第二章植物的氮素营养与氮肥

第二章植物的氮素营养与氮肥氮是植物的主要营养元素，是构成蛋白质的主要成分，对作物的产量和品质关系极大，而我国大部分地区缺氮，地球上的大部分氮素存在于岩石圈和大气圈中，在大气中惰性气体占78％，占地球总氮量的1.96％，地球表面每平方米上空有7550kg的N,但这些氮不能被植物利用，许多因素与氮的循环转化有关，其中有生理的、化学的、生物化学的，而且是许多过程伴随进行。第一节氮的营养作用一、作物体内氮的含量和分布一般植物含氮量约占植物干重的0.3-5％，而含量的多少与植物种类、器官、发育阶段有关。豆科作物含氮量比禾本科作物高。（丰富的蛋白质）种子和叶片含氮量比茎杆和根部高（氮素主要存在于蛋白质和叶绿素中）。同一作物不同生育期含氮量也不相同，一般作物吸收高峰在营养生长旺盛期和开化期，以后迅速下降，直到收获，到成熟期作物体内氮从茎叶转向种子或果实。二、氮的营养功能1、蛋白质的重要组分：蛋白态氮通常可占植株全氮的80－85％。蛋白质中平均含氮16－18％，体内细胞的增长和新细胞的形成都必须有蛋白质，否则受到抑制，生长发育缓慢或停滞。氮是一切有机体不可缺少的元素，所以它被称为“生命元素”。2、核酸和核蛋白质的成分核酸也是植物生长发育和生命活动的基础物质，RNA，DNA，核酸中含氮15－16％，核酸态氮占植株全氮的10％左右。3、叶绿素的组成元素绿色植物赖于叶绿素进行光合作用，据测定，叶绿体约占叶片干重的20－30％，而叶绿体中约含蛋白质45－60％。4、许多酶的组分酶本身就是蛋白质，是植物体内生化作用和代谢过程中的生物催化剂。此外，氮素还是一些维生素（B1B2B6PP等）的组分，生物碱和激素也都含有氮。三、植物对氮的吸收与利用植物吸收的氮主要是无机态氮，即NH4+和NO3-，此外也可吸收某些可溶性的某些有机氮化物，尿素、氨基酸、酰胺等。但数量有限，低浓度的亚硝酸盐也能被植物吸收。（一）、硝酸盐的吸收与利用旱地作物以吸收NO3－为主，即使施用铵态氮，氮易被硝化，NO3－吸收速率很快，是主动吸收。植物体内吸收的NO3－须还原为铵才能合成氨基酸，这需有硝酸还原酶。NO3－＋NADPH硝酸还原酶NO2－＋NADPMoNO2－＋NADPH亚硝酸还原酶NH2OH＋NADPFe、CuNH2OH＋NADPH羟胺还原酶NH4＋＋NADPMn、Mg从上述反应看出，在硝酸还原过程中，需要钼、锰、铁等元素，在缺少这些元素地区，植物体内硝酸盐大量积累，对植物本身无毒害，但饲料、蔬菜等作物中硝酸盐含量过多，则对家禽和人类有害。（二）、氨的吸收与利用铵态氮是以NH4＋还是NH3形态被吸收目前还不清楚，Epstein（1972）认为NH4＋-N吸收的机理与K+相似，两者有相同的吸收载体，因而NH4＋与K＋出现竞争效应，Dejaere和Neirenckx（1978）认为，NH4＋-N是与H+进行交换而被吸收，所以介质会变酸，Heber(1974)认为是以NH3形式被吸收的，NH3进入植物体内比电中性分子（水分子除外）要快1000倍。植物根部吸收铵态氮后，在体内就被同化，产生各种酮酸，首先形成谷氨酸和天门冬氨酸，谷氨酸通过转氨基作用可形成17中不同氨基酸，谷氨酸与天门冬氨酸可与NH3形成谷氨酰胺和天门冬酰胺，它们是植物体内氨的一种贮存形式，它可解除游离氨的毒害，高等植物中氮的输送：CO2＋H2O-----------------------------糖NO3----NH4+----叶子------氨基酸-----蛋白质NO3-NH4+氨基酸糖类氨基酸木质部韧皮部NO3-----NH4+------------氨基酸----------蛋白质根系NO3-NH4+氨基酸自由空间和土壤溶液中（三）、尿素和其它有机氮化物的吸收和利用1、尿素：植物根系能吸收简单的有机态氮如尿素等，但吸收首先分解产生NH3才能被植物利用，它作根外追肥较其它形态的氮效果好，因为，尿素分子体积小，易透入细胞，而且它不易烧伤茎叶。