二、土壤与植物营养

土壤的来源

如果不了解土壤常识，你很难相信，脚下那细碎的泥土和坚硬巨大的岩石原来曾是一体。大自然用了什么鬼斧神工，把坚硬的岩石变成了柔软的土壤？科学家们发现，地壳表面的岩石，在外界环境的影响下逐渐发生破碎和分解现象。大的石头变成了小块，小块再变成了细粒。在变化的过程中，不仅仅是体积变小变细了，而且还使岩石改变了基本的性能，形成了成土母质。这个过程就叫做风化过程。

在整个风化过程中，风化作用是多种因素交错进行的，很难截然分开。但按其基本性质，大致可以分成三种类型：

物理风化作用。这是指岩石受物理因素作用而逐渐崩解破碎的过程。引起物理风化作用的，主要是地球表面温度的变化。地球四季与昼夜均有显著的温度变化。一年四季中的变化可达40～50℃，在干旱沙漠地区昼夜温差可高达60～70℃。岩石是不良导体，热的传播速度很慢。裸露在表层的岩石，白天烈日曝晒，温度升高，表面体积膨胀。而岩石内部受热少，膨胀慢。夜晚降温后，岩石表面迅速散热变凉，而内部高热却很难散失。这样寒来暑往，日久天长，会使岩石内部裂纹纵横交错，并发生层状性的剥落。除温度外，水滴石穿、冰冻、风蚀都会引起岩石的破碎。这就大大增加了母质面与空气的接触，为化学的风化提供了条件。

化学风化作用。化学风化作用包括水溶、水解、水化、氧化作用。就像铁钉生锈一样，氧化作用是无时无刻在人们不知不觉中进行的。水是大自然中分布最广的溶剂，而岩石主要成分是无机盐类，在水中都能溶解。化学风化使岩石进一步分解，并从根本上改变了矿物的组成成分，使其有了吸附能力，出现了毛管现象，产生了一定的蓄水能力。

生物风化作用。当母质能够蓄水，初步提供营养时，就会有一些低等的细菌和植物在母体上诞生。而植物根系的发育穿插和小动物打洞造穴的行为，会进一步促进岩石的破裂。生物的活动，还能分泌出各种无机酸，进一步促进了化学风化的过程。

经过长期的风化，岩石变成了土壤母质。但母质并不是土壤，因为它还缺乏完整的肥力，不能让营养在母质中累积和集中。母质将和气候、生物、地形、时间共同作用，形成土壤生成的五大基本因素。

科学家们发现，不同的母质是形成不同土壤的基础，这就是黄土、红土、砂土、黏土等多种土壤形成的内因之一。

气候对土壤形成有重要的影响，其中温度和湿度对成土作用的影响很大。高寒地带植物生长缓慢，有机物积累很少，母质化学作用也慢。科学家们发现，温度每升高10℃，化学反应速率可增加2～4倍。气候影响可使不同地带上同种母质发育的土壤有巨大的差异。比如在温带，自西向东大气温度递减，依次出现的是棕漠土、灰漠土、棕钙土、栗钙土、黑钙土和黑土。在东部湿润区，由北向南热量递增，土壤依次分布为暗棕壤、棕壤、黄棕壤、黄壤、红壤、砖红壤。

生物是影响土壤生成的最活跃因素。生物包括地上和地下的植物、动物和微生物。生物是土壤有机质的制造者。前苏联土壤学家威廉斯认为生物因素是土壤形成的主导因素。特别是高等绿色植物，能把分散在母质、水体、大气中的营养元素选择性地吸收起来，利用太阳能合成有机质，从而改造了母质，提高了土壤肥力。

地形虽然不能提供任何物质和能量，但地表形态、坡度、高度、坡向等差异，都会引起热量和水分的重新分布，使相同母质产生的土壤有差异。比如我国天山托木尔峰南坡属温带大陆性半干旱荒漠和草原景观，由山脚向上3000米的土壤依次为棕漠土、棕钙土、栗钙土、亚高山草原土；而北坡属温带半湿润气候，由山脚向上3000米的土壤依次为黑钙土、灰褐土、亚高山草甸土。一座山就有这么多种土壤类型，足见地形对土壤形成的影响有多大了。

时间是土壤发育和演化的必要条件。随着时间的推移，土壤从无到有，不断发生、发展和演变。

在五大成土因素之外，不可漠视人为活动对土壤形成发展的作用。精耕细作，合理灌溉，可以使土壤肥力增加；反之，过度开垦，粗放耕作，大水漫灌，会导致土壤肥力的下降，土壤板结，水土流失严重。近年来，随着土壤环境的恶化，人们开始注意研究不合理的人类活动对土壤加速退化所产生的恶果。毁林开荒使水蚀严重，造成频频发作的泥石流；灌溉不当使大面积土壤出现次生盐碱化，使产量锐减甚至绝收；过度开垦引起风蚀严重，使持续不断的沙尘暴频频席卷中国的北方。

随着土壤科学的发展，学者们认为火山的活动、地震、新构造运动都是土壤形成的深层次因素。比如在第三世纪末隆起的青藏高原，就以她平均海拔4000米的身躯和万千条“血脉”冰川，挡住了肆虐的季风，沃育了下游的良田，使中国东部地区湿润丰饶，而有别于同纬度地带欧亚大陆内陆那干旱少雨的沙漠戈壁。

植物在土中生长

有了合适的水分条件，植物就可以很好地生长了吗？不行。经验告诉我们，植物的生长还需要有土壤。我国是最早意识到植物对土壤的依赖的国家，素有“万物土中生”之说。早在距今二三千年以前，我国就设立了专门的官员，他们的职责就是仔细考察辨别各种土壤的特性和适宜的作物，以作为指导农业生产的依据。

土壤对植物的影响为什么那么大呢？科学依据是什么呢？

1699年，英国人伍德沃特做了一个试验，他分别用雨水、河水、山泉水以及加了土的水培养薄荷，结果发现，植物在加土的水中生长得远比在单纯水中好。据此，他下结论说，植物不仅需要水，也需要土壤中的一些特殊物质。

1804年，瑞士的索修尔也做了一个有趣的实验：它将植物的种子浸在蒸馏水中，种子也会萌发，但生长出来的植株不久就会死亡，而且其总的含灰量一点儿也没有增加；但同样用蒸馏水，若将正常植物燃烧后所留下的灰分加入到其中，植物便可以正常生长。他的实验证明，在植物燃烧后的灰分中，有些物质对植物生长是非常必要的。

1840年，德国的李比西吸取了前人的成果，经过研究建立了矿质营养学说。什么是矿质呢？将植物烘干，充分燃烧，植物身体中的许多东西化作气体跑掉了，余下的一些不能挥发的残烬称为灰分，那就是矿质。由于矿质元素大多以氧化物的形式存在于灰分中，所以这些元素又称为灰分元素。植物体中的氮元素在燃烧中会散失，不会存在于灰分中，所以氮不是矿质元素。但植物中的氮大多数和矿质元素一样，是植物从土壤中吸取的，所以科学家就把氮和矿质元素放到一起研究。

正如植物的含水量变化幅度很大一样，植物的灰分含量也受到许多因素的影响，例如植物的种类、植物的环境、植物所处的不同的年龄阶段等都会影响植物的灰分含量。一般水生植物含灰量只有干重的1％左右，大多数中生植物约含5％～15％，盐生植物最高，有时可以达到45％以上；植物不同的器官、不同的组织所含灰分是不同的，如草本植物的茎和根为4％～5％，叶子则能达到10％～15％，木材约为1％，种子能达到3％；植物的老年植株灰分含量要大于幼年植株，老细胞灰分含量要大于幼细胞灰分。

虽然灰分含量一般只占植物体干重的百分之几，但其成分却是非常复杂的。现在，人们在植物体中发现了至少60种元素，其中比较普遍而且含量多的只有十多种，在这几十种元素中，有些在植物体中大量积累，需要量比较大一些；有些元素在植物体内虽然相对较少，却是植物绝对必需的，没有了它植物就不能正常发育。

怎样才能确定哪些元素是植物所必需的、哪些不是必需的呢？科学家们采用了两个比较巧妙的办法，一个就是溶液培养法（或水培法），就是在含有全部或部分营养元素的溶液中栽培植物；另一个叫做矿基培养法（或砂培法），是用洗净的石英砂或玻璃球等，加入含有全部或部分营养元素的溶液来栽培植物。这样，人们就可以在人工配制成的混合营养液中试着加入或不加这种元素，然后再观察植物的生长发育和生理状况的变化。如果除去培养液中某种元素后植物仍能够正常发育，说明这种元素不是该植物生长所必需的；如果除去某种元素后植物生长发育就不正常，而补充该元素后植物又可以恢复到正常状态，那就可以断定这种元素是该植物生长发育所必需的。

借助于溶液法和砂基培养法，科学家们很早就已经证明钾、钙、镁，铁、磷、硫，氮等7种矿质元素是植物所必需的，加上空气中的二氧化碳和水中的氢、氧等3种元素，植物必需的元素共有10种。后来，随着技术的改进和化学药品更加纯净，人们又证明锰、硼、锌、铜、钼和氯等6种元素同样是植物生长发育所不可或缺的，这样，植物生长发育所必需的元素就扩大到了16种。由于植物对铁、硼、锰、锌、铜、钼和氯这7种元素需要量极微，而且这些元素在周围环境中的含量稍多就会给植物造成毒害，因此这七种元素被称为微量元素；另外9种元素（碳、氢、氧、磷、钾、钙、镁、氮、硫）植物的需要量相对较大，因此人们称它们为大量元素。

世界上的大多数土壤中都存在植物所需的这些矿质元素，所以植物在生长时不会遇到“饥荒”，但也有特殊情况，土壤中某些矿质元素的含量不够或缺乏，这时植物就会生病。

那么，植物为什么需要这些元素呢？这些必需元素在植物体内究竟起什么样的作用呢？原来，在这些必需元素中，一部分元素是构成植物的细胞所必需的，是植物细胞的组成成分；一部分对植物的生命活动起着调节的作用，许多酶的活动需要它们的参与；还有的这两者兼而有之。例如，氮是构成蛋白质的主要成分，而在细胞质和细胞核中都含有蛋白质，由于氮在植物的生命活动中占有首要地位，因此又被称为生命元素。植物缺氮时病症常遍布整个植株，植株浅绿、基部叶片变黄、干燥时呈褐色、茎短而细；再如铁，它是酶的重要的组成部分和合成叶绿素所必需的，是叶绿素合成的先决条件，华北果树曾经出现的“黄叶病”就是植物缺铁所致，植物缺铁时首先损害到的是幼嫩的叶子，因为铁进入植物体后变为固定状态，不易转移，老叶中含有铁，不会轻易受害，所以会保持绿色，但是老叶中的铁无法传递到新叶中，所以新叶便会缺铁，叶绿素的合成受到抑制，使得嫩叶变黄；镁是一种活化剂，它可以活化植物呼吸作用过程中的一些酶的活性。没有镁，这些酶就没有催化活性，这将导致植物体出现各种各样的症状。此外，镁也是叶绿素的组分之一，缺乏镁，叶绿素就不能合成，结果将导致绿色植物叶子叶脉之间的部分变黄，有时还会出现红紫色；若缺镁严重时，则会形成褐斑坏死；植物如果缺之必需元素钙时，其顶芽会坏死，嫩叶产生变形，开始时呈弯钩状，后来从叶尖和叶的边缘逐渐向内坏死等等。

