土壤肥料学国家精品课件第九章--土壤以及植物氮素营养、化学氮肥

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第九章土壤、植物氮素营养及化学氮肥NNutritionNFertilizer本章要解决的四个问题土壤中氮素形态及其转化植物氮素营养生理功能植物氮素营养失调症状化学氮肥的性质以及合理施用Mind第一节土壤氮素营养AnswertoQ1:Q1土壤中存在哪些氮素形态?如何转化?一、土壤中氮的来源、形态与含量1、土壤中氮的来源(1)施肥:化肥和有机肥料(主要来源)(2)生物固氮作用:固氮微生物分共生和自生两种(3)大气层中所发生的自然雷电现象可以将氮氧化为NO2和NO为主的各种氧化物。这些气态氮散布于大气中,通过降水的溶解,随雨水带入土中(4)由灌溉水带入的氮有些地区利用地下水和池塘会灌溉,有时水中短期内硝态氮和氨态氮量大于10ppm(肥水)(主要以硝态氮为主)2、土壤中氮的含量以及影响因素耕地土壤全氮含量为0.04%~0.35%之间,与土壤有机质含量呈正相关西北南东长江增加增加我国土壤含氮量的地域性规律3、土壤中氮的形态(1)有机氮有机氮占全氮的绝大部分,92~98%。有机氮的矿化率只有3~6%。有机氮主要有以下几种形态:(a)可溶性有机氮5%,主要为:游离氨基酸、胺盐(速效氮)及酰胺类化合物;(b)水解性有机氮50~70%,包括:蛋白质及肽类、核蛋白类、氨基糖类(c)非水解性有机氮30~50%,主要可能是杂环缩胺类.(2)无机态氮土壤无机氮占全氮1~2%。最多不超过5~8%主要有以下几种形态:a)铵态氮(NH4+-N)在土壤里有三种存在方式:游离态、交换态、固定态b)硝态氮(NO3--N)在土壤主要以游离态存在。c)亚硝态氮(NO2--N)主要在嫌气性条件下才有可能存在,而且数量也极少。在土壤里主要以游离态存在。d)此外,还包括一些含氮气体,如NH3、N2O、NO、NO2。二、土壤中氮素转化1、有机氮的矿化作用定义:指含氮的有机化合物在多种微生物的作用下降解为铵态氮的过程。(分成两个过程进行)Ⅰ、水解过程—解蛋白作用蛋白质多肽氨基酸、酰胺等条件①真菌、细菌、放线菌等;②在通气良好;③温度较高;④水分60~70%;⑤pH值适中;⑥C/N比适当水解水解肽酶肽酶Ⅱ、水解过程—氨化作用RCHNH2COOH+O2RCH2COOH+NH3+E条件:①真菌、细菌、放线菌等;②在通气良好;③对低温特别敏感;④水分60~70%;⑤pH值要求在4.8~5.2⑥C/N比适当。铵化微生物酶2、无机氮的生物固定定义:土壤中的铵态氮和硝态氮被微生物同化为其躯体的组成成分而被暂时固定的现象。过程:铵态氮硝态氮生物固定生物固定有机氮3、铵的固定与释放、吸附与解吸铵的吸附:铵离子被土壤胶体吸附为交换性铵的作用铵的解吸:交换性铵转移到土壤溶液中的作用。铵的固定:矿化的铵和施入的铵被2:1型粘土矿物的晶格固定成为固定态铵或非交换性铵的作用。铵的释放:固定态铵在微生物、物理、化学作用下被释放的作用。粘土矿物固定态铵交换性铵液相铵粘土矿物对铵的固定(只有2:1型矿物)原因:NH4+离子半径:0.148nm,2∶1型粘土矿物晶层表面六角形孔穴半径:0.140nm一旦NH4+陷入层间的孔穴后,转化为固定态铵暂时失去有效性;但新固定的固定态铵在作物生长旺盛时能大量释放,成为作物氮源一个不可忽视的给源。4、硝化作用(nitrification)定义:硝化作用是指土壤中的铵或氨在微生物的作用下氧化为硝酸盐的过程(分两个过程进行)Ⅰ、亚硝化过程NH4++O2NO2-+4H+条件:亚硝化细菌(专性自养型微生物)通气:良好O25%pH5.5-10(7-9),4.5受抑制!水分:50~60%温度:35℃;<2℃STOP!亚硝化细菌Ⅱ、硝化过程2NO2-+O22NO3-硝化细菌条件:除了需要的微生物种类不一样,其它的同上一过程硝化作用的结果:利:为喜硝植物提供氮素弊:淋失、发生反硝化作用5、反硝化作用(denitrification)定义:反硝化作用是指硝酸盐或亚硝酸盐还原为气态氮(分子态氨和氮氧化物)的过程。