植物的氮素营养与氮肥施用

B.养分归还学说C.最小养分律D.传统施肥方法F.合理施肥的指标A.离子间相互作用你还记得吗？1*目前一页\总数八十一页\编于九点华南农业大学作物营养与施肥研究室2011.05第九章

植物的氮素营养与氮肥施用Nitrogen(N)2*目前二页\总数八十一页\编于九点存在问题

土壤中氮素养分的不足是限制作物产量的主要因素不合理、过量施用氮肥对环境造成污染硝酸盐过量问题危害人体健康为什么呢？！3*目前三页\总数八十一页\编于九点

主要内容要求

1.植物的氮素营养了解，

掌握吸收与同化、失调症

2.土壤中的氮素及其转化了解，

掌握主要转化的含义

3.氮肥的种类性质与施用掌握4.氮肥的合理施用掌握4*目前四页\总数八十一页\编于九点第一节植物的氮素营养一、植物体内氮的含量与分布1.含量：占植物干重的0.3～5％影响因素：

植物种类：豆科植物>非豆科植物

品种：高产品种>低产品种

生长时期：苗期>旺长期>成熟期>衰老期， 营养生长期>生殖生长期5*目前五页\总数八十一页\编于九点2.分布：

器官：种子>叶>根>茎

组织：幼嫩组织>成熟组织>衰老组织， 生长点>非生长点原因：氮在植物体内的移动性强6*目前六页\总数八十一页\编于九点二、植物体内含氮化合物的种类（氮的生理功能）1.氮是蛋白质的重要成分 （含氮16～18％）2.氮是核酸的成分（含氮约7％）3.氮是叶绿素的成分 （叶绿体含蛋白质45～60％）7*目前七页\总数八十一页\编于九点4.氮是酶的成分（酶本身是蛋白质）5.氮是多种维生素的成分（维生素B1、B2、B6等）6.氮是一些植物激素的成分（IAA、CK）7.磷脂和生物碱也含氮氮素通常被称为生命元素8*目前八页\总数八十一页\编于九点三、植物对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、核苷酸等（少量）9*目前九页\总数八十一页\编于九点（一）植物对铵态氮的吸收与同化

1.吸收1）机理：①被动渗透(Epstein,1972)

②接触脱质子

(Mengel,1982)ATPaseNH4+H+膜外膜膜内NH4+H+NH310*目前十页\总数八十一页\编于九点

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)1581841741451491831661452）特点：释放等量的H＋， 使介质pH值11*目前十一页\总数八十一页\编于九点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12*目前十二页\总数八十一页\编于九点反应式：NH3＋谷氨酸＋ATP谷氨酰胺＋ADP＋Pi谷氨酰胺＋α-酮戊二酸＋2e－＋2H＋2谷氨酸谷氨酸＋17酮酸17种氨基酸

蛋白质

谷氨酰胺合成酶谷氨酸合成酶转氨酶合成

13*目前十三页\总数八十一页\编于九点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14*目前十四页\总数八十一页\编于九点吸收后，10～30％在根同化70～90％运输到茎叶同化小部分贮存在液胞内2.同化：（二）植物对硝态氮的吸收与同化

1.吸收：植物主动吸收NO3-－NNO3-NO2-NH3NR,Fe、MoNiR，Fe、Mn硝酸还原酶亚硝酸还原酶(叶绿体)15*目前十五页\总数八十一页\编于九点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，使硝酸还原作用变弱，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16*目前十六页\总数八十一页\编于九点

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。17*目前十七页\总数八十一页\编于九点影响蔬菜硝酸盐含量的因素植物因素:种类、品种、部位肥料因素:种类、用量、时间气候因素:温度、光照收获因素:施肥后安全期、一天内时间18*目前十八页\总数八十一页\编于九点选用优良品种控施氮肥增施钾肥增加采前光照改善微量元素供应等降低植物体内硝酸盐含量的措施：19*目前十九页\总数八十一页\编于九点（三）植物对有机氮的吸收与同化1.尿素（酰胺态氮）

吸收：根、叶均能直接吸收同化：①脲酶途径：尿素NH3氨基酸脲酶水解②非脲酶途径：直接同化尿素氨甲酰磷酸瓜氨酸精氨酸

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2.氨基态氮：可直接吸收，效果因种类而异20*目前二十页\总数八十一页\编于九点四、铵态氮和硝态氮的营养特点NO3--N是阴离子，为氧化态的氮源；NH4+-N是阳离子，为还原态的氮源。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。21*目前二十一页\总数八十一页\编于九点(一)植物的喜铵性和喜硝性喜铵植物：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22*目前二十二页\总数八十一页\编于九点(二)原因1.植物的遗传特性2.环境因素

