第二章植物的氮素营养与氮肥.docx

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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（B1 B2 B6 PP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－＋NADP

                      Mo

NO2－＋NADPH    亚硝酸还原酶   NH2OH＋NADP

                    Fe、Cu

NH2OH＋NADPH     羟胺还原酶    NH4＋＋NADP

                    Mn、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-N

2、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1/3-1/2

   b、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/ha

4、尘埃沉降：

每年0.1-0.2Kg/ha

5、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

①                      NH3的挥发损失

②                      生物反硝化损失，生成H2 No N2O

③                      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％    ≥

17.50

16.8

16.5

水分（H2O）含量％          ≤

0.50

5.0

6.50

   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，NH4易被吸附，暂时保存，SO4＝易使土壤变酸（生理酸性肥料）土壤易板结，（CaSO4）应配合施用有机肥和石灰。

2、施用；硫酸铵也应深施覆土，适于一般土壤的各类作物，可作基肥、追肥和种肥，一般旱地每亩施用量为40－50Kg，水田50－60Kg

（三）氯化铵:

NH4Cl

1、性质：

含N24－26％白色结晶，农田氯化铵肥料中含有<1%NaCl和<3.H2O，易吸湿结块，20℃100ml水溶37g，水溶液呈酸性，生理酸性肥，长期施用氯化铵形成CaCl2易淋失掉，造成土壤大量脱钙，易引起土壤板结，盐碱地及干旱地区施用盐分加重。

也应配合施用石灰和有机肥料。

2、施用：

氯化铵可作基肥和追肥，而不易作种肥和秧田施肥，对烟草、甜菜、甘薯、马铃薯、甘蔗、葡萄、柑橘等“忌氮作物”不易施用。

（淀粉含量下降，水分增多，含糖量减少，烟草品质变坏）

我国氯铵的品质标准（联碱工业联产品）

   含NH4Cl90-95%（N24-25%），

   NaCl0.6-1.0%硫铵及其它杂质<3.0%。

（四）、氨水（NH3.H2O及NH4OH）

1、                        性质：

含N12－17％，无色和淡黄色的液体肥料，具有

强烈的刺激臭味，易挥发，在运输、贮藏、施用时可能造成损失，呈碱性，pH10左右，具有一定的腐蚀性，对钢、铝、铁均有腐蚀作用，对塑料、陶瓷、橡胶、木料、水泥、石灰等腐蚀性小，施入土壤后，易被土壤胶体所吸附，不易移动，短时间内增加土壤碱度，但不久消失。

2、施用：

可作基肥和追肥，不易作种肥，氨水使用必须掌握“一不离土，二不离水”的原则，可防止氨挥发提高肥效，氨水中的氨气对眼和呼吸道等粘膜有强烈的刺激性，因此要注意安全。

（五）、液氮（NH3）

1、性质：

含氮82％，是含氮量最高的氮肥品种，将液氮直接用作氮肥，始于本世纪20年代的美国，目前应用最多的也是美国（占农用氮的38－40％）。

在常温下呈气体状态，必须贮存特殊的耐压容器，运输及使用都需特殊的器械与管道。

施入土壤后，立即气化NH3气体，可被土壤吸附，也可溶解于土壤水中，少部分质子化形成NH4＋，液氨一般作基肥于播前使用，必需时也可作追肥，使用时，要注意预防和安全措施，其液体和高浓度蒸气一旦暴露时，容易造成严重灼伤。

（六）、氮溶液

    氮肥混合溶液含氮20－50％，是一种由氨与其它固体氮（硝铵、尿素）混合而成的液体氮肥。

氮溶液的基本组分为：

氨、硝铵和尿素，也可加入少量硫铵或亚硫酸氢铵{（NH4HSO3）系造纸工业副产品}在我国条件下可加入碳铵。

氮溶液基本特点是氨蒸气压比液氨低，多数在1－2千克/cm以下，但含氮量可按氨水要求对旱作深施入土，水田冲施。

（七）、铵态氮肥在石灰性土壤中损失的因素

1、                        氨的挥发与季节的关系：

   夏季22.07%、春季18.32%、秋季12.78%、冬季3.73%；

2、空气流速与氨挥发成正相关；r=0.901**;

3、温度与氨挥发的关系（湿度50－70％，风速0.3-1米/秒），

  氨挥发的损失量与温度成正相关=0.977*；

4、肥料品种与氨挥发的关系：

   NH4HCO3>（NH4）2SO4>NH4NO3>NH4Cl>尿素

5、土壤含水量与氨挥发的关系：

  <9%损失很少，18-25%挥发达15－19％，>30%挥发量减少；

6、土壤质地与氨挥发关系：

质地愈大吸附氨愈多，挥发量减少，粘土4.76% 壤土16.5%、砂土21.6%、细砂土24.76%。

二、硝态氮肥

包括硝酸铵、硝酸钠、硝酸钙等。

最古老的硝酸盐肥料是自然界中的智利销石。

它们的共同特性是：

1、硝态氮肥易溶于水，在土壤中移动较快（质流、扩散）；

2、NO3-吸收为主动吸收，作物容易吸收硝酸盐，过量无毒害；

3、硝酸盐肥料对作物吸收钙镁钾等养分无抑制作用；

4、硝酸盐是带负电荷的阴离子，不能被土壤胶体吸附，易随

  水流失；

5、硝酸盐易通过反消化作用还原成气体状态（NON2ON2） 

  从土壤主遗失。

6、硝态氮肥吸湿性大，易燃易爆，要注意安全。

（一）、硝酸钠（NaNO3）

   含N15－16％，是白色或微黄色结晶，呈碱性，吸湿性强，有助燃性，施入土壤后，土壤代换性钠增多，使胶体分散，土壤结构破坏，碱性增强，应配施有机肥料与过磷酸钙，宜作追肥，少量分次使用原则，适宜在酸性或中性土施用，而不易施入盐碱地和水田。

