给果树造肠胃——激发果树生长潜能

t8731977 · 发表于 2020-8-2 22:41

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植物无法自主移动与觅食，其营养吸收器官——根毛区的内皮层细胞，处于黑暗复杂的土壤环境中，水与矿质元素均在根毛的外部，即植物对营养的吸收是外向型，能否吸收？能吸收多少？吸收效率如何？并不完全由植物自主决定，而是取决于土壤湿度，温度，PH值，含氧量，生长所需的矿质离子浓度及有效养分的移动性等等一系列复杂因素，故而，植物生长及健康与农事管理之间的关联规律不明显，给种植者带来很大的困扰。
一植物根系外向型营养吸收的难点分析：
1）水分：
在根毛区通过渗透作用吸收水分，但是，根毛区周围的土壤水分会受到高温与大气蒸发的竞争，在土壤干燥时，土壤渗透势大于植物渗透势，根系无法获取充足水分，引起植物萎蔫，这时就必须及时给植物补水，但由于根毛在地下的分布并不明确，根系与土壤间又无人体腔肠型的容器组织形成固定的吸收场所，故而给植物合理补水非常困难，例如采取漫灌方式，深层淋溶损失不说，更重要的是大水会将土壤中本就不充足的氧气挤出，造成根系窒息，植物生长停滞甚至于衰亡，而采取传统滴灌方式，又因立地条件不一，均匀度与补水量难以掌控，同一园区内涝树，旱树，死树，旺树，弱树并存的现象，让果园的统一管理难以实现，采用喷灌方式，树上部湿度过大，又容易造成霉菌繁殖问题。
2）矿质元素
根系主要是在根毛区的内皮层细胞通过主动运输（需要耗能进行跨膜运输）吸收矿质离子。
然而，离子态意味着原子或原子团因为得失电子而带上电荷，在化学成分极为复杂的土壤中，矿质离子极易通过静电作用被土壤里的有机物或无机物吸附结合成不带电的离子化合物，无法通过跨膜运输进入植物细胞内而吸收利用。（细胞质膜将相对稳定的内部环境与高度可变的外部环境隔离开来，一方面防止外部有害物质自由进入生命体造成伤害，另一方面防止高浓度的细胞质内容物因浓度差自由扩散至外界，从而达到营养积累及建立生物水势的目的，故而，通过致电效应及特异蛋白通道对进出细胞质膜的物质进行严格选择，是保障内部生化代谢稳定正常运作的前提）
如图1所示
此外，土壤反应（PH值）强烈影响矿质营养元素的溶解度（转化形成离子态的能力），决定植物对某类元素的有效吸收，一些元素在酸性条件下容易溶解成离子态，另一些元素则与此相反，在碱性条件下容易溶解成离子态，表现出不同的有效性，使得植物不能得到健康生长所需的全面营养。
传统果园土壤的PH值往往是相对恒定的，人们只能通过加酸或加石灰等辅料短时提高不同矿质离子在土壤溶液中的有效性，进而针对性对果树缺素进行补充。
然而，根系吸收器官——根毛是非常脆弱与短寿的，干旱，高盐均可引起根毛的早衰与凋亡，因此，人们很难精确判断该往土层的哪个位置施用多大浓度的何种元素，才是对根系吸收最有利?同时，根系外向型吸收的特点，使得不与根毛区直接接触的矿质离子，必须随植物蒸腾引起的土壤溶液单向流动至根表，才能被植物吸收利用，这样，就引申出三个潜在的问题：
①土壤含水量随植物蒸腾及大气蒸发急剧下降，土壤溶液流动变得困难甚至于无法流动，根系吸收矿质离子的有效时长很短，占比很小。
