。经过对哺乳动物及水生动物的毒理实验结果表明,按每亩农田实际使用稀土扩大2~10倍,不会对农田、周围水域及动物造成不良影响。

四、应用和开发研究现状

  在国家各个主要主管部门的大力支持下,1986年开始国家在四个"五年计划"中把稀土农用列为国家重点科技攻关项目,有关部委和省市自治区,甚至一些地市,也配合国家科技攻关,列题进行研究,据不完全统计,国家投入经费超过1500万元,地方单位相应投入近800万元,参加攻关和研究的单位约80个,科技人员300人,包括推广、生产人员近1000人。国家列题8项,各地相应自主列题近100项(直到2002年还有新的课题开展),见表1。


表1 国家级科研开发和基础研究项目

序号
时间
项目名称
下达部门
1
1981~1985年(六五计划)
农用稀土化合物的应用研究
国家科委
2
1986~1990年
稀土农用机理研究
稀土在林业上的应用研究
稀土在畜牧业上的应用研究
国家科委
3
1991~1995年
稀土农林牧应用新技术的开发研究
国家计委
4
1991~1995年
稀土在畜牧业上的产业化示范研究
科委星火项目
5
1991~1995年
稀土在小麦、水稻上的示范研究
农业部丰收计划项目
6
1991~1995年
稀土碳铵复混肥的应用研究
国家计委、天津市
7
1996~2000年
稀土农林牧用新技术新工艺新产品的开发及产业化研究
国家计委
8
1996~2002年
稀土农用环境化学生物效应毒理基础研究
国家自然科学基金委

 


  稀土农用的基础理论研究、应用理论研究、应用技术研究和产品开发研究取得了巨大突破,在毒理卫生学、稀土生物化学、稀土制造工艺学、稀土分析化学、稀土农学、稀土土壤化学、稀土免疫功能等七个方面获得了重大成果,表明低剂量的适量稀土,以单一施用、复混、复合方式用于农林牧业有显著增产、改善品质和防病抗逆作用,对环境无污染,对人体无害,以镧铈为主体的稀土是有益元素,为稀土农用的产业化奠定了扎实的科学基础。

五、稀土农用实现产业化情况


  20世纪80年代我国建立了以河南商丘、哈尔滨、甘肃稀土公司等为主的8个稀土农用产品生产基地,总生产能力达8000吨,土地覆盖面积可达1.5~2亿亩;90年代初,针对我国870多家碳铵厂能耗高,成本高和使用不便等问题,完成了稀土碳铵复混肥开发研究,之后,财政部投入近2.2亿元,至2001年先后在全国各地,用稀土碳铵复混技术改造小碳铵厂近170家,形成生产能力约500万吨,可覆盖土地面积1亿亩。节约技改资金近100亿元,意义十分重大。2002年,经论证,国家又下达了第一批"十五"稀土农用产业化项目,总资金近3000万元,由湖南稀土农用中心承担,2001年建成,届时一个科技含量高、技术先进、设备配套、产品适应性强,产量可覆盖1亿亩农田和供畜牧业使用的稀土农用产品综合生产线,将成为我国稀土农用的生力军。在此期间,北京、广西、湖南、辽宁等地先后建成畜牧用的产品示范基地,稀土饲料添加剂生产能力近100万吨,可供1000万头(羽)畜禽使用。稀土农用的生产能力,足以供3亿亩农田使用,年增产农产品1000万吨,对我国农业发展具有重大意义。
目前,我国已在120种农作物、牧草、林苗上使用稀土,在近20种畜禽饲料中应用稀土(见表42),除西藏、台湾以外,全国各地都推广使用了稀土,累计使用总面积在4亿亩/次以上,使用稀土肥料按硝酸稀土计约8000吨,增产粮棉瓜果等上百亿公斤,企业经济效益4000多万元,农业经济效益百余亿元。