既然矿质元素缺乏会导致植物生病，那就多多给它们供应这些元素，行吗？不行，因为如果矿质元素过多，也会产生毒害，从而使植物生病，出现人们经常听说的“烧苗”现象，反而会使作物的产量下降，甚至使作物大面积死亡。

土壤还是大多数植物的生存方式所必需的。我们知道，陆生植物绝大多数要把它的枝叶伸向空中，以便充分利用空气和阳光，而植物要想站立起来，就必须使自己扎根于土壤、深植于大地上。另外，植物没有腿，自己不会走，是不能自主选择生存地域的生物，如果不能利用扎根的方式使自己定植，它就很容易被风吹走、被水冲走，转移到并不是很适合自己生存的地方。

土壤不但是提供给植物矿质营养的载体，也是提供给植物水分的介质，又是植物生存方式的必需，看来，土壤对自然界的绝大多数植物来说还真是必不可少的呢！

光合作用

地球上的大气中，约含有21%的氧气。氧气是一切动植物和人类生活所不能缺少的东西。那么，氧气是从哪里来的？

人们从地质、化学、天体物理的研究和理论上的推断，得知几十亿年前，地球上的大气层里有氮气、氢气、水蒸气和二氧化碳等，惟独没有氧气。即使由于太阳光的紫外线辐射，产生一些氧气，也很快被用掉，贮存不起来。地球上这么多的氧气，究竟是怎么来的呢？人们继续研究，知道原始的生物是靠着发酵作用而生活的，它们逐渐演化，大约20多亿年前，才出现了能进行光合作用的植物，即利用叶绿素吸收阳光，分解水而放出氧气，同时还原二氧化碳合成有机物。开始是小量的、局部的，逐步地发展扩大，大气层里的氧气也逐步积累增多。到了大约6亿年前，氧气的浓度达到了现在的1％；大约4亿年前，氧气的浓度达到了现在的10％；随着多细胞生物、陆生植物的飞速发展，氧气也迅速增加，到了约3亿年前，就已达到现在的水平。这样，高等动物才逐渐演化出现。动物和细菌是消耗氧气的，刚好与光合作用相反，它们吸入氧气，呼出二氧化碳。另外，还有岩石的氧化、海洋的缓冲，都促使大气中的含氧量逐渐稳定下来。这样，两个矛盾过程的对立统一，就出现了相对的平衡。

光合作用的产氧量是很大的，有人估计，按照现在地球上植物的情况，每年可产生氧气1000多亿吨。大气中的氧总量不过200多万亿吨，可以说现在空气中的氧气，平均每隔2000年都要经过植物光合作用循环更新一次。假设一旦空气中的氧全没有了，按照现在的光合作用数量，也只要2000年就能全部恢复现在的水平。从地球演化史来看，2000年是个极短的时间，按现在光合作用的速度，维持大气中现有的氧气是绰绰有余的。

现在空气中的氧气是在增加，还是在减少呢？因为没有长期的资料，还不能断定。近代地球上的植物是比过去某一个时期少了，二氧化碳也少了（大气中约含有0.03％）。但是，由于工业的发展，每年要燃烧掉几十亿吨的煤炭和石油。按此计算，每年进入大气的二氧化碳，相当于它原含量的0.7％；就算它耗用了等量的氧，那么，空气中的氧气每年所减少的量，也只是总氧量的0.01％，只是光合作用每年产氧量的2％，因此，地球上的氧气量一时是不会有什么显著变化的。

各司其责的矿质元素

农作物从土壤吸收大量的营养元素，其中以氮、磷、钾三要素最多，它们在植物生长发育过程中起什么作用呢？

先说氮。氮是农作物叶片中叶绿素的重要组成成分。氮素能使庄稼健壮生长，茎叶繁茂，叶色浓绿，光合作用增强，穗大粒多。农作物缺氮最明显的特征是叶片显现黄绿色，叶绿素的形成受到抑制。幼苗期缺氮，生长迟缓，叶片浅绿。生长中期缺氮，植株瘦弱，下部叶片最先变黄；而且变黄是从叶片的尖端开始，然后沿叶脉伸展成楔形，最后整个叶片变黄，逐渐干枯并呈褐色，穗粒发育不良。

再说磷。磷是植物细胞核中蛋白质的重要组成成分。细胞的增殖和分裂须有磷的参与。植物根尖和正在生长的幼嫩组织中含磷素较多。磷与碳水化合物和含氮化合物的代谢过程有密切的关系。在氮素充足、磷素缺乏情况下，氮的代谢过程受到阻碍。作物幼苗期缺磷，根系发育弱，生长缓慢，叶色紫红，严重缺磷时叶色变黄。花期缺磷延迟开花，受精不良。结实期磷对养分的运输和转化起重要作用，充足的磷能加快养分的积累，增加粒重。

三说钾。钾促进碳水化合物的合成运转，增强叶片的光合作用，增强抗病、抗旱和抗寒能力。钾能使植株机械组织发达，茎秆坚韧。钾素对氮素的代谢有良好的促进作用；钾素充足有利蛋白质的合成；缺钾时，幼苗生长缓慢，叶片呈黄绿色，叶片尖端及叶缘干枯呈灼伤状。严重缺钾时，生长停滞，节间缩短，植株矮小，籽实发育不良。

现代科学查明，除氮、磷、钾之外，许多微量元素在获取农作物高产中亦起重要作用。例如锌，它是植物体内多种酶的组成成分；对植物的呼吸、无氧呼吸以及蛋白质合成、生长素形成等生理活动具有催化作用。植物呼吸时，也要吸收氧气放出二氧化碳，锌能促使植物体内的碳酸分解成二氧化碳和水。比较喜锌的作物有小麦、玉米。

锰，它在植物酶系统中是重要的活化剂，光合作用中水的光解是在锰的参与下完成的，二氧化碳的同化和氮素代谢离不开锰。锰对促进种子发芽和幼苗生长以及花粉发芽有重要作用。比较喜锰的作物有棉花和甜菜。

铜，它在植物体内的含量仅万分之一到十万分之一，但它存在于生长发育的最活跃的部分；铜还是植物体内多种酶的组成成分，在光合作用的电子传递中起重要作用。它还是某些氧化酶的成分，参与呼吸作用以及蛋白质和糖类的代谢活动。比较喜铜的作物有大麦和小麦。

钼，是硝酸还原酶的组成成分，参与硝酸的还原。对过氧化氢酶、多酚氧化酶的活性有促进作用。特别是在豆科作物中钼能促进根瘤菌的生长，加强固氮能力。各种豆科作物都喜钼。查明各种微量元素在作物生长发育过程中的作用，就能有目的地为庄稼“调配”食谱。

土壤的颜色

在北京的中山公园里，至今还保存着明朝永乐年间（公元1421年）建立起来的社稷坛，这是明、清帝王们祭祀土地神和五谷神的地方。在坛的正中筑有五色土台，它的东面是青土，南面是红土，西面是白土，北面是黑土，中央是黄土，正中一石柱即“社主石”，以示“普天之下，莫非王土”和江山永固。难道它纯粹是带有封建迷信色彩的图案吗？如果你打开中国土壤图，就会惊奇地发现，五色土的配置，和我国土壤的分布情况大致相同。

是谁挥动彩笔，把神州大地描绘得如此丰富多彩？

谁都知道，土壤是由岩石的风化物（母质）脱胎而来的。而自然界的岩石色彩斑斓：有灰色的石灰岩，白色的云母片岩，紫色的页岩，斑斑点点的花岗岩，灿若云霞的大理石……不同的岩石由不同的矿物组成，不同的矿物又含有不同的成分，成分不同，分解、溶解就有难易。在阳光、温度、水、风和生物等的作用下，逐渐风化形成了今天五颜六色的土壤。

在江南，土壤呈现出红黄相间的色彩。原来，在漫长的成土过程中，由于温度高，雨水多，岩石中的钾、钠、钙、镁等矿物质随雨水淋洗流失，但是铁、铅却和空气中的氧结合成三氧化物。这些三氧化物流动性小，便在土壤中聚积起来。氧化铁脱水后变成红色，也有的进一步和水结合，成为黄色。红壤和黄壤就这样形成了。

我国富饶美丽的东北平原，成土母质复杂，有由多种矿物组成的粘土，又有多种壤质、沙质沉积物，还有的是次生黄土，因为这里气候温暖，雨水充沛，草木植物的遗体不断积累、分解，使大量的有机质积蓄在土壤中，形成了各种草甸土，黑得都可以攥出油来。

在南方的红壤丘陵区，到处可以见到的红土田，脱胎于第四纪红色粘土母质。由于有机质含量的不同，从而派生出三种不同颜色的土壤：红土田、黄土田和乌泥田，有机质含量分别为1.7％、2.0％、2.5％。

土壤的色彩并不是一成不变的，自然的力量和人的活动影响着土壤，引起土壤成分的变化，久而久之，就会使土色改观，土壤肥力也由贫瘠变肥沃，或由肥沃变瘠薄，从而使人们得到应有的报应。因此，面对土壤这样一幅变色的画卷，人们应紧握彩笔，扬土之长，避土之短，因地制宜地进行种植，为使各色土壤给人类做出更大的贡献而努力。

土壤有机质

土壤有机质是土壤中除碳酸盐以外的所有含碳化合物的总称，包括植物的残体，施入的有机肥料，以及经过微生物作用所形成的腐殖质。

土壤有机质有五种类型：①新鲜有机质，尚未被分解的动植物残体，如作物的秸秆和根茬等；②半分解的有机质，有机残体在缺氧条件下，经微生物作用后形成的物质，如泥炭、半腐烂的有机肥料等；③简单的有机化合物，为有机残体经微生物分解所产生的，在土壤中含量不多，如糖类、氨基酸、脂肪酸等；④微生物，包括细菌、真菌、放线菌、原生动物和一些昆虫等；⑤腐殖质，是有机质经微生物转化后形成的黑色或黑褐色，成分和结构都比较复杂的高分子有机胶体，一般分为可溶于稀碱但不溶于酸的胡敏酸和溶于碱又溶于酸的富里酸，以及既不溶于碱又不溶于酸的胡敏素三个组分。前四种土壤有机质为非腐殖质物质，占土壤有机质总量的30％—50％，腐殖质占土壤有机质总量的%50—70％。

土壤有机质的成分主要是碳、氢、氧，还含有氯、硫、磷、钾、钙、镁、铁以及微量元素，是作物营养元素的来源，也是微生物的食物，一般只占表层干土重的0.5％—3％，个别土壤如黑土有机质含量达10％左右。土壤有机质数量虽然不多，但它对土壤的物理、化学性质有很大影响，对培肥、改良土壤有重要作用。

土壤酶

人身中有一种酶叫胃酶。它是由人的腺细胞分泌的，当我们吃的食物进入到胃中时，胃酶就出来消化这些食物，胃中的胃酶分泌较少，吃进的食物不能得到充分消化的话，也就是我们所说的消化不良，这时要吃一些酵母片来帮助胃酶一起消化这些美味佳肴。人体有酶，土壤中也有酶。