②矿质离子因无法移动，较长时间滞留在土壤中，如前面所述，果园土壤的PH值往往是相对恒定的，不适合这一PH值的矿质离子溶解度下降后，最终被复杂的土壤成分吸附固定，随着时间累积，生成难溶的化合物之后，即使再度给园土补水，一些水溶性较差的矿质元素（如磷元素），将无法大量形成离子态为根系所吸收，引起植物缺素。
③不断补充而又无法被果树充分吸收的矿质元素在土壤里累积，造成土壤盐城化或酸化，最终危害果树的健康生长，使土地失去生产力。
3）根系吸收能力与吸收效率
根系主要是在根毛区的内皮层细胞通过主动运输（需要耗能进行跨膜运输）吸收矿质离子。
根系没有叶绿素，无法像叶片那样进行光合作用获得ATP能量，所以，进行矿质离子跨膜运输所需能量，必须通过呼吸作用提供，即根系吸收矿质离子的能力取决于地上部供给充足的呼吸底物（碳水化合物）与土壤所能提供的氧气（植物体内没有专门的器官或组织等运输氧气，氧气是通过自由扩散的方式在植物体内由高浓度到低浓度分布）。
充足的氧气可以加速有氧呼吸过程，使呼吸代谢过程的能量转换效率最大化，能量越充足，根系能吸收的矿质离子也就越多越快，与此相反，根细胞缺氧进行无氧呼吸产生酒精，使根细胞受到毒害，从而导致根腐烂（所以，除具有特殊通气组织的水生植物以外，绝大多数陆生植物都无法将树上部的氧运输扩散至根系，忌水淹），造成减产甚至植物死亡。
许多矿质离子都是光合相关酶的重要组成部分或者金属离子的活动中心，决定了光合作用的最终效率，直接影响作物产量与质量。
由于植物无法自主移动，所以，根系内皮层细胞能否得到充足的氧气供应，以获得足够呼吸代谢能量，促进矿质离子吸收，完全是服从命运安排，所处土壤环境通气状态好，植物生长越优秀，所处土壤环境通气状态差，则植物生长势弱甚至于无法存活。
二人体吸收环境（内向型）与植物吸收环境（外向型）的区别
人体实际意义上是腔肠动物，具有运动技能，可以主动选择与进食（将各类不同营养物质主动填充至腔肠内部进行物理分解与生化吸收）。
此外，与植物外向型吸收不同，人体在吸收营养之前，具有特定的内向型前置活动——消化过程。
消化是人体消化器官将食物转化成为可被身体细胞吸收的营养素的过程。人体共有5个消化腺，分别为：唾液腺（分泌唾液、唾液淀粉酶将淀粉初步分解成麦芽糖）胃腺（分泌胃液、将蛋白质初步分解成多肽）、肝脏（分泌胆汁、储存在胆囊中将大分子的脂肪初步分解成小分子的脂肪，称为物理消化，也称作“乳化”）、胰腺（分泌胰液、胰液是对糖类，脂肪，蛋白质都有消化作用的消化液）、肠腺（分泌肠液、将麦芽糖分解成葡萄糖，将多肽分解成氨基酸，将小分子的脂肪分解成甘油和脂肪酸，也是对糖类，脂肪，蛋白质有消化作用的消化液）。再加上胃液强酸属性，胰液胆汁肠液碱性，复杂的PH环境将化合盐分解成无机盐离子。这样，摄入的食物（蛋白质，脂肪，碳水化合物，矿物质等等原来不能被机体直接吸收的物质）在内向型消化管内被分解成小肠粘膜上皮细胞可以吸收的简单化合物（糖类分解成单糖，蛋白质分解为氨基酸，脂类分解为甘油与脂肪酸，矿物质分解成矿质离子）与离子，[消化过程]
然后，这些结构简单的小分分子物质才能透过小肠粘膜上皮细胞，最终进入血液和淋巴液，再经过新陈代谢，将外界引入的营养物质转变成自身需要的结构基础与生命活动的能量，构建机体组织细胞的更新，修补，以及机体内环境调控等等。