两种类型:微生物反硝化和化学反硝化微生物反硝化(土壤中反硝化作用的重要形式)反应式:NO3-NO2-NON2ON2反应产物的影响因素:嫌气的程度、pH和温度。渍水条件:其产物几乎为氮气;嫌气条件不太强以及较低的pH和温度下,N2O的比例明显增加6、铵的挥发损失(volatilizaiton)定义:在中性或碱性条件下,土壤中的NH4+转化为NH3而挥发的过程过程NH4+NH3+H+OH-H+影响因素①pH值NH3挥发60.1%71.0%810.0%950.0%②土壤CaCO3含量:呈正相关③温度:呈正相关④施肥深度:挥发量表施深施⑤土壤水分含量⑥土壤中NH4+的含量7、硝酸还原作用NO3-NH4+嫌气条件硝化还原酶8、硝酸盐的的淋洗损失NO3--N随水渗漏或流失,可达施入氮量的5~10%中国昆明滇池蓝绿藻泛滥铵态氮硝态氮吸附态铵或固定态铵水体中的硝态氮氨化作用硝化作用生物固定硝酸还原作用NH3N2、NO、N2O挥发损失反硝化作用吸附固定淋洗损失有机氮有机氮生物固定土壤氮素转化小结第二节作物的氮素营养AnswertoQ2andQ3:Q2植物体内氮的营养生理功能是什么?Q3当植物氮素营养失调时,表现出什么症状?一、植物体内氮的含量和分布1、氮的含量氮含量:植株干物重的0.3~5%影响因素:植物种类:豆科作物禾本科作物器官:籽粒茎秆生育期:生育前期生育后期生长环境:高氮土壤低氮土壤(施肥情况)2、氮的分布幼嫩组织成熟组织衰老组织生长点非生长点氮的再利用能力强:在作物生育期中,约有70%的氮可以从较老的叶片转移到正在生长的幼嫩器官中被利用二、植物体内氮的生理功能蛋白质的重要组分(蛋白质中平均含氮16%-18%);核酸的成分(核酸中的氮约占植株全氮的10%)叶绿素的组分元素(叶绿体含蛋白质45~60%,是光合作用的场所)许多酶的组分(酶本身就是蛋白质);续氮是多种维生素的成分(如维生素B1、B2、B6等)--辅酶的成分氮是一些植物激素的成分(如IAA、细胞分裂素)--生理活性物质氮也是生物碱的组分(如烟碱、茶碱、可可碱、胆碱--卵磷脂--生物膜)总而言之:氮对植物生命活动以及作物产量和品质均有极其重要的作用,通常氮被成为“生命元素”。三、氮的吸收与同化吸收的形态无机态:NH4+-N、NO3--N(主要)有机态:NH2-N、氨基酸、(少量)核酸等无机氮(NH4-N、NO3-N)低分子有机氮(氨基酸、酰胺、胺类)高分子有机氮组分(蛋白质、核酸)氮在植物体内的转化过程:1、植物对硝态氮的吸收与同化吸收:旱地作物吸收NO3-为主,属主动吸收吸收后:10%~30%在根还原70%~90%运输到茎叶还原小部分贮存在液泡内(1)NO3--N的还原作用过程:NO3-NO2-NH3NR:硝酸还原酶NiR:亚硝酸还原酶NR,MoNiR,Fe、Mn根、叶细胞质根其它细胞、叶绿体(2)影响硝酸盐还原的因素①植物种类:与根系还原能力有关,如木本植物一年生草本植物油菜大麦向日葵玉米②光照:光照不足,硝酸还原酶活性低,使硝酸还要作用变弱,造成植物体内NO3--N浓度过高③温度:温度过低,酶活性低,根部还原减少④施氮量:施氮过多,吸收积累也多(奢侈吸收)⑤微量元素供应:钼、铁、铜、锰、镁等微量元素缺乏,NO3--N难以还原⑥陪伴离子:如K+,促进NO3-向地上部转移,使根还原比例减少;若供钾不足,影响NO3--N的还原作用,当植物吸收的NO3--N来不及还原,就会在植物体内积累.钼对小麦叶片中硝酸还原酶活性的影响(供钼水平μg/株)叶片预处理(供钼μg/L)硝酸还原酶活性(μmolNO2/g鲜重)24小时70小时0.00500.20.30.0051002.84.25.00─5.0100─(Randall,1969)8.08.21.