南方果树也不易施用，某些喜钠作物如：

甜菜、甘蓝、胡萝卜、芹菜施用效果较好。

（二）、硝酸铵（NH4NO3）简称硝铵

   含N34％，白色结晶，中性或弱酸性反应，吸湿性很强，易结块，一般制成粒状硝铵（石蜡、磷矿粉、石膏等），由于易燃易爆，贮藏及施用时注意安全。

   施入土壤后，兼有铵态氮肥和硝态氮肥的特性，在水田施用防止流失和反硝化，在旱地施用应深施覆土，防止氨挥发，宜作追肥，一般不作基肥和种肥，硝铵在旱田施用的效果往往较水田好。

（蔬菜用肥的一个好品种）

   硝铵不能与新鲜有机物混合堆沤或混施，以免反消化损失，硝铵的改性是改善其吸湿性和防止燃爆危险的重要途径。

⑴、（NH4NO3+CaCO3含N约20％）又名石灰硝铵

⑵、硫酸硝铵（NH4NO3+（NH4）2SO4含N约25－27％）

（三）、硝酸钙Ca（NO3）2

   含N13－15％，吸湿性强，易结块，生理碱性肥料，易溶于水，呈中性，宜作追肥，尽量不作基肥，蔬菜、果树、花生、烟草尤其适宜，适合施入缺钙的土壤。

三、酰胺态氮肥

（一）、尿素CO（NH4）2

   含N46％，白色结晶，是人工合成的第一个有机物，在常温下（10－20℃）吸湿性不大，当温度超过20℃，湿度大于80％时，吸湿性增强，是固体氮肥含氮最高的肥料，缩二尿有毒害作用，要求含量比超过1％，水分≤0.5%，施入土壤后，在尿酶的作用下，形成不稳定的碳酸铵，一般尿素的氨化速度是在粘土比沙土分解快，有机质含量高的肥沃比瘠薄土壤快，中性土比强酸碱性土快。

地温时旱田比水田快，高温时，水田比旱田快。

   尿素可作基肥和追肥施用，也可作根外追肥，一般不作种肥，尿素易作根外追肥，原因是：

中性肥料，有机化合物，电离度小，不烧伤茎叶，分子体积小，容易通过细胞膜进入细胞，本身有吸湿性，易被叶片吸收，一般浓度为0.5-2.0%，稻麦2％、蔬菜、果树0.5-1.0%，温室蔬菜，浆果、花卉0.2-0.3%，其缩二脲含量最好不超过0.5％，尿素不仅是一种高浓度的氮肥，而且被广泛用作饲料的含N添加剂（对牛、鸡等）某些海产植物（海带、紫菜等）和食用菌（香菇。

蘑菇）和发孝微生物（如生产味精等），也作为一种重要氮源。

（二）、石灰氮（CaCN2（

含氮20－22％是氰氨化钙的俗程，是一种有机氮肥。

黑色粉末，带有电石气味，易飞扬，对人体粘膜一刺激性，，肥料用产品主要分为N20-30% CaO20-30%，游离C9-12%其它杂质3-5%，不少溶于水，吸湿性较好，是一种碱性肥料，较适用于酸性或中性土壤，施用时只能做基肥，除用作肥料外，尚可用作除莠剂、杀虫剂。

杀菌剂、脱叶剂及在吸血虫防止上作杀灭钉螺等用。

四、长效氮肥的性质和施用

   长效氮肥又称缓效或缓释氮肥，是指一类改善常用化学氮肥速溶、速效特性的化学物质。

   一次施用能满足整个生长季节甚至几个生长季节所需要的养分，合成有机长效氮肥。

（一）、尿素甲醛（商品名Ureaform 代号uf）

   是由尿素和甲醛缩合而成，尿素甲醛的农业有效性常以在冷水和热水中溶解度不同的组分之间的比例来表示，

                   冷水不溶性氮－热水不溶性氮

并计算为氮素活度指数（AI）=-----------------------×100

                             冷水不溶性氮

   尿素甲醛全氮38％。

物理性状良好白色产品，活度指标约50。

尿素甲醛在国外常用于草地、观赏植物及果树上，由于肥料价格高，用在农作物上还少。

（二）异丁叉二脲（代号IBDU）

含N32％，由丁烯和2分子尿素合成，它容易水解，施用这种肥料可释放总施氮量的50－70％。

（三）硫磺包膜尿素（简称硫包尿素代号SCU）

   是近几年发展的一种缓效肥料，它是由硫磺粉包裹尿素颗粒，含N范围10－37％，不宜在水田施用（产生H2S）适宜在盐碱土上使用

（四）、塑料包膜肥料

   用合成塑料（聚乙