植物氮素营养及化学氮肥

第四章植物生长的营养环境第一节土壤氮素营养及化学氮肥氮是植物主要的营养元素之一，也是土壤肥力中最活跃的因素。氮在农业生产中是重要的限制因素，它对作物产量和产品的质量关系极大，我国绝大多数土壤氮素不足，各地施用氮肥有显著的增产效果。一、土壤中氮素的含量、形态和转化一）、土壤中氮素的含量一般耕作土壤含氮量(全氮)为0．2—2g/kg-1，除少数土壤外，大部分土壤含氮量较低，小于lg/kg-1。土壤含氮量与土壤有机质含量密切相关。土襄有机质含量愈高，含氮量也愈高。据资料表明，我国有80％左右的耕地土壤缺氮。说明大多数土壤氮素供应不足是限制作物增产的主要因素。因此，在农业生产中不断补充氮肥，就成为提高土壤肥力，夺取作物高产稳产的一项基本措施。二）、土壤中氮素的形态土壤中氮素的形态可分为有机态和无机态两种。这两种形态氮的总和称为土壤全氮量。NH4+NO3-有机氮OrganicN无机氮InorganicN土壤氮素≥98%1%~2%1.土壤有机态氮。是土壤中氮素的主要形态，一般占土壤全氮量的98％以上，它主要存在于动植物残体、腐殖质和微生物中。除了少量的氨基酸和酰胺外，大多数必须经过微生物分解后，才能被植物吸收。2.土壤无机态氮。土壤无机态氮含量较少，一般只占全氮量的l％一2％，常以铵态氮（NH4－N）和硝态氮（NO3-＿N）的形态存在于土壤溶液中。有效性氮－在作物生长期间能被作物吸收的氮素称为有效性氮。它的含量较少，其中包括铰态氮、硝态氮，及少量的氨基酸。速效性氮－在有效性氮中，铵态氮和硝态氮更易为植物吸收，称为速效性氮。2.土壤无机态氮。•土壤无机态氮含量较少，一般只占全氮量的l％一2％，常以铵态氮（NH4－N）和硝态氮（NO3-＿N）的形态存在于土壤溶液中。•有效性氮－在作物生长期间能被作物吸收的氮素称为有效性氮。它的含量较少，其中包括铵态氮、硝态氮，及少量的氨基酸。•速效性氮－在有效性氮中，铵态氮和硝态氮更易为植物吸收，称为速效性氮。三）、土壤中氮素的转化土壤有机氮的矿化与释放土壤无机态氮的损失和固定1.土壤有机氮的矿化与释放1）、氮的矿化作用(氨化作用)。土壤有机态氮在酶的催化作用下释放出铵或氨的过程称为氨化作用或矿化作用。２）、硝化作用。氨在硝化细菌的作用下，氧化成硝酸的过程。硝化作用可分为两个过程。亚硝化细菌1、2NH3+3O22HNO2+2H2O（慢）硝化细菌2、2HNO2＋O22HNO3（快）2.土壤无机态氮的损失和固定。土壤中的无机态氮以及当年施人的氮素化肥、未能全部被作物吸收。一般来说利用率只有30％一40％，其余部分通过氨的挥发，硝酸盐的反硝化作用和淋洗而损失掉了。此外，土壤对无机态氮还发生固定。１）、土壤中氮素的损失。(1)氨的挥发损失。施人土壤中的有机肥以及铵态氮肥和酰胺态氮肥，最后都形成NH4+或NH3。NH4+一一NH3（气体）＋H+在PH大于等于7.5时，发生氨的大量挥发。所以施用氮肥采用深施、施后严密盖上，可减少氨的挥发损失。（2）反硝化作用硝态氮在反硝化细菌的作用下，还原成气态氮（N2、N2O）的过程，称为反硝化作用。反硝化细菌在好气性条件下反硝化作用较微弱，而在厌气性条件下进行得很强烈。在缺氧（O2＜1—2％），有新鲜有机能源存在，pH为5—8，温度在30—350C时，有利于反硝化作用的进行。（3）硝态氮的淋失硝态氮带负电荷，不能被带负电荷的土壤胶体吸附，故易随水渗漏或流失，称为淋失。2）、土壤中氮素的固定（1）生物固定。这是指植物和土壤微生物对无机态氮的吸收，而变成有机态氮。（2）非生物固定无机态氮的非生物固定包括土壤粘土矿物对NH4+的固定和土壤有机质对亚硝态氮的固定反硝化脱氮氨挥发淋溶二、植物的氮素营养一）、植物体内氮素的含量和分布一般植物的含氮量为干物质重的0.3%—5％，其含量随作物种类、器官、生育期等的不同而异。