土壤酶和人体中的酶一样，也是一种活性很强的蛋白质类化合物，主要来自于土壤微生物的生命活动，高等植物根系也分泌出少数的酶，土壤中的动植物残体也带入某些酶类。由活的生物体分泌到土壤中的酶叫外酶；生物体死亡，细胞崩溃释放出来的酶叫内酶。至今已知土壤中有40种酶，它们或者被土壤颗粒以及土壤中的其他物质所吸附，或者自由自在地存在于土壤中。土壤中常见的酶有四大类：①氧化还原酶类，包括脱羧酶、接触酶、过氧化物酶和多酚氧化酶等；②转移酶类：包括转氨酶、转甙酶等；③水解酶类：包括的种类最多，主要有磷酸脂酶、多磷酸酶、淀粉酶和尿酶等；④脱羧酶类等。土壤中微生物所引起的生物化学过程，即有机残余物质的分解、腐殖质的合成和某些无机化合物的转化，全是借助于它们所产生的酶来实现的。因此，土壤中酶的活性，可作为判断土壤生物化学过程强度、鉴别土壤类型、评价土壤肥力水平及鉴定农业技术措施的有效程度。

土壤的水分

春雨，微风，使一望无垠的田野变得一片葱绿，绿油油的棉苗长势喜人。但有时你会发现茁壮的棉苗，被什么东西齐腰啃断，不断地出现断茎、缺苗，有的整行整行被咬掉，受害严重地块的幼苗甚至被一扫而光。接着，其他春作物以及蔬菜的幼苗也跟着遭了殃。那摧毁庄稼幼苗的“坏蛋”是谁呢？它就是地老虎。

“地老虎”的本名叫“地蚕”，因为它样子像会吐丝的家蚕，而活动却在地里。由于它凶得厉害，所以“地老虎”这个绰号逐渐替代了它的真名。我国地老虎有小地蚕、大地蚕及黄地蚕3种，其中以小地蚕危害最大。小地老虎广泛发生于我国沿海各省。在一些地势低洼、潮湿的地区，几乎每年都有严重发生。由于这种地老虎出现早、来势猛而且食性杂，于是，农民在早春播种的春作物嫩苗就首当其冲，成了它们啃食的主要目标。虫害严重的地区，棉花甚至重播两次，仍然被它啃食殆尽，从而出现大量白地（无法种庄稼的田块）。成灾地区，一个人在清晨两个小时内，能捕捉到半桶地老虎幼虫。

地老虎如此猖獗，难道人们对此就毫无办法吗？农业预测的同志经过长期的辛勤努力，已经发现地老虎的生长发育和生存繁殖与土壤水分有很大关系。

例如小地老虎幼虫在不同土壤含水量条件下发育速度和死亡率均有不同。实验表明，当土壤相对含水量为30％时，幼虫死亡为0％，而随着含水量增加，死亡率提高，当相对含水量为90％时，有一半的小地老虎幼虫由于湿度环境不适而死亡。

而温度25℃、相对温度70％，对卵期的大地老虎发育和生存最适宜，温度过高或过低都将使大地老虎发育延迟，湿度降低时死亡率增加。

但在小地老虎卵期若温度适宜，相对温度0％～100％，对其发育和生存基本没有影响。黄地老虎各虫态在20～30℃时，温度的影响也不显著。

因此，根据土壤水分状况再结合当时的温度，就可预测出土壤中幼虫的数量及下代成虫的发生数量，便于抓住时机集中力量消灭地老虎。

那么，怎样预测土壤水分含量呢？

一、利用遥感技术预测土壤含水量

由于水分的单位体积里所含热量以及对热的传导速率都远远大于空气和土壤，地表和土壤水分状况不同，所含的热量不同，因而辐射光谱也不同，因此在遥感图片上你可以明显区分出土壤或作物植被的干湿界线，然后通过计算机判读并用一定的计算机程序计算，就可预测出土壤含水量。

另外，地老虎的卵产生在土壤中，卵的数量的多少也会影响土壤水分在遥感图片上反映出的颜色，根据颜色的不同可以判断将有多少幼虫发生。

二、土壤水分收支平衡法

土壤的水分从什么地方来，又消耗到何处呢？

那哗哗流入土壤的地上来水，由灌溉或降水而来，我们叫它Q。

从土壤下冒上来的水分叫B。

炽热的阳光照耀着大地，土壤表层的水分不断蒸发到大气中，植物也不断吸收水分促使自己不断生长。这两部分消耗掉的水分用P表示。

土壤中以前含有的水用W表示。

于是，某一阶段某层土壤中的水分含量Y就为：

Y=W+Q+B-P

当地下水位在2米以下时，B值可略而不计，那么上式则可以简化成：Y=W+Q-P。因此，当要从某阶段初预测阶段末的土壤水分值Y时，只要求得Q和P的数值就可以了，W可由仪器直接测得。

某阶段内Q和P值的求取，通常根据实际土壤水分资料按一定方法，点绘成降雨增墒图和晴天墒情递减图来加以确定，墒就是指土壤水分。

三、土壤水分丢失速度的简易推算法

这个方法主要是以求得某段时间内一定的计划土层中的平均每日失墒量为依据的。在测墒时知道了当时的墒情，如果再求出每日的失墒量，就可以推算出经过多少天以后，墒情将要下降到何种水平。

平均每日失墒量的求算：根据过去几年某一固定时段内多次的测墒资料，求其前后测墒的差值，除以间隔日数；即可算得每日失墒量。这种失墒量当资料较多时，可统计出不同条件下的每日失墒量。

当土壤中的水分影响到地蚕的吸水和排水机制时，就使昆虫体内的水分调节失去平衡，从而引起种种反常表现，如发育速度减慢、死亡等。

根据土壤水分预测地老虎幼成虫的发生数量，不仅可以提醒农民提早防治，减少盲目性，而且还可以减轻环境污染，避免不必要的人力、物力、财力的浪费。有了土壤水分预测，地老虎的威风还真被煞去不少呢！

征服盐碱地

盐碱土植物是指生长在盐碱土上的植物。在我国盐碱土大多分布于内陆干旱和半干旱地区以及海滨地带。因所在地地面蒸发大，排水不良，或因地下水位高，或受海潮影响而形成盐积化。盐碱土指土壤中可溶性盐含量相当于干土重的1％以上，有的可达3％以上。对于植物来说，土壤含盐量在0.2％以下，对植物的生长没有妨碍，在0.2％～0.5％之间时，仅对植物幼苗有危害，而在0.5％～1％之间时，大多数植物便不能生存了，只有一些耐盐的植物可以生存，如西瓜、棉花、甜菜等。当土壤含盐量在1％以上时，则只有特殊适应于盐碱土的植物才能生存，这就是盐碱土植物。

盐碱土对植物的危害是多方面的。首先，盐碱土可以引起植物的生理干旱，即由于土壤中可溶性盐分多，使土壤渗透压提高，植物不能吸收水分而最终导致植物死亡。其次，盐碱土对植物有毒害作用，可以使植物细胞中毒，由于盐分在植物体内的积累，使原生质破坏，蛋白质合成受到阻碍，从而使植物生长发育不良。尤其是盐分过多还阻止了气孔保卫细胞中淀粉的形成，进而影响气孔关闭，植物体内水分散失很快，极易使植物发生枯萎。最后，盐碱土还对植物的根系有直接的杀伤作用，如碳酸钠和碳酸钾，都可以导致根系死亡。此外盐碱土对土壤的结构也有破坏作用。

那么在这么恶劣的环境中，盐碱土植物生存的奥秘是什么呢？经科学家们的深入研究才发现，生长在盐碱地上的植物都具有非常巧妙的抗盐和耐盐的本领。通常按照它们对盐碱地适应方式的不同，可以将盐碱土植物分为三类。

（1）聚盐性植物。这类植物能适应在盐渍化土壤上生长，能从土壤里吸收大量可溶性盐类并把这些盐类聚积在体内而不受害。如碱菀，就是一个十分典型的抗盐害“英雄”，它的体内所含的氯化钠竟高达49.9％，简直成了天然奇咸的“咸菜”。又如盐角草，它的叶片极小，植株多汁液，细胞原生质内不仅含盐很多，而且含水量也很大。但是奇怪的是，这些植物非但不受盐害，而且它还能吸收大量的水分。其奥秘在于：吸收进植物体内的盐的钠离子已经与细胞中的有机物化合了，不仅不会使细胞的原生质受到盐害，而且由于细胞中含盐量的增多，增加了细胞液的浓度，提高了渗透压，因此使根系在土壤中能够从土壤可溶性盐中争夺到对生命极其宝贵的水分。这些植物还有碱蓬、黄须菜、盐爪爪等。其中，黄须的抗盐能力是很突出的。黄须又叫做盐吸，是一年生草本植物，叶子肥厚多汁，呈棍棒状，上面长了许多绒毛。黄须的根系非常发达，能使土壤变得疏松、渗透力加强。人们曾经在盐碱地上种过一年的黄须，结果，75厘米深的土壤中含盐量仅剩余0.1％，难怪人们称之为“吸盐器”。

（2）泌盐性植物。这类盐生植物也可以将大量的盐分吸收进自己的体内，但与聚盐性植物所不同的是，吸收进体内的盐分并不在植物体内聚积，而是通过茎叶表面的分泌腺（盐腺），把所吸收的过多的盐分排出体外，以淡化自己。就如同人与动物通过汗腺排汗一样。被分泌出的盐分在茎、叶的表面形成晶体，经过风吹雨打后，便洒落地上。这类植物就是通过这种方式来避免自己遭受盐害折磨的。如柽柳、补血草、芦苇以及红树科中的许多种类。有趣的是，如果将这些泌盐性植物种在无盐分的土壤上时，它们的出“汗”本领也随之消失了。

（3）不透盐性植物。这类植物一般仅能生长在盐渍化程度较轻的盐碱地上。这些植物的根系对盐的透性非常小，所以尽管它们生长在轻度盐碱地上，但几乎不吸收或很少吸收土壤中的盐类。其品性就如同荷花一样出污泥而不染。这类植物有盐地紫菀、盐地凤毛菊、田菁等等。

盐碱土植物在形态特征上也具有很典型的特征。如多矮小、干瘦，叶片退化或无叶，有的叶片则呈肉质，具有特殊的储水细胞。气孔下陷，表面积减少，体上具有白色绒毛以反射阳光减少水分散失等。

科学家正在进行非洲沙漠地区的特殊土壤育种实验。

人工土壤

在全球水土流失日益加剧的今天，科学家们忧虑的最大问题就是怎样保持随之急剧减少的可耕地面积，他们为此提出了许多方案，其中一种就是人造土壤。

俄罗斯科学家们创造出一种被称为“宇宙土壤”的人工土壤，他们利用这种土壤在太空进行了蔬菜种植试验。“宇宙土壤”实际上是一种塑料砂。使用这种土壤种庄稼，地力不会衰竭，只要不断补充肥料，作物就能连续丰收，这就避免了现在农业耕作上所存在的水土流失问题。以色列科学家发明了一种由40％的废纸屑组成的用以改良土壤的材料，这些材料能够刺激某些蔬菜增产，真是一举两得。其他国家的科学家们还研制出了一种作为土壤添加剂的米粒状聚合物。这种聚合物能吸收相当于自身重量700倍的水分。土壤中掺入这种聚合物后，降雨量过大时，土壤中的过量水分就被聚合物吸收，气候干旱时，聚合物又能渗出水分向植物供水。此外，这种聚合物还能增加土壤的透气性能。试验表明，在1平方米的土壤上，只要添加100克这种聚合物，就能起到调节土壤水分的作用。