2、氨基态氮：以无菌培养和示踪元素法试验证明，氨基酸和酰胺对水稻幼苗生长的效果可分为四类：第一类效果超过硫铵的：杆氨酸、天门冬氨酸，丙氨酸、丝氨酸、组氨酸；第二类效果不及硫铵但较尿素好：天门冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸、精氨酸；第三类效果较硫铵和尿素差，但有一定效果：脯氨酸、颉氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸；第四类有抑制作用的；蛋氨酸四、铵态氮和硝态氮的营养特点铵态氮是还原态的，在铵营养条件下，植物细胞的还原能力较强，形成还原性有机物多。硝态氮是氧化态的，在硝酸盐营养条件下，细胞液的氧化势占优势，有利形成氧化性有机物，使植物体内有机酸含量增加，烟草：硝态氮能增强烟叶的燃烧性，而铵态氮能促进烟叶内芳香族挥发油的形成，增进烟草的香味，这两种形态配合施用，能改善烟草品质，所以NH4NO3是烟草较好的肥料。水稻：是典型的喜铵作物，施用铵态氮效果好，同时硝态氮在土壤中容易淋失成硝化脱氮损失。甘薯、马铃薯：也适宜施用铵态氮，碳水化合物不会造成氨毒。甜菜：施用硝态氮效果好，防止氨中毒。蔬菜：一般喜硝态氮肥。其它作物如小麦、玉米、棉花等大田作物施用这两种氮肥大体相等。外部条件的影响1、介质反应：酸性环境有利于NO3-吸收，中性有利于NH4+吸收；2、介质中伴随离子：介质Ca、Mg浓度增加，有利于植物利用NH4+,而介质中磷酸盐、钼酸盐浓度增加时有利于植物利用硝酸盐；3、介质通气状况：土壤和营养液通气时能加速铵态氮和硝态氮的吸收。综上所述，铵态氮和硝态氮都是同样好的氮源，但由于作物种类和环境条件不同，其营养效果有一定差异，施用时，必须根据当地作物、土壤和气候条件，合理分配选用。五、氮素不足或过多作物生长发育与品质的影响缺氮对叶片发育影响最大，叶片细小直立与茎的夹角小，叶色淡绿，严重时呈淡黄色，失绿的叶片色泽均一，一般不出现斑点，缺氮症状先从老叶开始。缺氮茎杆细长，很少有分蘖和分枝，花和果实稀少植株提前成熟，影响产量和品质。缺氮作物根系最初比正常的色白而细长，但根量少，而后期根停止伸长，呈现褐色。氮素过多时容易促进植株体内蛋白质和叶绿素大量形成，使营养体徒长，叶面积增大，叶色浓绿，叶片下披互相遮荫，影响通风透光，作物茎杆较弱，抗病虫、抗倒伏能力差，延迟成熟增加空秕粒，叶菜类作物氮素过多，组织含水量高不易贮藏，苹果体内氮素过多，则枝叶徒长，不能充分进行花芽分化，且易发生病虫害，果实品质差，缺乏甜味，着色不良，熟期也晚。六、土壤和作物体内氮的丰缺指标为了及时准确地诊断作物的营养状况，除进行形态诊断以外，还应采用化学诊断的方法。（一）作物全氮含量水平：P51页表2－7（二）作物硝态氮含量水平：P52页表2－8（三）土壤无机态氮，一般为全氮量的1－3％左右。≤20ppm低20－40ppm中等≥40较高（四）硝态氮（北方通气好的旱地）≤10ppm低10－20ppm中等≥20ppm高（五）铵态氮（水稻田）≤10ppm低10－20ppm中等≥20ppm高（六）水解性氮（碱解氮）≤50ppm低50－100ppm中等≥100ppm高（七）土壤全氮0.03%很缺乏0.03-0.08%缺乏0.08-0.16%中0.16-0.3%很丰富第二节土壤中的氮素一、土壤中氮的含量和形态（一）、土壤中氮的含量一般农业土壤表层含氮量0.05-0.3%,少数肥沃的耕地、草原、林地的表层甚至高达0.5-0.6%以上，贫瘠地可低至0.05%以下，土壤含氮量与土壤有机质的含量一般是呈正相关的。肥沃褐土、潮土养分指标：有机质1.2-1.5%，全氮0.08-0.11%。水稻土:有机质2-4%,全氮0.13-0.23%。（二）、土壤中氮的形态1、无机态氮：表土一般只占全氮量的1－2％最多也不会超过5－8％。NH4+-N、NO3--N及少量的NO2-N2、有机态氮：占全氮量的90％以上，①、水溶性有机态氮：不超过全氮量的5％，包括简单的游离氨基酸，胺盐及酰胺类化合物②、水解性有机氮：其含量可占氮量的50－70％a、蛋白质多肽类，占土壤全氮的1/3-1/2b、核酸类，占土壤全氮的10％c、氨基糖，占土壤全氮的5－10％③、非水解性有机态氮：占土壤有机态氮的30％以上，有的可达50％。