吸收(1)机理:①被动渗透(Epstein,1972)②接触脱质子(Mengel,1982)膜外膜膜内NH4+H+NH3NH4+H+2、植物对铵态氮的吸收与同化水稻幼苗对NH4+的吸收与H+释放的关系NH4+的吸收H+的释放(μmol/L)(μmol/L)158184174145149183166145(2)特点:释放等量的H+,使介质pH值2.同化(1)部位:在根部很快被同化为氨基酸(2)过程:酮戊二酸氨谷氨酸各种新的氨基酸酮酸酰胺氨还原性胺化作用转氨基作用(3)酰胺的形成及意义形成:NH3+意义:①贮存氨基;②解除氨毒;③参与代谢。谷氨酸酰胺合成酶谷氨酰胺天门冬氨酸ATP天门冬酰胺②非脲酶途径:直接同化尿素氨甲酰磷酸瓜氨酸精氨酸1.尿素(酰胺态氮)(1)吸收:根、叶均能直接吸收(2)同化:①脲酶途径:尿素NH3氨基酸脲酶水解尿素的毒害:当介质中尿素浓度过高时,植物会出现受害症状3、植物对有机氮的吸收与同化硝态氮配方尿素配方硝态氮配方尿素配方包心生菜直叶生菜4、铵态氮和硝态氮营养特点的比较不能简单的判定哪种形态好或是不好,因为肥效高低与各种影响吸收和利用的因素有关。关于植物主要氮源的早期争论:布森高(1822)、李比希(1840):NH4+-N为主Salm-Horstmar(1851):NO3--N为主布森高(1855):NH4+-N和NO3--N都是良好氮源原因:一、植物的遗传特性喜铵植物:水稻、甘薯、马铃薯兼性喜硝植物:小麦、玉米、棉花等喜硝植物:大部分蔬菜,如黄瓜、番茄、莴苣等专性喜硝植物:甜菜二、外部环境1.介质反应酸性:利于NO3-的吸收;中性至微碱性:利于NH4+的吸收;而植物吸收NO3-时,pH缓慢上升,较安全植物吸收NH4+时,pH迅速下降,可能危害植物(水培尤甚)表番茄苗水培不同氮源营养液pH值的变化氮源试验日期Ca(NO3)2NH4NO3(NH4)2SO411月5日(定植6.56.57.411月6日6.46.36.511月7日6.56.15.411月8日6.75.83.111月9日6.75.52.911月10日6.93.72.8)2.伴随离子Ca2+、Mg2+等有利于NH4+的吸收(而NH4+、H+对K+、Ca2+、Mg2+的吸收有拮抗作用);钼酸盐有利于NO3-的吸收与还原3.介质通气状况通气良好,两种氮源的吸收均较快4.水分水分过多,NO3-易随水流失普氏结论:只要在环境中为铵态氮和硝态氮创造出各自所需要的最适条件,那么,它们在生理上是具有同等价值的。四、作物氮素营养失调的形态表现1.氮缺乏(1)外观表现整株:植株矮小,瘦弱叶片:细小直立,叶色转为淡绿色、浅黄色、乃至黄色,从下部老叶开始出现症状叶脉、叶柄:有些作物呈紫红色茎:细小,分蘖或分枝少,基部呈黄色或红黄色花:稀少,提前开放种子、果实:少且小,早熟,不充实根:色白而细长,量少,后期呈褐色水培小白菜-N+N-P+P-K+K田间水稻缺氮生长矮小,根系细长,分枝(蘖)减少。老叶发黄枯死,新叶色淡N是叶绿素的成分缺NCK大麦缺N:老叶发黄,新叶色淡玉米缺N:老叶发黄,新叶色淡,基部发红(花色苷积累其中)。NdeficiencyinpineNsufficient燕麦缺氮症状2、氮素过多的危害实例: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。营养体徒长,叶面积增大,叶色浓绿。茎秆变得嫩弱,易倒伏。作物贪青晚熟,籽粒不充实,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)。水稻田氮肥过多,群体太大,遇风倒伏第三节氮肥的种类、性质与施用AnswertoQ4:Q4常见化学氮肥的性质?如何做到合理施用?化学氮肥的分类铵(氨)态氮肥硝态(硝铵态)氮肥酰胺态氮肥按含氮基团分类长效氮肥一、铵(氨)态氮肥包括:硫酸铵、氯化铵、碳酸氢铵、液氨、氨水共性(均含有NH4+)易溶于水,易被作物吸收易被土壤胶体吸附和固定可发生硝化作用碱性环境中氨易挥发高浓度对作物,尤其是幼苗易产生毒

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