无机化肥

德国有个化学家叫尤斯特斯·李比希，他从小就酷爱化学，对其他学科都不感兴趣。15岁那年，李比希连中学都没念完就辍学了。到了18岁，他终于认识到，要想成为一名化学家，必须有扎实的知识基础，这才进入大学发奋苦读。大学毕业后，李比希就来到巴黎的索邦大学继续深造，1824年，他获得了化学博士。

20岁刚出头的李比希成为年轻有为的化学博士后，回到了德国。

他一回来，就受到黑森公国政府的重用，被聘为吉森大学的化学教授。他开始以自己那无以伦比的才华跻身世界一流化学家的行列。

在黑森公国首都市郊，有一大片农田。细心的李比希注意到，市郊的庄稼在逐年减产，农民脸上愁云密布、眉头紧锁。

一天，李比希来到城郊的庄稼地里，弯下腰仔细察看庄稼地和土壤。“要是能给土地添加些营养，庄稼不就会丰收了吗？”李比希自言自语道，又似乎是在对农民说。

农民有些好笑地说：“先生，这您就不懂了。我们庄稼汉祖祖辈辈都是这么种地的。您的话说出去会闹笑话的。”

李比希可不在乎会不会闹笑话，回去后，他就开始翻阅大量的书籍报刊，发现东方古老的国度中国、印度等地的农民为使庄稼丰收，不断地给土地施用人畜粪。李比希清楚地知道，这一定是由于粪便中含有使土壤肥沃的成分，能促使庄稼吸收到生长所需要的物质。但是，这种方法不可能引进到欧洲来，因为人们在观念上无法接受。

李比希常常想：耕地到底缺乏什么？庄稼的生产又需要什么呢？只有弄清楚这个问题，才能找到解决问题的答案。

为了找到答案，李比希开始了大量的实验。在实验中，他发现氮、氢、氧这3种元素是植物生长不可缺少的物质。而且，钾、苏打、石灰、磷等物质对植物的生长发育起一定的作用。

弄清了这些，李比希对助手们说：“接下来的工作是研究出含有这些无机盐和矿物质的人工合成肥料。”

1840年的一天，李比希的化学实验室里洋溢着欢乐的气氛，世界上第一批钾肥、磷肥在这里诞生了。李比希把这些洁白晶莹的无机化肥小心地施洒在实验田里，密切注意着庄稼的变化。

可是没过几天，一场大雨不期而至。助手们发现那些化肥晶体被雨水一泡后，很快变成液体渗入土壤的深层，而庄稼的根部却大多分布在土壤的浅层。果然，收获的季节到了，实验田里的庄稼并没有显著的增产。

实验没有获得成功，有的助手有点泄气了。李比希说：“大家别灰心，成功是从失败中各种各样的高效生物肥料取得的，我们还得再深入一步，把它们变成难溶于水的物质，就可能接近成功了！”

于是，大家又开始了新的探索。这一回，李比希把钾、磷酸晶体合成难溶于水的盐类，并且加入少量的氨，使这种盐类成为含有氮、磷、钾3种元素的白色晶体。

最后，在一块贫瘠的土地上，李比希和助手们把白色晶体和粘土、岩盐搅拌在一起，施在土里，然后种上庄稼。

过了一段时间，农民们惊奇地发现那块被废弃的地，竟然奇迹般地长出了绿油油的一片庄稼，而且越长越茁壮。转眼，又迎来了收获的季节。废弃的地竟获得了大丰收，胜过农民在良田里种下的庄稼。

消息就像插上了翅膀一样迅速传开了，李比希成为德国农民们最敬仰的人物，“李比希化肥”也被广泛运用于农业生产中，造福人类，李比希被人们称为“无机化肥之父”。

农药

20世纪50年代至70年代是有机合成农药快速发展的时期，多种新的化学农药的开发，极大地满足了农业生产、卫生防疫的需要，大大地增强了人们征服害虫、病菌、杂草的能力。与此同时，随着化学农药的大量使用，其对人类、对环境的一些负面影响日渐暴露，农药对人畜的急、慢性毒性，农药对环境的污染，农药对有益生物的危害，以及农副产品中农药残留量的增加等逐渐引起人们的重视。

1962年，美国海洋生物学家卡逊出版了《寂静的春天》一书，用夸张的手法描绘了滥用农药的悲惨前景，在世界范围内引起强烈震动，农药的使用一时成了热门话题，甚至个别极端势力主张从此禁止一切化学农药的使用。在巨大的压力下，农药科研工作者没有却步。从70年代以后，通过加强对农药的法制管理和科学使用研究，研制开发出了一系列高效、低毒、易降解、与环境相容性好的农药新品种和剂型，其中最具代表性的是生物农药拟除虫菊酯类杀虫剂和昆虫几丁质合成抑制剂。从此，农药的春天来到了。

早在1800年，人们就认识到除虫菊花的杀虫作用，并作为杀虫植物被引种至世界各地大规模栽培。1942年，瑞士化学家斯托丁格尔和鲁奇卡首先发表了除虫菊素的化学结构。1949年，美国化学家谢克特等合成了第一个拟除虫菊酯类杀虫剂——丙烯菊酯，但丙烯菊酯和随后发现的一系列拟除虫菊酯类农药见光很易分解，因而仅用于室内害虫的防治，尚不能用在田间防治农业害虫。1973年，英国洛桑试验站的艾列奥特成功地合成了第一个光稳定性拟除虫菊酯——氯菊酯，为拟除虫菊酯类农药用于农业生产做出了突破性贡献。

拟除虫菊酯类农药与同时期的其他有机合成农药相比，其用药量大幅度降低。如溴氰菊酯，其每公顷用量仅为15克，比常规提高了100倍，而对人、畜等哺乳动物的毒性反而分别降低了432.3倍（经皮毒性）和43.6倍（口服毒性）。另外，拟除虫菊酯农药与天然除虫菊素结构相似，在环境中易于降解。正因为拟除虫菊酯类杀虫剂这些卓越的优点，20世纪80年代以来，其研制开发已成为热潮，商品化的品种目前已达到40多种，使用面积已占整个农用杀虫剂使用面积的25％，成为当前防治农、林、卫生害虫的主要药剂品种。

昆虫几丁质合成抑制剂是一种昆虫生长调节剂。20世纪70年代初期，凡·达阿仑等在筛选新的除草剂时，设想将敌草腈和敌草隆组合在一起可能有更高的除草活性，于是他们将敌草隆去掉两个甲基，用苯甲酰基取代苯腈，合成了Du-19111。然而事与愿违，Du-19111没有表现除草活性，却意外地发现它能影响昆虫几丁质合成而引起菜粉蝶幼虫死亡。这一重大发现，导致开发出一大类新型杀虫剂。昆虫几丁质合成抑制剂以其作用方式独特和杀虫活性高，对哺乳动物低毒，对鱼类、害虫天敌、蜜蜂均很安全，无残毒和环境污染之虑，故称之为“生物农药”。近30年来，已有除虫脲、灭幼脲、定虫隆和灭幼唑等10多种品种商品化，成为保护庄稼的新“武器”。

在拟除虫菊酯类和昆虫几丁质合成抑制剂杀虫剂开发的同时，杀菌剂、除草剂中的一些内吸性高效、低毒品种也相继问世，如三唑酮等麦角甾醇抑制剂、甲霜灵等苯基酰胺类和多菌灵等苯并咪唑类杀菌剂，绿磺隆等系列磺酰脲类除草剂。由于这个时期开发的农药其药效大幅度提高，使田间用药量大大降低，有效地减少了农药对环境的不良影响和残毒。

20世纪70年代以来，生物源农药的研制、开发也取得了突破性的进展，特别是农用抗生素和活体微生物农药的开发应用。农用抗生素是由微生物发酵产生的具有农药功能的次生代谢物质，例如用作杀菌剂的春雷霉素、灭瘟素、井冈霉素，用作除草剂的吡丙氨酰膦，用作植物生长调节剂的赤霉素，以及被认为是近10年内杀虫剂领域最令人兴奋的杀虫剂——齐墩螨素。

活体微生物农药，即利用一些使有害生物致病的微生物作为农药，以工业方法大量繁殖其活体并加工成制剂来应用，如商品化的苏云金杆菌（Bt）、白僵菌、核多角体病毒、颗粒体病毒、病原线虫、微孢子厚虫等，由于生物源农药来源于自然，在环境中很容易自然降解，对环境没有任何污染，因此显示了广阔的应用前景。

20世纪90年代以来，生物技术开始应用于农药领域，并取得了突出的成绩。例如，苏云金杆菌制剂（Bt）是一种对鳞翅目害虫有特效，对有益生物、人畜等安全的杀虫剂，但由于该活体微生物受紫外线影响较大，在田间难以充分发挥其药效。最近人们已将Bt杀虫蛋白毒素基因转移到荧光假单胞菌中，使荧光假单胞菌产生Bt杀虫蛋白素，由于荧光假单胞菌产生的色素可以防止紫外线对杀虫毒素的破坏作用，因而可使苏云金杆菌制剂（Bt）田间药效大为提高。更有甚者，人们已将经过改造后的Bt蛋白毒素基因成功地转入到烟草、番茄、棉花等作物中，得到了抗虫的植物。毫无疑问，生物技术赋予了农药新的含义。

随着社会的进步和科学技术的飞速发展，农药也在不断发展，不断完善。目前，农药品种正朝着高效、低毒、低残留、与环境相容的方向发展，农药的创制也突破了直接杀死有害生物的传统农药概念，而强调利用农药对有害生物的生理或行为产生较缓和的长期影响，即农药的作用不是直接杀死而是通过调节有害生物生长、发育、繁殖来达到控制其危害。在应用技术上，近年提出了“环境相杜邦公司研制的无公害农药和除草剂容性剂型及使用技术”，大大地提高了农药在靶体上的沉积率，大幅度降低农药用量，减少对环境的影响。此外，随着有关农药安全性风险评价的管理日趋完善，生物合理农药将是人们与有害生物斗争不可替代的武器。正如1970年诺贝尔和平奖得主N.E.Borlaug所预言：“我们要优先考虑的是吃并保持健康，为此必须要有农药。没有农药，全世界将挨饿！”

阿斯匹林与新型除草剂

阿斯匹林不仅能止痛，治感冒，还能预防心肌梗塞。现在瑞士一家化学公司齐巴——盖吉化学公司还用它当作植物保护剂。

齐巴——盖吉化学公司的让皮埃尔·梅特罗估计：“看来保护植物甚至是阿斯匹林的高效物质水杨酸的天然使命了。”生物学家发现，如果烟草受有害的真菌和病毒的侵害，可以采用阿斯匹林疗法。科学家用烟草叶病病毒（这是一种花叶病病原体）侵染一片烟叶。叶子感染后不久，水杨酸便从感染处通过植物的叶脉一直流到叶尖并立即开始生产抗体。生物学家梅特罗说：“水杨酸给整个植物发了警报。”

