植物健康营养理论与健康元素
原创作者：中国农业科学院农业资源与农业区划研究所研究员、博士生导师 白由路
白由路
编者按：2020年7月，中国科技核心期刊、中文核心期刊、中国农业核心期刊《植物营养与肥料学报》发表了中国农业科学院农业资源与农业区划研究所研究员、博士生导师白由路的署名文章《植物健康营养理论与健康元素》。本文从“扩展植物营养理论的迫切性、健康营养理论、健康元素、植物健康营养理论的实践、植物健康营养理论的学科边界与研究内容”五个方面全方位阐述了建立植物健康营养理论与关注健康元素的重要性。由于篇幅长，分两次转发，供大家分享。
健康生长的蔬菜
摘要：从食物链营养的角度提出了植物的健康营养理论，即在不影响植物正常长生发育的条件下，通过植物的吸收而补充以植物为主要食物的人和动物对矿质营养元素的需求，以使人和动物健康生长。我们把这样针对人工栽培食用植物的营养理论称为健康营养理论，这里将不具备植物营养功能，但对整个食物链，特别是对人和饲养动物有营养作用的元素称为健康元素。根据矿质元素的作用对象，可将健康元素分为营养健康元素和非营养健康元素两类。营养健康元素是指它本身是植物必需营养元素，同时又对食物链上端生物也有重要健康作用。非营养健康元素是指其对植物本身的生长发育没有营养作用，仅对食物链上端的生物有健康作用。把通过植物吸收矿质元素的方式以达到食物链健康的栽培管理方式称为健康栽培。植物健康营养理论和健康元素的提出，扩展了植物营养的范畴和肥料的定义；充分考虑到了人和饲养动物的健康、明确了植物营养元素对食物链上端生物的营养作用，为健康栽培提供了理论基础。本文还定义了植物健康营养理论的学科边界，指出： “奢侈吸收”与动物健康的关系研究、健康元素在植物体内的代谢、健康元素在食物链中的传递形式、植物体内健康元素的含量阈值、健康元素的高效施用与管理都是植物健康营养理论的研究范畴。
关键词：健康营养理论，健康元素，健康栽培，食物链，富硒栽培，富锌栽培。
健康栽培的砂糖桔
自1840年德国化学家李比希（Justus Von Liebig）提出矿质营养学说[1]以来，人们对植物营养元素的研究一直没有间断，1939年，美国加里福尼亚大学农学院的Arnon和Stout提出植物必需元素的三条原则[2]，使得人们对植物营养元素的研究主要限定在了植物本身的生长发育方面，尽管1960年英国布里斯托尔大学（University of Bristol）Long Ashton 试验站的Nicholas提出了稍宽泛的植物必需元素标准[3]，然而，这些研究主要是针对植物本身的生长发育。众所周知，在地球的食物链上，植物处在食物链的最下端，其自身的物质组成也严重影响上端生物的营养质量[4]。很早就有人提出了食物链中矿物质元素[5]，特别矿质微量元素在人和动物健康中的重要性[6、7]。近年来，随着公众对健康水平期望值的提高，人们开始注意到通过食用植物中富含某种元素的方法来获得人体健康，特别目前市场上出现很多富硒农产品，如富硒苹果[8]、富硒大米[9]、富硒茶叶[10]等。这些富硒食品可以从富含硒的土壤中种植，使其上生长的植物富含硒元素[11]，也可以通过人工施用含硒物质来增加农产品中的硒含量[12]。所以，从食物链营养的水平上看，栽培植物除需要维持其本身的生长发育外，注意其食物链上端的生物健康也是十分重要的。但对传统植物营养学而言，植物营养的研究主要是针对植物自身必需营养元素的研究，虽然目前也有一些针对植物非必需营养元素的研究[13]，但不包括在传统植物营养的理论范围之内，所以，对传统植物营养理论的补充与更新十分必要。本文旨在通过对植物中非必需元素的社会需求，分析植物中必需营养元素和非必需元素对人和动物的营养作用，揭示植物非必需营养元素的健康营养理论，阐明植物非必需营养元素在植物营养中的作用与地位，为功能性农产品或健康农产品的栽培提供理论依据。
自然成熟的香蕉
扩展植物营养理论的迫切性
在自然界，人们栽培食用植物的目的是营养人和动物，在植物的栽培过程中，首先需要为植物提供营养，使植物本身生长良好。人和动物除需要植物的代谢产物如淀粉、脂肪和蛋白质外，还需要吸收一定量的矿质元素，如钙、镁、铁、锌等。然而，由于植物和动物所需的矿质营养存在一定的差别[14、15]，过去人们在植物栽培过程中主要关心对植物生长必需的营养元素，主要目的是为了植物生长良好，很少关心对植物营养不起作用的非必需营养元素。一般将“为植物提供必需营养元素的物料称为肥料”[16]，而不是植物必需营养元素的物料排除在肥料之外。
小麦
在地球的物质能量循环中，植物通过光合作用及其代谢作用，将无机物质转化为有机物质，并将太阳能转化为化学能存储在植物体内[18]。而动物（包括人，下同）则利用植物中的化学能，通过代谢维持其物质能量需求，同时，还需要一定量的矿质元素和维生素维持其生命活动[19]。动物在其生理代谢中，存在于动物体的各种元素，除碳、氢、氧、氮主要以有机化合物的形式出现外，其余各种元素无论其含量多少，统称为矿物质或矿质元素[20]。大部分矿质元素来源于食物链下端的食物，但有少部分必须以矿质元素的形式进行补充。最典型的就是食盐，以补充生命代谢所需的钠离子和氯离子。草食性动物尤为明显[21]。因为钠不是植物的必需营养元素，有时，它对植物的生命活动也有一定的益处，所以，称为有益元素[15]。如前所述，有些元素如硒，它对人们的代谢有十分重要的作用，由于需要量有限，很少有人直接食用硒酸或亚硒酸的形式进行补充，因为，稍有过量，则会对人体产生有害、甚至到有毒作用。一般试图通过植物源进行补充[22]。对植物本身而言，如果满足植物生长发育所需的必需元素，植物则能完成其生长周期，使其繁衍生息。但对食用栽培植物而言，仅考虑植物本身的生长发育而不考虑对食物链上端生物的健康，则有欠缺。在传统植物营养学中，对植物的管理都是依据植物代谢所必需或有益的矿物质营养元素进行管理（施肥）的，基本没有涉及植物非必需营养元素。以上分析可以看出，对栽培植物而言，对植物本身没有营养作用的元素，如果对其上端生物有营养作用，从整个食物链水平上看，也应该给植物补充这些元素，以保证整个食物链的健康[23]。特别是对人和饲养动物十分必要。（待续）
水稻