3、气态氮：N2、NH3等。二、土壤氮素平衡（一）、农业土壤中氮的来源1、施入的含氮肥料：化肥、有机肥。愈发达地区占主要地位。2、生物固氮：共生、非共生固氮、根瘤菌每年每公顷固氮50Kg。3、降水：金华地区23.1Kg/ha4、尘埃沉降：每年0.1-0.2Kg/ha5、灌溉水和地下水补给，污水含氮量更高。6、土壤吸附，空气中的NH3每天可吸附25－100g/ha氮（二）、土壤中氮素的去向1、作物的吸收（主要方面）2、土壤有机态氮的有效化：在微生物作用下，水解、氨化分解为氨和铵盐，通过硝化细菌的作用，最后产生硝态氮。3、土壤无机态氮的损失①NH3的挥发损失②生物反硝化损失，生成H2NoN2O③化学反硝化损失，HNO2不稳定各种反应损失④土壤中氮的固定，生物固氮、化学固定、吸附等。⑤土壤中氮的淋洗损失，主要是NO3-N土壤有效氮的获得和损失的主要途径：固氮作用商品肥料共生的非共生的降雨作物残体和厩肥土壤有效氮大气挥发土壤有机质随作物移走淋洗损失冲刷损失第三节氮肥的种类、性质和施用当今化肥工业开始于磷肥，但本世纪来，氮素化肥的生产一直居于举足轻重的地位，这主要是世界土壤的氮素肥力不高，而在土壤中不易积累，而现代集约化农业又促使土壤有机质与氮的过分消耗。我国氮肥工业发展较晚，到1935年才先后在大连和南京建成两座氮肥厂生产硫铵。1949年前，全国累计生产氮肥量为60吨（N）。新中国成立后，1953年我国年产氮为5万吨(N)，到1965年氮肥产量已达103.7万吨（N）。1983年1109.4万吨(N)，近次于前苏联而居世界第二位氮肥生产国。1991年，1510.0万吨跃居世界第一位。目前全国已有1300多个大中小型氮肥厂。氮肥品种很多，大致可分为铵态、硝态、酰胺态和长效氮肥四种。一、铵态氮肥铵态氮肥包括碳酸氢铵、硫酸铵、氯化铵、氨水、液氮等，一般具有下列共同特性：1、铵态氮肥易被土壤胶体吸附，在土壤中移动性小，不易淋失。其肥效不如硝态氮快，但比硝态氮肥效长。2、铵态氮易氧化变为硝酸盐；3、在碱性环境中氮易挥发损失；4、高浓度铵态氮对作物容易产生毒害；5、作物吸附过量铵态氮对钙镁钾的吸收有一定抑制作用；6、易溶于水，速效养分都以NH4＋形态供给作物体。（一）、碳酸氢铵：NH4HCO3（简称碳铵）它是用CO2通入浓氨水经碳化并离心干燥后的产物，适合县级小化肥厂生产，产量约占氮肥总产量的一半以上。1、性质：含N量17％左右，白色细粒结晶，易溶于水，有强烈的氨臭味，且易潮解结块，不含对作物和土壤有害的副成分。pH8.2－8.4一般说：碳铵的含水量如小于0.5％在常温下不易挥发，农用碳铵一半含水5％左右。农用碳铵产品质量标准干碳铵一级品二级品含氮(N)量以湿基计算％≥17.5016.816.5水分(H2O)含量％≤0.505.06.50为了克服碳铵易挥发结块的缺点，可在生产过程中加入防结块添加剂（十五烷基磺酰胺或十烷基苯磺酸铵，使其结晶颗粒增大，含水量减少，结块率下降，也可通过机械压力的方法，将粉肥压成重约1g的杏核状粒肥，使产品粒度增大，表面积减少，也可减少结块。2、施用：碳铵可做基肥和追肥，但不宜作种肥或施在秧田里，无论在水田或旱田均宜深施（6－10cm）并立即覆土。碳铵应选择在低温季节或一天中气温较低的早晚施用，对果树、蔬菜和经济作物施肥，可在早春、深秋及冬季施用，对一年生大田作物应尽量将碳铵放在早春低温时，作基肥施用，将其它性质稳定的氮肥品种作中后期追肥。（二）、硫酸铵：(NH4)2SO4简称硫铵。“肥田粉”1、性质：含N20.5-21%白色晶体，有时因含NH4CNS呈绿色，含Fe等杂质而呈红色或棕色。易溶于水20℃100ml水75g吸湿性小，不易结块，含S24%。我国先行硫铵主要产品标准主要内容为：含氮：20.5-21.0%、水分0.1-0.5%,游离酸0.3%。施入土壤后