目前，世界上除草剂已达300多种，广泛用于各种作物的田间除草。但是，也有不少化学除草剂因为带有副作用而被淘汰这是一种能刺激植物自卫的激素。瑞士人想利用的就是这个东西。梅特罗希望，人们可以靠以水杨酸为基础的物质增强植物的天然抗体。这是杀虫剂极佳的替代品。这家瑞士公司飞机给棉田喷洒除草剂已给二氯烟酸申报了专利。二氯烟酸与水杨酸有非常密切的亲缘关系。在化学工业的实验室里，一代新药剂日趋成熟。新的药剂与旧的药剂相比，更适合于植物和更有益于环境，而且还更有效和更有针对性。因为进一步研究老一代杀虫剂的工作已陷入死胡同。老一代杀虫剂多半是有毒的氯化物。

污水淤泥肥料

污水处理是世界各国关注的问题，目前各国科学家正加紧研究各种污水处理的技术，因为若继续让地球污染，最终受害者会是人类自己。

20世纪90年代初，英国和瑞士科学家联手研究，用最经济和最简单的方法，将污水的淤泥变为肥料或燃料。以往人们曾尝试将含有淤泥的污水摊在农田里作肥料，但运送困难且污水淤泥重金属含量大，不适宜用作肥料。

英瑞两国科学家处理污水淤泥的方法是高度自动化的，且只需一位人员监察和操纵便行。先把含水分的淤泥注入处理系统内，与体积较大而不适合用作肥料的淤泥块混合，经过搅拌，变成淤泥浆，随之把淤泥浆灌入一个不停旋转的圆鼓内。

与此同时，热空气亦注入圆鼓内，以450℃的高温将淤泥浆烘成粒状。当淤泥粒进入另一个圆鼓时，原先圆鼓内的热气及水蒸气会被吸回小炉循环使用，而粒状淤泥则通往另一个“体积分类室”，将体积较大的淤泥块漏出，以备再次循环使用。

由于整个污水淤泥处理过程是在密封式的设备下进行，鼓内的尘埃及臭味不会向外散发，更有70％的热量可循环使用。经过处理烘干的淤泥粒含丰富的氮及磷，极适合用作肥料，而且可无限期贮存。淤泥粒亦可用作燃料。

无毒农药

“害虫！害虫！我是敌杀死！”这则农药广告曾在不少朋友心头留下了很深的印象。但时值今日，“敌杀死”已面临被淘汰的危险。这是什么原因呢？

原来，传统农药在杀死害虫的同时，也一直在严重危害着农作物的生长。那些带着农药白斑的水果、蔬菜更是让人心存余悸，生怕清洗不净误食而造成中毒。农药，也是绿色食品生产的大忌。美国加利福尼亚州的棉花产地，由于大量使用农药和化肥，那里的土壤已经盐碱化，排水沟里散发着浓烈的化学制品气味，土地里几乎已经没有任何其他生命存在。由此看来，农药造成的环境污染也是足以令人担忧的。因而，世界各国都加快了无毒农药的研制步伐。一种“理想的农药”——性信息素农药诞生了！

这是一种采用仿生技术来诱杀害虫的好办法。性信息素是昆虫分泌的一种化学物质，用以引诱同类昆虫前来与之交配。那么，是不是可以人工合成性信息素农药，用作诱饵杀灭害虫呢？美国研制的棉象虫性信息素农药可以诱杀棉田中90％以上的棉象虫；英国研制的水稻钻心虫蛾性信息素农药给水稻生产国带来了福音；日本已研制出防治果树、茶树和蔬菜等害虫的12种性信息素农药。这是一个十分有趣的试验：把一粒只有千分之一克重的金龟子性信息素农药胶囊放在高尔夫球场草坪上，半天功夫居然引来了一万多只雄性金龟子！

越来越多、越来越有效的无毒农药必将取代传统农药，到那时，对付害虫再也不用“敌杀死”之类了，可恶的害虫统统会自杀而死了。

科学施肥

查明了农作物需肥和作物缺肥的各项指标，就可以有目的地进行科学施肥，获取农作物高产量和高效益。

高产施肥指标可以分为三种，即最大生产潜力施肥、最大产量施肥以及最佳产量施肥等。所谓“最大潜力施肥”，是为了探索农作物的最大生产潜力，在力求其他条件都达最佳状态时所进行的施肥。其特点是不计工本，在肥料数量上充分满足，在养分元素上力求完全，做到作物任何生长阶段都不因肥料供应而影响最大产量。可以说，所有创造各国或世界产量最高纪录者皆然。

所谓“最大产量施肥”，是肥料效应曲线中达最大产量时的相应施肥量，即肥料效应曲线中的特定值。该值在正常条件下进行不同肥料用量试验后，便可由计算求出。但最大施肥量的经济效益并不是最高。

而“最佳产量施肥”，则是肥料效应曲线中达到最大经济效益时的产量的对应施肥量，它的数值一般比最大施肥量要低一些，但经济效益最为合理。

根据农作物需肥规律、土壤肥力、肥料类型以及科学诊断指标，确定适宜的施肥数量、次数、时间和方法，最大限度地提高化肥利用率。

农作物高产施肥分为基肥、种肥、追肥和根外追肥。基肥系指播种前施用的肥料，也称底肥，以有机肥为主、化肥为辅等。基肥的主要作用是培肥地力，疏松土壤，缓慢释放养分，供给农作物苗期和后期生长发育的需要。种肥是在作物播种时施在种子附近或随播种同时施入，供给种子发芽和幼苗生长所需的肥料，有些地方叫口肥、盖粪、窝肥。施用种肥以速效性化肥为主，也有施用腐熟农家肥的。追肥是为满足作物的各生育阶段对养分的需求，根据农作物需肥规律和生育特点施肥，分次追肥最重要。禾谷类作物一般采用“三攻”追肥法，即在施足基肥和用好种肥的基础上，拔节期施肥攻秆，孕穗期施肥攻穗，灌浆期施肥攻粒。

这里特别介绍根据田间诊断进行根外追肥，也叫叶面喷肥。就是把肥料溶解在水中，在作物生育后期喷洒在叶面上，通过叶片的气孔直接为农作物吸收利用，是一种经济有效的施肥方法。喷肥时一是选择喷肥时期，一般选在作物生育后期，即进入生殖生长阶段喷肥效果最好。二是掌握肥液浓度。三是讲究喷肥的方法，用超低量喷雾器喷施，要求雾粒微细，叶片易于吸收。喷肥宜在无风的早晨或傍晚进行，气温略低，湿度较大，喷在叶面上的肥液蒸发慢，有利于作物吸收。

农作物施肥有四个发展趋势，即把优化施肥技术与施肥管理同步研究：一是随着新型肥料的研制与生产，如复合肥料、包衣肥料、长效肥料、塑膜肥料、微量元素肥料以及化肥增效剂等，研究在施肥过程中减少挥发流失或土壤固定，以提高肥料利用率。

二是从研究土壤营养诊断向研究植株营养平衡诊断与调节技术发展。应用现代快速化验技术和计算机诊断技术，准确地掌握植株和土壤的养分状况，按目标产量平衡施肥。

三是改进施肥方法。研制小型简易轻便机械，根据作物需肥规律，采用深施、底施、分层追施或喷施，提高肥料利用率。

四是建立计算机数学模型或专家系统。依据大量的土壤肥力测定和田间肥料试验结果，应用系统识别和结构优化方法建立合理施肥的数学模型。向农户因地制宜推荐最佳施肥量和施肥方法，建立咨询指导系统。特别是在不测试土壤肥力条件下，拟定符合实际情况的施肥方案，实现简易、快速、准确地科学施肥。

化肥增产

化肥的生产工艺解决了，农民也认识到施用化肥的增产效果。但怎样才能大规模地生产化肥呢？

土壤中含有一定数量的养分，但它满足不了农作物高产的需要。就拿氮素来说，土壤含氮量仅占千分之一，有机肥中含氮充其量不足1％，而农作物需氮量则要大得很多。科学家发现有一种可以作为氮肥来源的矿物质叫智利硝石，它的化学成分为硝酸钠，含氮量达到15％。但只有南美洲的智利才有储存和生产，而且储藏量很有限，很难供应全世界农田施肥之用。

社会在前进，科学在发展。

自然界的偶然现象常给人以启迪。科学家发现，在茫茫无际的空气中，80％的气体是氮气，在地球表面1平方米之上的空气中，就含有750万立方米氮。但出现的问题是，空气中的氮是氮气，在常温下它是一种惰性气体，活性极差。但在雷雨季节的雷鸣电闪、雨滴中经常夹杂着少量的氮素进入土壤。进一步观察发现，雷电产生的电火花温度很高，强迫“懒惰”的氮气全部活跃起来，在氧气中燃烧变成二氧化氮。二氧化氮溶解在雨滴里，变成了硝酸，随雨滴进入土壤，硝酸再与土壤中的钠盐作用，生成了硝酸钠。这就是所说的硝石。科学家估算，雷鸣电闪，一个电火花通常长达几十公里，每年雷雨给大地带来的氮素多达4亿吨。

向大自然索取氮素，是科学家的研究课题。

随着电力工业的发展，1901年，科学家发明了“人造闪电”，即通过电弧迫使空气中的氮与氧化合成二氧化氮，进而获取氮肥——硝石。但是，用电弧法生产氮肥耗电多、成本高、效率低，不大可能进行工厂化生产。科学家进而研究，在高温高压环境下可以使氮气与氢气结合在一起，氮分子终于被拆散，生成一种新的氮氢化合物——合成氨。

1913年，德国建立世界上第一个合成氨装置，为发展氮肥工业奠定了基础。合成氨来源于氮和氢的化合。氮来自于空气，氢来自于水。水和空气又是自然界极为丰富的资源。在化肥工厂里，把矿石、煤、水、空气、石油等作为基本原料，先制成氨，再使氨与其他化学物质化合，生产出各类氮肥。化学肥料便于运输和机械作业，有效成分含量特别高，发挥肥效也特别快。例如100公斤尿素中就含有46％的氮素，施入土壤后5～7天即可溶解并为植物的根系吸收。

德国科学家后来发现了钾盐矿，并成功地从盐水中提取出氯化钾；19世纪初，德国建成了世界上第一座钾肥工厂。

现代化肥工业诞生了。它是从空气中的氮气制造氮肥，从磷灰石制成磷肥，从海（湖）水中提取钾肥。现今全世界已发展起丰富多样、品种齐全的“化肥世家”。举例来说：氮肥有尿素、硫酸铵、硝酸铵、碳酸氢铵、氨水等，磷肥有过磷酸钙、钙镁磷肥、磷酸铵等，钾肥有硫酸钾、氯化钾、碳酸钾等。此外，还有名目繁多的微量元素肥料，如硼酸（硼肥）、硫酸锰（锰肥）、硫酸铜（铜肥）、氯化锌（锌肥）、钼酸铵（钼肥）等等。为了控制肥料养分释放速度，科学家又相继研制了长效肥料、复合肥料和缓效性肥料等。

在传统农业阶段，农业生产依靠自身的有机营养如秸秆、枯枝、残茬等返回土壤以维持再生产，即所说的封闭式物质能量循环系统；化学肥料的投入，大大增加了外部物质能量的投入，即所说的开放式物质能量循环系统，极大地提高了耕地的产出率。