同时，人体还有独立的心肺呼吸系统，氧与二氧化碳由血液在肺泡实现交换，并由心脏将血液循环至身体的每一个角落，供给各个细胞有氧呼吸，所以，细胞呼吸作用所需耗氧的吸收与运输，与消化管没有任何冲突，为小肠粘膜上皮细胞对营养主动吸收提供了充足的能量保障。
正是因为人体消化吸收的场所是内向型的，营养物质的酸解，酶解，吸收均在小肠粘膜上皮细胞的包裹之中，而且有充分的粉碎与搅动，充足的生化反应与吸收时间，所以，具有更高的吸收效率与更多元化的营养利用方式，以支撑运动与智力等等高耗能活动所需。
三  植物根系外向型营养吸收的特异性适应手段
前面我们分析过，植物根系外向型吸收的特点，使得植物对水分与矿质离子吸收，在时间与空间上，带有很大的不确定性，同时，由于无法自主选择生存环境，植物还要应对各种环境胁迫（干旱，水淹，高温，低温，盐碱，酸雨等等复杂条件），在很多情况下，植物都无法获得持续稳定的营养与水分供应，这对植物的生存与繁衍带来极大的挑战，与此相对应，植物在漫长的进化过程中，发展出一项终极技能——液泡！
液泡（vacuole）是植物细胞普遍存在的由膜包被的泡状结构。在根尖、茎尖等处的幼细胞中呈球形，数量较多。细胞成熟过程中，由多个小液泡融合成大液泡。故在成熟的植物细胞中具中央大液泡，其内充满细胞液外层为细胞壁。成熟的植物细胞中的液泡很大，可占据整个细胞体积的90%。液泡的表面有液泡膜。液泡内有细胞液（注：我们所说的植物细胞里的液体环境主要指的是液泡里的细胞液），其中含有糖类、无机盐、色素和蛋白质等物质，可以达到很高的浓度。
中央大的液泡对生活的植物细胞有着重要意义，它不仅储存有机代谢产物；参与细胞中物质的生化循环。而且由于它的细胞液是浓度较高的溶液，对于植物体对水分的吸收、运输以及维持细胞的紧张状态都有着直接关系（液泡膜具有特殊的选择透性，使液泡具有高渗性质，引起水分向液泡内运动，对调节细胞渗透压、维持膨压有很大关系，并且能使多种物质在液泡内贮存和积累。贮存和积累在液泡中的物质包括糖、蛋白质、磷脂、单宁、有机酸、植物碱、色素和盐类等。具体情况因植物种类、器官组织部位、成熟程度等的不同而异）。
液泡又是一个很重要的细胞器，在植物细胞生命活动中具多方面作用。胞质中过剩的中间产物被液泡吸收和贮存，可保证胞质pH值的稳定，解除部分有毒物质的毒害；当胞质中需要某些物质时，又能及时提供，对保持细胞生物合成原料的稳定供应有一定意义。液泡是汇集和输出无机离子的场所，也是一个磷酸盐库。液泡膜上的ATP酶起着离子泵的作用。液泡中所含的酸性磷酸酶等水解酶，参与物质贮存、分解以及细胞分化等重要生命活动。
普遍功能
概括起来，液泡的功能大致有以下几点
1、将可能对细胞有害或产生威胁的物质分割开来；
2、包含代谢废物；
3、在植物细胞内储存水分；
4、维持细胞渗透压，保持细胞充盈的形态；
5、维持其内部的酸性环境；
6、包含各种小分子；
7、将各种细胞不需要的物质排出；
8、利用液泡的压力支撑起植物叶或花的形态；
9、通过体积的增大，使植物快速生长；
10、在植物种子中，与发芽相关的重要蛋白质储存在“protein bodies”中，这也是一种液泡的形式。