表2 稀土在农林、畜禽业上的应用概况
 

类 别
品 种
粮食作物
小麦、大麦、玉米、荞麦、水稻、再生稻、小麦、高梁、谷子
经济作物
大豆、油菜、油茶、花生、茶叶、烟草、橡胶树、亚麻、胡麻、苎麻、剑麻、棉花、甘蔗、甜菜、棉花、向日葵、胡椒、啤酒花、萱麻、芦苇、黄麻、芝麻
蔬菜
大白菜、黄花菜、黄瓜、冬瓜、豆角、辣椒、豌豆、韭菜、菠菜、花椰菜、马铃薯、食用菌、番茄、甘兰、豇豆
瓜果
西瓜、菠萝、苹果、荔枝、桂圆、梨、桃、板栗、醋栗、枣、葡萄、香蕉、猕猴桃、柑橘、山楂、草莓、李子
花卉
石菖莆、水仙花、玫瑰、菊花、石竹、香雪兰、百合、芍药、射干
药材

人参、当归、枸杞、白芍、天麻、黄芪
牧草
紫苜蓿、沙打旺、草木犀、老芒麦、披碱草、羊茅、鸭茅、银合欢、三叶草、柱花草、野豌豆、驼绒藜、伏地肤、木岩、黑麦、雀麦、水草、冷蒿、燕麦
松树
兴安落叶松、长白落叶松、樟子松、红松、油松、马尾松
杨树
加杨、北京杨、小黑杨、银中杨
柏树
侧柏
其他树种
泡桐、柠条、桑树、柞树、火炬树
畜禽鱼

猪、羊、牛、马、兔、鸡、鸭、鸽、鲤鱼、草鱼、罗非鱼、链鱼、蚌(珍珠)
蚕类
家蚕、柞蚕
稀土产品
硝酸稀土、碳酸稀土、稀土氯化物复合剂、柠檬酸稀土、抗坏血酸稀土、稀土碳铵复混肥、稀土多元复合剂、氨基酸稀土、稀土菌肥、稀土磁化肥、稀土磷肥、稀土保水剂等。


  在完成稀土在农业上的大面积推广应用的社会化的同时,也向国际化迈出了重要步伐。稀土农用除在日本、澳大利亚、毛里求斯、以色列、马来西亚等国家试用示范外,目前包头市金稀土生物应用有限公司的产品,已成功通过韩国大面积示范,进入商品化销售阶段,我们期待着有更多的稀土农用产品进入国际市场,为全人类造福。

  稀土农用之所以能够取得巨大成就,是因为得到国务院办公厅、国家计委、国家科委、国家经贸委、财政部、农业部、化工部、林业部、冶金部、中国科学院、中国有色金属工业总公司、国家自然科学基金委、国家技术监督局、国家民航局等14个中央部委和地方政府的支持,在方毅副总理和陈俊生国务委员的关心和指示下,国务院办公厅专门下文,要求重视稀土农用;国家计委、国家科委、农业部等五部委也联合下文安排稀土农用科研推广工作,这是很少有的事例。

  稀土在农业中的应用,先后列入了国家"六五"、"七五"科技攻关计划,全面开展了稀土在农学、土壤学、植物生理学、卫生毒理学和微量分析学等多学科联合攻关,解决了两个基本问题,一是经多种作物大面积示范测产表明,微量稀土作为植物的生长调节剂,可使作物增产,增产率>90%,增产幅度,粮食作物为8%~10%,经济作物为15%~30%;可以改善作物品质,尤其是可使糖料作物、瓜果等糖份增加0.8~1个百分点,为我国食糖增产和自给作出了巨大贡献。二是稀土属低毒物质,毒性与铁相当,合理施用稀土对人畜无害,对环境无污染。目前我国稀土农用涉及科技人员800人,28个省市自治区,并建立了推广应用网络,稀土农用产品有60多种,生产企业180家,总生产能力为500万吨。目前我国农田施用稀土面积达5000~7000万亩/年,每年增产粮、棉、油等6~8亿公斤,直接效益为10~15亿元,年消费稀土1100~2200吨,成为我国重要的稀土消费市场。稀土碳铵复合肥得到大力推广,现已改造小化肥厂200余家,目前生产能力达700万吨,较"八五"末期新增400万吨。改产稀土复合肥所需投资仅为改产尿素的5%,为国家节约资金160亿元以上。另外,稀土在林业中的应用也从经济林向速成林、防护林、城市绿化林方向发展。农、林、牧业将是稀土应用的巨大潜在市场。表43和图18分别列出了1990~2003年我国稀土在农业中的消费量。