20世纪初期，全世界每年大约生产化学肥料（主要是氮肥）不到500万吨，施肥面积很小；到20世纪之末，世界生产化肥（纯）已达1.4亿吨。其中氮肥9100万吨，磷肥3500万吨，钾肥2500万吨。每公顷耕地平均施用化肥约900千克；在农业发达国家，每公顷耕地施用化肥达1500千克以上。中国是世界上化肥生产大国之一，1998年施用化肥总量4000多万吨，居世界第三位。科学家估算，每施用1吨化肥（有效成分），相当于增加3～4公顷耕地农作物的产量。现在全世界约有1／2的粮食和其他农产品，都是通过施用化学肥料转换而来的。

化肥的功过

化学肥料为农业增产立下了汗马功劳，在未来的农业发展中它仍然要唱“主角”，依靠它换取粮食满足人口日益增长的需要。但也有人认为，大量施用化学肥料是造成环境污染之源，并逐渐形成一股声势浩大的对农用化学产品的批判风。对化肥的指责集中在：施用化肥造成土壤板结，水质污染，农田遭受侵蚀或退化，土壤肥力下降；特别是大量施用氮肥，在农田和饮水中有过量的亚硝酸盐沉积，对人畜造成危害。施用化肥还造成水土流失，土壤沙化。他们称“每一个粮食丰收年都是以流失大量可贵的表土换来的”。

事实上，在20世纪80年代初，对农化产品的批判在发达国家中早已酝酿发生并此起彼伏。当时由于石油涨价，一些学者试图抛弃“无机农业”，提倡所谓“有机农业”或“生态农业”，实质上主张走“低投入农业”之路；其理论核心是完全不投入或少投入化学产品，减少或降低农业成本。

对化肥的批判引起世界各国政府及学术界的关注，事出有因，看法迥异，而宣传媒体过分地夸大了。美国的科学家举出几例：第一，关于水质污染问题。据报道，典型的与施用化肥有关的损害人体健康的疾病叫皱躯（Blue-baby）综合症，如果饮用井水的亚硝酸盐含量在万分之二以上可诱发此症。但调查表明，更多的发病诱因是化粪池的渗漏，而不是化肥的残毒。据美国科学家（1990）在俄亥俄州对1.4万口井取水样分析，硝酸盐的含量只为百万分之五至百万分之七，所谓硝态氮污染并无依据。科学家（1988）对依阿华州和宾夕法尼亚州的井水作了检测与比较，两地亚硝酸盐的含量基本一致，均低于十万分之一。但宾夕法尼亚州氮肥用量比依阿华州氮肥用量低1／3，其余部分则来自厩肥和豆科植物。这表明，氮素在土壤中的行为是相同的，而与肥料来源无关。美国学者（1994）对美国东部、中西部和南部农业区3万多口井水进行分析，绝大部分（63％）井水中的硝态氮含量低于千万分之三，只有3％的井水硝态氮的含量为十万分之一，略高于国际饮用水规定的硝态氮含量的临界值。究其因，还主要与井旁长期堆放的厩肥渗漏有关。另据对依阿华州德梅因（DesMoimesi）河水分析，1945年时河水中的硝态氮含量为百万分之五，当时农田从肥料供氮仅占总供氮量的0.3％。45年后的1990年对河水再次分析，硝态氮含量为百万分之五点六，而从化肥中所获取的氮已达到总供氮量的63％。显然，早期硝态氮来源于有机质的矿化，今日之硝态氮既来源于氮肥，又来源于土壤有机质。这表明合理施用化肥并非水质污染的原因。

主张实行“有机农业”的学者希望摒弃化肥，生产“无公害”食品。但忽视了两个重要的事实：第一，哪里能制造出那么多的有机肥呢？全世界充其量只能提供“有机农业”不足20％的肥料，即使畜牧业十分发达的美国，也只能满足30％的动物粪肥。据估计，美国每年来自动物厩肥中的有效氮约190万吨，仅相当于每年施用氮化肥的18％。第二，有机肥料来源复杂，它自身就是一个寄生各种微生物和菌类的污染源，如果质量不高或处理不当，施用有机肥料不一定比化肥能获取更高的产量。

美国140多位科学家联名公布一份令人信服的调查报告（SmithE.G等，1990）指出：（1）如果现在立即停止使用化肥，美国玉米总产量预计将减产52％，生产成本提高61％，粮食出口剧减。（2）美国消费者每户每年将多支付428美元用于购买食物。相当于中等收入家庭食物支出的12％，低收入家庭的44％。（3）美国农业单位面积产量将恢复到20世纪40年代的水平。如果仍要保持今天的高产量，则需要新增500万公顷耕地。（4）每施用1吨氮肥（有效成分）的产出，在美国相当于增加2.7公顷灌溉地的产量或1.8公顷旱地的产量，在泰国相当于3.2公顷耕地的产量，在秘鲁相当于6公顷耕地的产量。（5）完全依靠厩肥中的养分来源所造成的生态压力比化肥更为严重。因为同等养分的厩肥使土壤负荷增大，可能会造成板结和迳流。还会增大生化耗氧量，导致微生物污染。结论很明确：今世绝大部分农产品是农化产品换来的，化肥是农业生产系统最主要的必不可少的物质投入。增施化肥可以免去开垦新荒、减少污染以及确保农业的持续发展。

著名“绿色革命之父”勃劳格（1990）告诫说：“就现有科学水平而言，农业化学产品的明智使用，尤其是化肥的使用，对满足世界53亿人口的生活是至关重要的。人们必须清醒地认识到，当今农民如果立即停止使用化肥和农药，世界必将面临悲惨的末日。这并非由于化学产品的毒害所致，而是由于饥馑所造成。”

微生物农药

微生物农药是利用微生物或其产物来防治植物病虫害的一种农药，它是通过筛选昆虫病原体或病菌拮抗微生物，用人工培植、收集提取的方法而制成的。目前国际上常用的微生物农药有：细菌杀虫剂、真菌杀虫剂、放线菌杀虫剂、病毒杀虫剂、微生物除草剂等。

首先，微生物农药作用的机理是：当病原体、拮抗微生物或其产物为昆虫吞食或接触并感染其他病菌后，通过微生物的活动和毒素的作用，使害虫和病菌的新陈代谢受到影响，破坏其机体器官，影响它们的发育繁殖或使之变态，使它们产生病变而死亡，或生长畸形而断子绝孙，从而达到灭虫防病的目的。因此可以看出，微生物农药是针对化学农药的弊端而研制的，其最主要的优点是高效低毒，是以生物防治的方式来杀灭虫害，从而极大地保护了生态环境，具有长远的意义，而化学农药则会对土地、作物等产生相应的不良影响。

其次，微生物农药有很高的专一性，其作用一般限于一个目或一个科。正因为其专一性高，所以对包括人畜在内的脊椎动物都是安全的。例如，苏云金芽孢杆菌HD-1亚种（BTk）和血清型H-14亚种（BTi）是微生物农药中成就最大的，其中BTk对150种食叶的鳞翅目毛虫有效；BTi对鳞翅目相对无毒，但对双翅目中的蝇和黑蝇却很有效。目前BTk已广泛应用于森林、蔬菜、玉米、烟草、观赏植物、果树、谷物，其成功之处便在于它的良好效果和很好的安全性。BTi作为蝇和黑蝇幼虫的农药，和BTk一样也具有高度专一性，在控制蝇和黑蝇的同时对其他非目昆虫以及对人畜均无毒害，所以其应用也有日益扩大的趋势。

再次，微生物农药还具有效期长的优点。例如，一种新的杀线虫剂Biocon，在马铃薯田中，这种霉菌可杀死寄生的线虫，并可使产量提高10％～100％。与此同时，每公顷使用的费用仅为化学杀线虫剂的1／10；化学农药有效期为3个月；而Biocon能在土壤上长期生长，可连续种植2～3次都无须再施此药。

另外，微生物农药还可节约费用，使成本降低。这是因为其生产原料大多为农副产品，设备要求不很高，便于就地取材。最后，微生物农药还有使害虫不产生抗药性的优点，可长期使用。

植物特有的“化学武器”

植物利用它们自己特有的分泌物质作为“化学武器”来对付昆虫和其他动物，取得生存的权利，使自己立于不败之地。这是植物对动物实行的“化学战”。

在丰富多彩的植物世界内部，有些植物也常常利用特有的“化学武器”来对付自己的“邻居”，这就是发生在植物之间无声的“化学战”。

苦苣菜就是欺弱称霸的典型。它是一种杂草，可是你千万别小看它，它竟敢欺侮比它高大的玉米和高粱。在玉米或高粱地里，如果苦苣菜成群，它们就会称王称霸，并将玉米或高粱致于死地。苦苣菜使用的法宝就是它们根部分泌的一种毒素，这种毒素能抑制和杀死它周围的作物。

在葡萄园的周围，如果种上小叶榆，葡萄就会遭殃。小叶榆不容葡萄与它共存，它的分泌物对于葡萄是一种严重的威胁，因此，葡萄的枝条总是躲得远远的，背向榆树而长。如果榆树离葡萄太近，那么，榆树分泌物的杀伤力就更大，葡萄的叶子就会干枯凋萎，果实也结得稀稀落落。如果葡萄园周围是榆树林带，距离榆树林带数米处的葡萄几乎全被它们致死。

在果园里，核桃树对苹果树总是不宣而战，它的叶子分泌的“核桃醌”偷偷地随雨水流进土壤，这种化学物质对苹果树的根起破坏作用，引起细胞质壁分离，因此，苹果树的根就难以成活。此外，苹果树还常常受到树荫下生长的苜蓿或燕麦的“袭击”，使苹果树的生长受到抑制。

那小小的紫云英，也常常依仗自己叶子上丰富的硒去杀伤周围的植物。下雨天气是它杀伤其他植物的有利天时，硒被雨冲涮、溶解，流入土中，毒死与它共同生长的植物，成为小小的一霸。

生长在美国加利福尼亚州南部里上的野生灌木鼠尾草，称霸得更凶，它的叶子能放出大量的挥发性化学物质，主要是桉树脑和樟脑。这些物质能透过角质层，进入植物的种子和幼苗，对周围一年生植物的发芽、生长产生毒害。鼠尾草的这种“化学武器”十分厉害，在每棵鼠尾草周围1～2米之内，竟寸草不长！

在植物界也有双方鏖战，两败俱伤的情况，例如菜园里的甘蓝和芹菜就是一对“冤家”，它们的根部都能分泌化学物质，作为杀伤对方的“化学武器”，两者碰在一起，谁也不示弱，谁都想把对方制服，结果鏖战一场，弄得两败俱伤，双双枯萎。

水仙花和铃兰花都是人们喜爱的花卉，如果把它们放在一起，双方也有一场激战。双方散发的香味都是制服对方的“武器”，一场激战之后，结果双双夭折。

从上面所举的事例可以看出，植物之间的“化学战”使用的都是“化学武器”，而这些“化学武器”都是它们各自特有的化学分泌物质。近年来，各国对植物化学分泌物质的研究都很重视，现已形成了一门崭新的科学——化学生物群落学。植物的分泌对于它们的生活有着极其重要的意义，研究植物的分泌，可以为作物的间作、套种，混作，为合理地选配造林树种以及合理地布置果园提供可靠的科学依据。