简而言之，细胞中液泡所具有的广泛功能，使得植物能够在极其严酷的环境中也能捉住每一个短暂的机会快速储质营养与水分，并通过植物内部的生化循环与取舍（在胁迫条件下牺牲部分器官，在较理想条件时快速生长，进而形成储备与消耗的协调机制），从容面对自然界的各种挑战，繁衍生息。
四  提升植物根系外向型营养吸收效果的思路
通过前面的分析，我们可以看到，植物具有强大的储存能力，使其能够应对自然界的严酷挑战，但如果以经济回报为主要目的的种植活动，单纯的植物生存，对人们来说是毫无意义的，单位时间内，减少植物的无效损耗，增加目标产物总量与质量才能让从业者实现盈利。
所以，我们要善于科学分析植物特性，扬长避短，在生产作业中趋利避害，低成本高效率地快速直达目标。
生命的物质基础是蛋白质与核酸，但与动物不同，植物的部分细胞体内有叶绿体，能利用光能进行光合作用，把外界环境中的水，二氧化碳等无机物转变为有机物（碳糖），变成自身的组成物质（蛋白质与核酸），并且释放出氧气，储存能量，这种代谢类型属于自养型，光与二氧化碳唾手可得，水分供应也可以人为解决，所以，种植的难点只有矿质离子的吸收。
植物根系外向型营养吸收的难点分析我们在前面的第一部分已经详细分析，矿质离子的吸收的主要问题是
1矿质元素的离子态不稳定性，
2，一些矿质离子在土壤的移动困难。
3，矿质离子进行跨膜运输过程中。根毛内皮层细胞的获氧能力。
就目前的传统种植技术，极少见能同时解决这三个难题的，气雾栽培是目前唯一成功的技术，但缺点是运营成本太高，无法在中国市场条件下获取合理利润。
集根栽培技术是我原创的土培技术，针对植物根系外向型吸收矿质离子的三个难点，系统性地融合了压张灌溉+微藻+插枝通氧三种技术，对植物根域进行菌丝网络培育。
用压张灌溉器滴入的微藻做为地表有机质累积，慢慢地会有一部分微藻可以借前期积累的养分生存下来，它们附着在地表，吸收阳光，欢快地进行光合作用。空气里游荡的真菌孢子落入其中，湿润的藻体及其分泌的藻糖成为真菌生长的摇篮，并发育成菌丝体，菌丝体接收微藻的光合碳糖，同时在地表拥抱充足的氧气，生长繁衍，并向土壤深处生长，获取更多矿质元素，反哺微藻扩繁，形成地衣群落。
菌丝体在土壤里持续发育，具有趋根性（根系分泌的碳糖吸引），同时，菌丝体分泌的大量复杂有机酸，与菌丝强悍的顶端生长能力共同作用下，可以进入到植物根系无法到达的细小缝隙，碎裂与酸解基岩与砂粒，将其中的矿质元素从化合态酸解成离子态，使菌丝体所在的区域形成矿质离子富集区，植物根毛又有趋肥性与趋水性，这样又会向菌丝体拓展的区域生长，如此一来，根趋菌，菌趋根，最终形成一个互动大网络，形成类似于人体肠胃结构的功能区域，在这个区域内，各类矿质化合物都极易分解成单质离子态（如同植物的肠胃系统，实现将复杂的矿质化合物消化成根细胞可直接吸收的离子态营养），并以离子态长时间存留，使得根系吸收效率比传统种植方式更高。
如图2所示