表3 1990~2003年我国稀土在农业中的消费量(REO,吨)
 

年份
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
消费量
500
800
990
1030
1190
2060
2100
2120
2120
2150
2180
2100
2000
2050

六、国家重大基础研究项目结束,大面积应用时期开始


  为期4年的国家自然科学基金重大项目"稀土农用的环境化学行为及生态、毒理效应"基础研究项目已于2002年9月通过验收。项目以我国稀土农用技术为背景,分环境化学行为、对农田生态系统的影响、低剂量长期作用毒理及生物无机化学效应基础等四个课题开展了多学科、综合性、跨部门的交叉研究,内容涉及我国稀土农用技术开发时期提出的稀土土壤学、植物生理学、稀土农用效果、稀土毒理卫生学和超微量分析检测等各学科领域,并从基础研究的深度回答了一些长期没有解决的重大问题,是我国稀土农用基础理论研究的一次重大突破。受政府部门和业界关注的这项研究进一步肯定了稀土农用技术的可行性,并为今后的发展奠定了坚实的基础。

  这一课题设置背景是在稀土农用技术曲折发展的26年后,在政府部门、社会上和学术界仍然存在疑虑和"以人为本"提出深层次重大理论问题后安排的全面、系统、尽可能涉及可能出现问题的多学科领域的研究内容。舆论界认为以此可以作为稀土农用技术的进步标准。

  重大基础研究项目多学科反复肯定稀土元素剂量与生物效应的依赖关系,证明稀土元素具有生理活性,是一组对植物生长起调节作用的有益元素。菠菜、水稻、玉米的水培和盆栽试验表明,稀土对生长过程的生理生化指标、生长量和经济产量均表现"低促高抑"规律,这一规律是遵循相同规律的稀土微生物效应、土壤呼吸作用、土壤化学反应等地下部分的稀土效应的综合效应。研究肯定稀土对植物吸收氮、磷的促进作用,肯定有改善品质和增加抗逆性作用,还具有清除超氧氢离子作用和抗重金属汞和铅的胁迫作用。此项研究在稀土土壤学和稀土植物生理学理论研究上有重大突破,确定了稀土在土壤中的形态转化及与生物有效性的关系。研究了传导过程和归宿,肯定了稀土进入土壤后99%被固定而迁移困难,推荐植物分泌的低分子有机酸提取稀土元素预测生物可给性的方法。根系吸收稀土元素过程分为细胞壁吸附的快速过程和跨膜吸收的慢速过程。植物体中稀土元素以性质不同的生物分子化合物存在,水稻苗中与分子量10000~12000的蛋白质结合,玉米根中与蛋白质结合的分子量分别由690000与20000两个条带组成。高含稀土铁芒萁叶绿素a相结合。研究建立了稀土动物体跨细胞膜输运、与细胞结合方式和生物效应等理论。在基础研究的基础上确定了几项指导性的环境、生态和毒理剂量界限。17年定位试验表明,稀土在小麦籽粒和土壤中没有任何累积效应。由于其在土壤中固定快、移动性慢,推算正常使用100年污染地下水的可能性不大。连续使用500次,对土壤理化性质及肥力供应不会造成显著影响。一次施用量为目前用量300-500倍时可观察干扰土壤微生物群落的演变和功能。研究确定动物最低毒作用剂量为2mg/kg[RE(NO3)3],比早期的60mg/kg低30倍,为国家制定新的稀土允许摄入剂量标准提供了科学依据。按新结果推算,每人每天允许摄入120mg,实际每人每天的自然摄入量为2mg左右。总之,决定稀土农用技术前途和命运的国家自然科学基金项目从基础理论研究视角继续肯定在开发应用时期的研究成果,在稀土土壤学、植物生理学和生理卫生学领域又有了突破意义的进展,并为施用限制量提出了定量标准。这项研究为稀土农用技术的推广应用奠定了理论基础,是稀土农用技术发展史中的一件大事,预示一个新的大面积应用时期的开始。
 

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