在农业生产上，人们常常利用植物特有的“化学武器”来防治病虫害和消灭田间的杂草，这对农业增产、减少使用农药、避免环境污染有着重要的意义。

例如，菜粉蝶害怕番茄或莴苣的气味，只要把番茄或莴苣跟甘蓝种在一起，就可以使菜粉蝶不敢靠近，从而使甘蓝免受菜粉蝶的侵害。在大豆地里种上一些蓖麻，蓖麻的气味会使危害大豆的金龟子退避三舍。大白菜容易得根腐病，而韭菜能充当大白菜的“保健大夫”，为大白菜治病。大蒜分泌的大蒜素，也有很强的杀菌作用，它也是大白菜的“保健大夫”。大蒜还能抑制马铃薯晚疫病的蔓延。南方的油茶是一种油料树，它经常得烟煤病，原来山苍子的叶子和果实能散发芳香油，芳香油中的柠檬醛有杀死烟煤病菌的能力。所以，山苍子也是专门为油茶治病驱魔的大夫，洋葱跟胡萝卜间作，可以互相驱逐对方的害虫。

有些植物根部的分泌物，常常是消灭田间杂草的有力“武器”。例如，小麦可以强烈地抑制田堇菜的生长，燕麦对狗尾草也有抑制作用，而大麻对许多杂草都有抑制作用。

以菌治虫

细菌，谁听到了都会害怕，这是要使人生病的微生物。细菌的种类很多，并不是所有的细菌都对人有害，有些对人无害，有些还对人有益。细菌是一种生物，它们也要生长、繁殖，当它们依附和寄生在其他生物体上的时候，它们既吸取了寄主的营养来养活自己，同时又分泌一些毒素，当它们大量繁殖的时候，积聚的毒素对寄主就发生了毒害，所以，细菌不但会引起人生病，还能引起动物和植物生病。

细菌有一个奇特的脾气，它不是没有选择地寄生在任何生物体上，而是有选择性的。有些细菌不大会寄生在人体上，而寄生在适合它寄生的其他生物体上。从科学研究中发现，昆虫每代的死亡率在80％～99％之间。它们的死亡，很大的原因是由于细菌的感染。目前发现，大约有100多种细菌，能使一些昆虫生病死去。因此，科学家就想利用对昆虫有害的细菌来消灭害虫。

例如，苏芸金杆菌就有很高的灭虫效果。这种杆菌是一个芽孢杆菌的大家族，至少有17个变种，如杀螟杆菌、青虫菌等，它们在自己的代谢过程中，能产生一种对昆虫有害的毒素，其中主要的叫做晶体毒素，是一种毒性很强的蛋白质结晶。当昆虫吃了附有苏芸金杆菌的食物后，这些杆菌的芽孢立即在昆虫的消化道里繁殖，同时产生大量的毒素，使昆虫的肠道麻痹，几小时后，昆虫就会停止进食，虫体也蜷缩起来；杆菌很快地从消化道侵入到“血腔”，引起败血症，昆虫也就死去了。从感染到死亡，一般约两三天左右。苏芸金杆菌可以防治约400种害虫，对鳞翅目的害虫有致命的威胁，如菜青虫、松毛虫、玉米螟、三化螟、黏虫、刺蛾等等，防治的效果达到80％，而且对家蚕和蓖麻蚕同样有毒害，所以，使用苏芸金杆菌剂治虫时，要注意不能污染桑树和蓖麻。用苏芸金杆菌制成的农药，是一种灰白色或淡黄色的可湿性粉剂，使用很方便。被细菌杀死的害虫，虫体里都有大量的细菌，能够继续感染健康的害虫，有些农民将这些死虫收集起来研碎，用水调匀后，再喷洒在有虫害的地方，同样也有防治的作用。

以虫治虫

每当初夏时分，棉田里有些叶子上密密麻麻地布满了蚜虫，如果你在这些叶子上做好记号，过了一段时间后再去查看，这些叶子上原来密布的蚜虫几乎完全没有了，只剩下一些死去的残体，有的残体上还留有小洞洞，这是怎么回事呢？

这是蚜虫被它的天敌昆虫——小茧蜂等寄生或被瓢虫、食蚜蝇等捕食的结果。

在生物界里，生物间相互制约的现象是普遍存在的，每种昆虫都可能有自己的天敌，如果我们能够利用某些害虫的天敌昆虫来对付这些害虫，就能达到防治的目的，这种方法称作生物防治，也就是一般所说的“以虫治虫”。

天敌昆虫对付害虫的办法，一是捕食，二是寄生，能大量地消灭害虫。像以“双刀”著称的螳螂，它是昆虫界的数学专家，能在0.5秒的一瞬间计算出飞过它眼前害虫的速度、方向和距离，一下子就捉住吃掉。一只大草蛉成虫的一生，平均捕食棉蚜2200多只，最多时一天可捕食270多只。除棉蚜外，棉铃虫、玉米螟等的卵也是大草蛉爱吃的佳品。小茧蜂有一套“钻肚皮”的本领，它看到菜青虫以后，用尖锐的产卵管迅速刺进虫体产卵，菜青虫开始没有什么反应，可是不久，体内寄生的卵孵化，小茧蜂出世的时候，菜青虫也就完蛋了。金小蜂是越冬红铃虫的死对头，它把产卵管刺进红铃虫的茧内产卵，孵化出来的金小蜂幼虫就吸食红铃虫幼虫的体液发育长大，最后破茧而出。赤眼蜂也很厉害，它能把产卵管插入到三化螟虫、稻苞虫、玉米螟、棉铃虫、菜青虫等的卵里产卵，很快孵化为幼虫，就吃寄主卵内的营养发育长大。最近发现，赤眼蜂这些寄生蜂所以能找到适合它们产卵的寄主卵，除了它们本身有很敏感的“嗅迹效应”以外，还因为害虫的蛾子产卵时留下一种有气味的名叫“利它素”的物质，能够招引它们。

以虫治虫的生物防治方法，其特点是不会污染环境，而且一经引进天敌昆虫后，这些天敌昆虫不断地孳生繁殖，对害虫起着抑制的作用。一般害虫对杀虫剂都有抗药性，而对天敌昆虫则无法对抗，所以，在害虫的综合防治中，以虫治虫是一个重要的组成部分。

用昆虫激素杀虫

昆虫好像是魔术师，它的一生会变好多花样，由卵变成幼虫，由幼虫变成蛹，再由蛹变成虫，虫又产卵……它的各个发育阶段，都由它身体里分泌的激素来控制的。昆虫激素可分成两大类，即昆虫的内激素和昆虫的外激素。

昆虫的内激素就是昆虫体内分泌的一种物质，能促使昆虫生长、发育，或者促使昆虫的性成熟，增强其繁殖后代的能力。蜕皮激素和保幼激素就是昆虫的两种内激素。蜕皮激素的作用是使昆虫从幼虫经蜕皮后长成蛹，蛹再蜕皮就长成具有生殖能力的成虫。保幼激素的作用是保持昆虫幼年期的特征，同时对卵巢的发育也起抑制作用。昆虫生长到某个阶段必然会分泌出某种激素，或者停止某种激素的分泌，以保持昆虫的正常生长和发育。因此，蜕皮激素和保幼激素的分泌是随着昆虫的生长而增减。如果用人工方法把蜕皮激素或保幼激素过多地注入昆虫体内（例如，给某种农作物的叶子喷洒内激素，让害虫啮食入体内），昆虫体内由于有了过多的内激素，就使昆虫生长不正常，或者昆虫一直停留在幼虫期，或者昆虫过早蜕皮，变成一种小而无生殖能力的成虫，失去繁殖能力，就能达到防治害虫的目的。

昆虫的外激素是什么呢？许多动物为了维持它们种族的生存繁殖，使用各种手段进行个体间的相互联系。这种情形在昆虫中也不例外。

在自然界中，为什么小小的雌雄昆虫能够彼此找到配偶？人们观察到：有些昆虫是利用物理方法取得联系的，如声音，蟋蟀雄虫唧唧鸣叫声能招引方圆10米内的雌虫，蚂蚁会发出超声波等等。有些昆虫利用化学方法取得联系，即昆虫释放有微量气味的物质来保持雌雄间的通信联系。例如，雌虫会释放一种特殊物质引诱雄虫，在交配期间雌虫腹部有一种腺体，能释放这种特殊物质引诱雄虫前来赴会；雄虫则借助于触角上的感受器来察觉这种特殊物质，从而辨认雌虫的所在方位。这就是雄虫如何找到雌虫进行交配，而雌虫又是用什么方法和雄虫保持联系的秘密。我们把昆虫产生和放出来的、能引诱和激起同种异性个体赴会，并进行交配的化学物质（昆虫外激素），统称为昆虫性信息素。对这种化学气味物质的研究，不仅了解到昆虫的生理和行为特点，并可用它来人为地控制昆虫的行为，用于防治害虫。

目前已能用化学方法提纯或合成几种昆虫的性信息素，诱捕消灭大量的同种异性昆虫；或者向空中施放大量性信息素，使昆虫迷失方向，破坏雌雄昆虫之间的性信息联系，使雌雄虫不能交配繁殖，达到防治害虫的效果。

昆虫除草

清除农田杂草一直是令农学家们头疼的问题，从传统的人工除草到利用除草剂来除草，可谓是上了一个大台阶。农民们对“一扫光”的喜爱，几乎不亚于球迷对足球的喜爱。但最新的除草方法——利用昆虫清除杂草，则开辟了除草历史的新纪元。

昆虫除草是根据某种有害于农作物的杂草是某种昆虫的美味佳肴的道理，把清除杂草的这一重任交给了这些小虫子。

据报道，仙人掌曾一度在澳大利亚的一些农场泛滥成灾，后来农学家从国外引进一种专吃仙人掌的螟蛾。这种螟蛾的幼虫钻进仙人掌里，使仙人掌迅速腐烂而死。可以说，不费吹灰之力，农场主在与仙人掌的较量中大获全胜。美国也利用昆虫来对付造成河道淤塞的罪魁祸首——空心苋（一种水草）。日本在水稻田里放养一种昆虫，以清除田中杂草。

其实，自然界中专吃危害农作物杂草的昆虫相当多，它们既可保护禾苗又能大大节省除草工时，不愧为除草的一大功臣。

另外，人们还发明了一种真菌除草剂，利用细菌来对付杂草，这也是一个好办法。

“一扫光”曾为农田除草立下了汗马功劳，但面临新技术的挑战，最终只有败下阵来。

农田里的害虫屡除不尽

世界上有100多万种昆虫，其中有一些是人们所喜爱的益虫，如家蚕、蜜蜂等。这些益虫，人们总是想方设法要饲养好，让它们吐更多的丝，酿更多的蜜。但大多数的昆虫对人类有害，我们只要观察一下，就会发现有的害虫在吃菜的叶子，有的吸取水稻、麦子的汁液，有的蛀空树木的茎干，有的则钻进果实里吃果肉或种子，还有的吸人、畜的血液，传播疾病等等。这些害虫不但影响农作物的产量及质量，还危害人、畜的健康，是我们的大敌。目前防治害虫的普遍方法是打药治虫，但为什么我们年年打药治虫，还年年有虫害呢？主要有以下几方面的原因：

一、害虫种类很多。以农作物害虫为例，不但各种庄稼有种类不同的害虫，而且同一种庄稼有多种害虫。例如，水稻的一生中就有十几种害虫，打一种农药往往只能防治少数的几种害虫，而不能防治所有的害虫。