真菌的细胞不能进行光合作用，为得到持续的碳糖，菌丝体具有趋向能进行光合作用的的藻类或植物根系生长的特性，形成菌藻共生或菌根共生的生活形态；在这种合作形态中，菌丝向根外土壤中广泛分枝伸展，细小的直径使之具有巨大的表面积，也有利于菌丝进入更细小的基岩与土壤缝隙，其生长密度与生长速度均远超植物根系的分布能力，使得菌丝获取营养元素的能力大于植物根系获取能力数千倍；其次，菌丝在土壤中获得的大量矿质离子，远超自身生长所需，将随原生质环流向菌根结合位点运输，在结合位点中，寄主植物分泌含糖，氨基酸，有机酸，酶等分泌物，通过酸化，螯合，离子交换或还原等方式，纳为己用，而菌丝则获得代谢所需的碳水化合物，各得其所，共生共荣；再则，菌丝获得的矿质离子是以菌丝体内运输的方式进行，避免了与土壤接触，不会产生土壤固定现象。土壤新析出的和腐枝落叶被分解出的矿质离子，以及滴灌区补充的水分与肥料，都可以在这些菌丝网上运输，从广泛的范围去获取丰富的养分，不再受土壤固化因素影响大幅提高肥分的实际利用率。
当地底下盘踞着庞大的菌丝群时，菌丝体无限的生长长度，细小的直径，可以形成几何级倍增的表面积，在菌丝体进行碳水化合物代谢过程时，可以分泌大量复杂有机酸，可以将区域内的矿质元素从细胞无法直接吸收利用的化合态酸解成细胞可以直接吸收的简单离子态，同时，可以克服矿质元素的离子态不稳定性，进而增加了植物根系吸收矿质离子的有效时长，最终提高植物吸收总量。
插入根区土壤的枝条（两点间直线距离最近原理），为根细胞提供充足的氧，使根细胞代谢活跃，产生充沛能量，更多的矿质离子跨膜运输得以快速进行，并充实到细胞的液泡里储备，当液泡储备充足时，一方面可以快速响应植物生长需求，及时稳定地供应细胞生物合成所需原料，另一方面，充足的矿质离子储备，可以提高液泡内细胞液浓度，使液泡具有高渗透压，再进一步促进植物体对水分与养分的吸收、运输以及维持细胞的紧张状态，通过体积的增大，使植物快速生长，植物的骨架得以快速构筑与发展，提供更多生化反应空间与积累空间（更大的细胞体积与数目更多的细胞器），真正实现产量质量双提高。
运用集根栽培技术，将植物根系外向型营养吸收方式引往仿人体内向型营养吸收方式发展，根区土壤形成的菌藻共生与菌根共生环境，可以成功仿生人体消化过程，提高土壤单质矿质离子的供给量与活性，根细胞在富氧环境下代谢活跃，又能成功仿生人体心肺呼吸系统，可大幅提高植物吸收矿质营养速率，再结合液泡强大的储存能力，从路径上看，矿质营养实现了土壤（离子态生成与保持）——菌丝（离子的快速运输及避免土壤固定）——根细胞（离子跨膜运输的加速）的高速通道，所以，必然可以更大限度地激发植物生长潜能。
五  分享个人试验案例：
集根栽培的理念很新颖，需要通过实践验证理论的正确性，但由于我在广州市工作生活，没有经济实力条件建设果园进行试验，只能找到别人遗弃的桂花尝试（桂花树生长量极小，实在不是理想的试验对象），这树树龄十九年，盘栽，在楼顶不接地气，花盘直径80厘米，从未换土，由于在城中村，也无法施用有机肥（味大，怕投诉），接手时半死不活，卖相极差（所以遗弃），想着试验植物生长潜能，我干脆连化肥也不施，顺便考察真菌对陈年旧土矿质离子的压榨能力。
废话不多说了，直接上图！
图3：二十四天，新旧叶片的面积与品质对比
图4：三个月，楼顶盘栽溢出出森林气息
图5：三个月，土壤品质改善肉眼可见
图6：三个月，老树爆新芽，满满的活力展现
图7：五个月，老树换新颜，活用科学的力量，我可以，你也可以！

玩集根栽培，纯粹个人爱好，同时也希望可以创建一种简单易行的种植模式，不需要高新科技，也不需要复杂的学科知识,轻松解决植物营养吸收的问题。
对集根栽培有兴趣的朋友，欢迎关注交流.