植物体内的氮素代谢与碳素代谢是相互制约的，碳多，则氮少，此时植株矮小，易老化；碳少，则氮多，易造成徒长、贪青。二）、氮素的生理功能1.氮是组成蛋白质和核酸的重要成分。2.氮是组成叶绿素的成分。3.氮是酶和多种维生素等的成分。三）、植物对氮的吸收和同化。植物从土壤吸收的氮主要是铵离子（NH4+）和硝酸根离子（NO3-）。低浓度的亚硝酸根离子（NO3-）也可被植物吸收，但浓度较高，则对植物有害。某些可溶性的有机态氮化合物，如氨基酸、酰胺、尿素等也可直接被植物吸收，但数量有限，其营养意义不及铵态氮和硝态氮那样重要、植物对铵态氮和硝态氮的同化，除硝态氮还原为氨的反应外，其余过程是相同的。1.植物对铵态氮和硝态氮的吸收。植物对铵态氮和硝态氮的吸收都是很快的，但如果两种形态的氮同时存在，NH4+会抑制植物对NO3-的吸收，这是由于NH4+的存在，抑制了硝酸还原酶的活性，阻碍NO3-还原成NH3。生理酸性肥料植物吸收铵态氮的机理是根吸收一个NH4+产生一个H+，而NH3进入植物体内。所以，施用铵态氮肥后使土壤PH值下降，故铵态氮肥属生理酸性肥料。定义：肥料中的离子态养分经植物吸收利用后，其残余部分导致介质酸度提高的过程。生理碱肥料在NO3-的还原过程中消耗了H+，产生了OH-而排到土壤中，致使土壤pH值上升。所以，硝态氮肥属生理碱肥料。定义：肥料中的离子态养分经植物吸收利用后，其残余部分导致介质酸度降低的过程四）、植物氮素不足或过多的症状1.植物缺氮的症状植株矮小。缺氮时，由于蛋白质和细胞分裂素的合成受阻，影响细胞的分裂和伸长，细胞小而壁厚。所以，植物生长缓慢，植株矮小。叶子发黄。缺氮会降低叶绿素的含量，叶黄素含量相对增加，使叶片失去绿色，变淡发黄。由于植物体内的氮化合物有高度的移动性，能从老叶转移到幼叶，即当植物氮素不足时，老叶的蛋白质进行分解，运输到新生的幼嫩叶子供其利用，这种现象称为氮素的再度利用。作物发生早衰，不正常的早熟，产量和品质降低。Technologicalstripedisease缺少氮肥CausedbyincorrectNfertilizerapplication燕麦小麦油菜禾本科作物缺氮的症状大麦玉米小麦燕麦－N＋N－N＋N不同时期和部位的缺氮症状苗期缺氮老叶缺氮绿色V字症PotatoPlants马铃薯缺氮正常亚麻(Flax)CucumberwithNdeficiency黄瓜+N-NStrawberry(草梅)withNdeficiencyonright+N-NCeleryleaveswithNdeficiency缺氮供氮2.植物氮素过多的症状氮肥施用过多，由于氨基酸增多，促进细胞分裂素的形成，易造成茎叶疯长，植株互相荫蔽，光照减弱，不利于光合作用，使植株的碳水化合物减少，贪青晚熟，籽粒不饱满，导致产量降低。作物贪青晚熟，生长期延长。细胞壁薄，植株柔软，易受机械损伤（倒伏）和病害侵袭（大麦褐锈病、小麦赤霉病、水稻褐斑病）。氮素过多的危害大量施用氮肥会降低果蔬品质和耐贮存性；棉花蕾铃稀少易脱落；甜菜块根产糖率下降；纤维作物产量减少，纤维品质降低。蔬菜硝酸盐超标SlightsymptomsofNtoxicityincucumberCucumbergrowthwithnormalNNutrition氮过量水稻田氮肥过多，群体太大，遇风倒伏Nover-fertilizationcauses“Blotchyripening”氮素过多对苹果的影响NormalNNutritionfor“Goldendelicious”Over-fertilizedwithNfertilizerfor“Goldendelicious”氮肥种类氨态氮肥NH4HCO3、NH4Cl、(NH4)2SO4硝态氮肥与硝铵态氮肥NH4NO3酰胺态氮肥C尿素2)2三、氮肥的种类、性质和施用一）、铵态氮（NH4一N）肥铵态氮肥包括液氨、碳酸氢铵、硫酸铵、氯化铵等，它们所含的氮素是呈离子态NH4+，因此具有以下共同特点：溶于水，易被植物吸收，是速效性肥料；属生理酸性肥料；所含的NH4+能被土壤胶体吸附，不易流失；与碱性物质作用易引起氨的挥发损失；在通气条件下，经硝化细菌作用能转化成硝态氮。