二、害虫有很强的繁殖力。有的害虫一年能繁殖几代，有的能繁殖十几代，甚至几十代。害虫在适宜的环境条件下，一个雌虫能生产几百到上千个后代。因此，虽然打药后幸存的害虫数量不多，但经过一段时间繁殖后，害虫数量又迅速上升。

三、害虫具有抗各种不良环境的能力，而且还有抗药性。害虫的一生，有的经过卵、幼虫、蛹、成虫，有的经过卵、若虫、成虫的变态，现在常用的杀虫药剂一般只能打死活动着的幼虫、若虫和成虫，对表面上不吃不动的卵和蛹则效果不理想。而对成虫、若虫或幼虫，药剂的防治效果一般只能达到90％。幸存下来的10％的害虫，它们繁殖的后代对杀虫药剂能产生适应性，也就是抗药性。例如，为害水稻的稻飞虱、稻叶蝉，每亩原来用75克马拉硫磷的农药防治效果达95％左右，而几年连续用药之后每亩用100克同样的农药，其效果只有50％左右。而且在用农药防治年代越久和用药水平越高的地区，害虫表现的抗药性就越明显。

有的成虫、虫卵、若虫或幼虫，在-15℃左右冻不死；有的幼虫、若虫几个月不吃东西也饿不死，这表明它们的耐寒耐饥力很强，所以能安全度过冬天。

四、有一些农业害虫具有很强的迁飞能力。每年春夏季，北方水稻等作物生长茂盛，食料丰富，害虫从南向北迁入为害；每年秋末冬初，气温下降，农作物收获后，一些害虫又从北向南回迁到南方为害。

五、打药治虫常常会杀伤很多害虫的天敌。害虫的天敌，则是我们人类的朋友。天敌的种类很多，如青蛙、蜘蛛、寄生蜂、寄生蝇、瓢虫、线虫等等，在打药时虽然杀了害虫，但也杀伤了大量的天敌。而天敌的繁殖力又大大低于害虫，如果没有掌握天敌的发生情况和天敌对药剂的反应，用药不当，反而会引起虫害的更大发生。

由于以上种种原因，虽然年年打药治虫，还年年有虫害发生。打药治虫只不过是在害虫为害之前用药控制害虫为害的程度，不使农作物受到损害而已。

破解植物固氮的谜团

谁都知道，要想使庄稼获得丰产，重要的条件就是要有足够的肥料。说起肥料，自然离不开各种各样的化肥，例如常见的硫酸铵、尿素、碳酸氢铵，还有人畜粪尿和绿肥。

令人感到奇怪的是，在贫瘠的土地上，普通的庄稼长不好，可是豆科植物却能在不施肥料的情况下长势良好，这是为什么呢？秘密就在豆科植物的根部。

如果你仔细观察豆科植物的根部，就会发现那儿有许多圆鼓鼓的小疙瘩，它们好像一个个小瘤子，因此被科学家称为“根瘤”。根瘤看上去很普通，把它挤破后，里面会流出一些带腥臭味的“红水”。但是，这种“红水”并不寻常，把它放到显微镜下观察，在红红的汁液中可以看见许多微小的生命在活动，有的像小木棍，有的像小圆球，这些小家伙们就是大名鼎鼎的根瘤菌。

我们知道，在空气中含有大量的氮，它是植物生长中不可缺少的重要营养元素。但是，空气中的氮都处于游离状态，无法被植物直接吸收，只有把空气中游离的分子氮变为氮的化合物，才能被植物吸收利用。要做到这一切，就需要固氮微生物帮忙了，而豆科植物的根瘤菌正是其中的重要成员。

很多年来，科学家们一直在探索豆科植物固氮的奥秘，竭尽全力试图解开根瘤菌的固氮之谜，因为这项研究太重要了，如果成功，它将意味着每年能省去数百亿甚至数千亿美元的人造氮肥费用。美国的著名共生学专家威廉·特拉格，经过认真计算后得出惊人的数据：全世界豆科植物每年在土壤中固氮的数量达9000万吨。

对豆科植物固氮本领的研究，可追溯到1838年，法国农业化学家波辛格鲁特首次发现，豆科植物能固定大气中分子状态的氮。1866年，俄国学者沃罗宁又发现豆科植物的根瘤菌中含有微生物，并指出根瘤的形成是微生物侵入植物根部的结果。到了1888年，荷兰科学家别依林克应用分离方法，第一次获得了根瘤菌的纯菌种，此后，人们渐渐揭开了植物固氮之谜的最外面几层帷幕。

科学家们发现，根瘤菌在土壤中单独生存时并不具有固氮作用，只有把豆科植物的种子播到土壤中，待幼根形成后，根系的分泌物吸引根瘤菌，让根瘤菌通过根毛侵入根的内部组织，在那儿进行大量繁殖，使根部膨大形成根瘤，这时，根瘤中的根瘤菌与豆科植物结成了一种特殊的共生关系，根瘤菌才开始发挥固氮作用，供给植物氮素养料。

科学家们还发现，根瘤菌的种类有很多，每种根瘤菌只能在一种或几种植物根部形成根瘤。例如，豌豆根瘤菌只能在豌豆、蚕豆的根部形成根瘤；苜蓿根瘤菌只能在紫花苜蓿、金花菜的根部形成根瘤；豇豆根瘤菌只能在豇豆、绿豆、花生的根部形成根瘤；而紫云英根瘤菌只能在紫云英的根部形成根瘤。

经过许多年的研究探索，科学家们对根瘤菌固氮机制的认识越来越多，但遇到的问题和迷惑之处也同样越来越多。当人们清楚地了解到微生物进入植物根组织，会改变模样成为变形菌之后，摆在科学家面前的主要问题是：变形菌能繁殖吗？它们是如何传宗接代的？它们能接连不断地使根瘤菌完成生命循环吗？

对于这些令人烦恼的问题，科学家们众说纷纭。许多学者认为，在变形菌生存的最后阶段，它们的植物主人便违反共生原则，把它们的共生者消化掉。植物的下一代若要感染上根瘤菌，还得通过土壤里新的细菌繁殖。但也有的学者认为，并非所有的细菌都会变成变形菌，也许有少数不能被消化掉。后来，前苏联科学院院士米舒斯金与他的合作者在研究中发现，变形菌内部会形成小圆细胞——似亲孢子，于是他提出推测：根瘤菌为了使自己免遭绝种，在它的独立生活期内，就是以似亲孢子的形式留在土壤里。

老的争论还在继续不断，新的问题又接踵而来。在研究植物固氮的过程中，一个使科学家们极为关注的问题是，当根瘤菌离开了植物体之后，是否也同样能进行固氮作用。这是一个打破传统观念的想法，因为根据以往的概念，根瘤菌只有与豆科植物结合在一起，才能吸收空气中的氮从事固氮工作。也就是说，根瘤菌虽然一生的大部分时间是在土壤里过着独立生活，如同土壤中的其他微生物一样，也是依靠吸取周围现成的有机物来生存的，但并不能固定空气中的氮。根瘤菌可以这样世世代代生活几十年之久，等待着与合适的植物相遇。一旦遇到了好机会，根瘤菌便欣然告别土壤这一生活环境，进入到植物的根里面，使根部组织增生，变成瘤状。这时候，根瘤菌便获得了新的奇妙特征——固氮本领。

科学家们已经知道，是植物根部根瘤菌中的固氮酶促使根瘤菌产生固氮能力的，但问题是，固氮酶非得要在植物和根瘤菌两者共同的合作下才能产生吗？

科学家们渴望知道它的答案。

20世纪70年代末，乌克兰科学院植物生理研究所的斯塔尔钦科夫以及他的同事，成功地从离体生活的羽扇豆根瘤菌的悬浮培养物中，分离出一种蛋白质。他们经过测定后发现，这种蛋白质具有固氮酶的催化活性。后来他们又经过了一系列的研究，根据蛋白质的分子量、沉降系数和非血红素铁的测定结果，证明这种蛋白质类似于从羽扇豆拟菌体中分离出来的固氮酶。于是斯塔尔钦科夫提出，固氮酶并非一定要在细菌与高等植物（通常为豆科植物）的基因相互作用下，才能在拟菌体中形成，而是可以在细菌体内单独产生，这就意味着离体生活的根瘤菌也能固氮。

迄今为止，科学家对植物固氮方面的研究在突飞猛进，日趋深入。比如我们已掌握根瘤菌固氮过程的某些重要环节，分离出了固氮酶，甚至还清楚地了解了固氮酶的结构。然而，这些仅仅是理论上的进展。现在，科学家所面临的问题更为艰巨，他们要做的下一步是，怎样使禾本科植物能吸收大气里的氮，或者至少“教会”它们与根瘤菌共生。尽管这些尝试目前尚处于最初的探索阶段，但随着研究工作的不断深入，植物固氮全面进入应用阶段的日子，相信不再遥远。

种植“绿肥”能改良土壤

绿肥常常被人们称为绿色的“金子”，这是因为绿肥能改良土壤，并作为肥料，使农业丰产。绿肥为什么能改良土壤呢？首先，绿肥的生活力很强，能够在一般庄稼难以生活的地方安家落户，大量繁殖。人们常常请它们当开路先锋，到十分艰苦的旱、涝、盐、碱、酸、瘠的盐碱荒地或红壤荒地去“落户”，它们不仅在那里“安心”扎根，而且还积极地替庄稼创造美好的生活环境。当土壤含盐量超过0.2％的时候，一般庄稼是不能正常生活的，而绿肥家族中的大米草、田菁、苕子、苜蓿、紫穗槐等却能良好地生长，而且还能逐渐地帮助土壤脱盐。据科学家试验，盐碱地种三年苕子以后，土壤含盐量就降到了0.03％。这样，其他的庄稼就能顺利地生长了。同样，我们还可以请绿肥中一些最能耐酸的萝卜菜、猪屎豆作为先锋植物去改良红壤。

此外，一般绿肥植物的根能扎到1米以下，最长的竟能深入到5米以下，充分地吸收利用那里的水分和养分。它既不怕饿，也不怕渴，还能靠根的分泌物去“消化”一些难以被庄稼吸收利用的养分；在它们死亡腐烂以后，土壤表层就会留下丰富的养分。据计算，每亩如果收1500千克苕子，土壤里就相当于增加57千克氮肥、12千克磷肥、13千克钾肥。像紫云英、苜蓿、苕子等一些豆科绿肥，还是一个小小的化肥厂呢！它们的根部长满了许多大大小小的根瘤，里面住满了亿万个根瘤菌，能将空气中不能为庄稼吸收利用的氮气“合成”为氮肥，供庄稼吸收利用。据统计，每亩根瘤菌合成的氮肥还相当可观，竟达50千克左右，难怪在这种地里种庄稼能得到好的收成。

绿肥不仅给土壤增加了大量的养分，而且，它们的身体腐烂以后形成的黑色腐殖质，还能疏松土壤，粘结砂粒，改善土壤的结构。它们繁茂的茎叶，像厚厚的地毯一样覆盖在土壤表面，可以防止土壤水分跑掉，又能阻挡雨水对土壤的冲刷。绿肥不仅是土壤的“建筑师”，而且是土壤勇敢的“保卫者”，帮助人们将大片土地建设成为高产稳产的农田。