1）、碳酸氢铵简称碳铵，它是用氨水吸收CO2制成的。NH3＋H2O＋CO2－NH4HCO3碳铵含N量为17％左右。它为白色的细粒结晶，易溶于水，肥效快，易吸湿，易挥发，具有强烈的氨臭味。当温度升高而空气湿度增大时，则易吸湿分解，造成氨的挥发损失。其反应式如下：NH4HCO3一一H2O+CO2+NH32）、在土壤中的转化碳铵施人土壤后，一部分分解生成氨，呈分子状态被土壤吸附；其余大部分通过解离生成NH4+和HCO3-，能被作物吸收，NH4+也能被土壤胶体吸附：3）、施用碳铵可作基肥和追肥，但不宜作种肥以免影响种子的发芽和秧苗的生长。也不宜作根外追肥，以免挥发的氨对作物产生毒害作用。2.硫酸铵〔（NH4）2SO4〕硫酸铵简称硫铵。，1）、成分和性质。硫铵是一种含氮、硫和营养成分的固体肥料，含氮量为20％一21％。硫铵对热反应较稳定，在常温下不会挥发损失氮素，但硫铵与碱性物质混合，即使在常温下也会激烈反应，造成氮素的损失。（NH4）2SO4＋CaCO3一一CaSO4＋2NH3十H2O＋CO2（NH4）2SO4＋K2CO3一一K2SO4＋2NH＋H2O＋CO2因此，硫铵不能与石灰、草木灰、碱性农药等混合贮存和施用。2）、在土壤中的转化硫铵施人土壤后，很快溶解于土壤溶液中，并解高成NH4+和SO42-，二者均能被作物吸收。当NH4+被吸收后同时释放出H+,加上植物对养分的又有选择吸收性,吸收的NH4+比SO42-要多,土壤显酸性,所以硫铵为生理酸性肥料。3）、施用硫铵适于一般的土壤和各种作物，可作基肥、种肥和追肥。（二）硝态氮（NO3—N）肥硝态氮肥包括硝酸钠、硝酸钙和硝酸铵等。它们都含有硝酸根离子（NO3-），所以具有以下特点：易溶于水，肥效快；属生理碱性肥料；吸湿性很强，很易结成硬块；所含的硝酸根不被土壤胶体吸附，易随水流失；在土壤通气不良的情况下，进行反硝化作用，易造成脱氮损失。硝酸铵（NH4NO3）简称硝铵。是由硝酸与氨化合成的。NH3＋HNO3一一NH4NO31.成分和性质。硝铵为白色结晶，含N量较高，达33％一34％，其中铵态氮和硝态氮各占一半，两者均能被植物吸收。注：硝铵具有助燃性和爆炸性，使用时要注意安全。2.在土壤中的转化。硝铵施人土壤后，很快溶解于土壤溶液中，其中的NO3-都能被植物吸收。NH+4在土壤中的变化和氨态氮肥中的NH+4相同。而NO3-不能被土壤胶体吸附，流动性很大，在多雨地区，矿质土壤及水稻田，淋失较为严重。3.施用。硝铵一般适于旱作追肥。在旱地也可作基肥。要浅灌、轻灌，以免硝铵中的硝态氮造成淋失而降低肥效。用作种肥，要控制施用量，最好采用条施，使肥料不与种子接触。（三）酰胺态氮肥一尿素{CO（NH）2}1.成分和性质。尿素含N量为46％，是固体氮肥中含氮量最高的一种。白色针状或粒状结晶，在常温下吸湿性不大。尿素易溶于水，也属速效性肥料。虽然用于根外追肥时尿素分子能直接被作物吸收，但施在土壤中，要经微生物作用转化成铵态氮后，才易被作物吸收。是中性肥料2.在土壤中的转化。尿素施人土壤后，以分子状态溶解于土壤溶液中，尿素在土壤中受微生物分泌的脲酶作用水解，生成碳酸铵和碳酸氢铵：CO（NH2）2+2H2O（NH4）2CO3（NH4）2CO3＋H2ONH4HCO3＋NH4OH转化形成的铵态氮可以被土壤吸附，也可被作物吸收。3.施用。尿素适宜于所有的土壤和各种作物，可作基肥和追肥。因为尿素转化后在土壤积累大量的NH+4，PH升高，加上含有一定量的缩二脲，一般不宜作种肥。作业一名词解释氮的矿化作用（氨化作用）硝化作用反硝化作用生理酸性肥料生理碱性肥料二、简答1、简述植物氮素不足和过多的症状。2、列表归纳我们所学3种类型氮肥的特点。