介质反应：酸性：有利于硝的吸收 中性至微碱性：有利于铵的吸收

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)23*目前二十三页\总数八十一页\编于九点NO3-NH4+植物吸收不同形态氮源对根际pH值的影响24*目前二十四页\总数八十一页\编于九点伴随离子：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-的吸收与还原介质通气状况：

通气良好，两种氮源的吸收均较快水分：水分过多，NO3-

易随水流失

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。25*目前二十五页\总数八十一页\编于九点五、植物氮素营养失调症状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26*目前二十六页\总数八十一页\编于九点田间水稻缺氮27*目前二十七页\总数八十一页\编于九点

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NCK28*目前二十八页\总数八十一页\编于九点NitrogenDeficiencySmallplants,yellowleavesstartingfromoldleaves29*目前二十九页\总数八十一页\编于九点玉米缺N：老叶发黄，新叶色淡，基部发红(花色苷积累其中)。30*目前三十页\总数八十一页\编于九点NitrogenrecyclingongrapefruittwigswithinadequateN(left)(A)Greenterminalleaves(B)Yellowing(C)Defoliation31*目前三十一页\总数八十一页\编于九点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)。32*目前三十二页\总数八十一页\编于九点SorghumplantsofN-toxicity,ammoniatoxicity33*目前三十三页\总数八十一页\编于九点

水稻田氮肥过多，群体太大，遇风倒伏34*目前三十四页\总数八十一页\编于九点NitrogenToxicityDarkgreen,ammoniatoxicityTobacco35*目前三十五页\总数八十一页\编于九点六、土壤与作物体内氮的丰缺指标形态学观察法化学分析法（测土施肥、测植株施肥）36*目前三十六页\总数八十一页\编于九点第二节土壤中的氮素及其转化一、土壤中氮素的来源及其含量(一)来源1.施入土壤中的化学氮肥和有机肥料2.动植物残体的归还3.生物固氮4.雷电降雨带来的NH4＋－N和NO3－－N37*目前三十七页\总数八十一页\编于九点(二)含量

我国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

我国土壤含氮量的地域性规律：北增加西长江

东增加南增加38*目前三十八页\总数八十一页\编于九点二、土壤中氮的形态

水溶性速效氮源<全氮的5%1.有机氮

水解性缓效氮源占50～70%

(>98%)

非水解性难利用占30～50%

离子态土壤溶液中2.无机氮吸附态土壤胶体吸附

(1～2％)

固定态2：1型粘土矿物固定

有机氮

无机氮矿化作用固定作用39*目前三十九页\总数八十一页\编于九点（一）有机态氮的矿化作用（氨化作用）

1.定义：在微生物作用下，土壤中的含氮有机质分解形成氨的过程。2.过程：有机氮氨基酸NH4＋－N＋有机酸

异养微生物水解酶氨化微生物水解、氧化、还原、转位40*目前四十页\总数八十一页\编于九点3.发生条件：各种条件下均可发生

最适条件：温度为20～30oC，

土壤湿度为田间持水量的60％，土壤pH＝7，C/N≤25:14.结果：生成NH4＋－N（有效化）41*目前四十一页\总数八十一页\编于九点(二)土壤粘土矿物对NH4＋的固定1.定义

吸附固定：由于土壤粘土矿物表面所带负电荷而引起的对NH4＋的吸附作用晶格固定：NH4＋进入2：1型膨胀性粘土矿物的晶层间而被固定的作用2.过程液相NH4＋交换性NH4＋

固定态NH4＋3.结果：减缓NH4＋的供应程度(暂时无效化)吸附作用固定作用解吸作用释放作用42*目前四十二页\总数八十一页\编于九点(三)氨的挥发损失

1.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

2.过程：

NH4＋NH3

＋H＋

3.影响因素：①

pH值NH3挥发

60.1%71.0%810.0%950.0%

OH－H＋43*目前四十三页\总数八十一页\编于九点

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

4.结果：造成氮素损失（无效化）44*目前四十四页\总数八十一页\编于九点（四）硝化作用1.定义：在通气的条件下,土壤中的NH4＋，在微生物的作用下氧化成硝酸盐的现象2.过程：NH4＋＋O2NO2－＋4H＋2NO2－＋O22NO3－

3.影响条件：土壤通气状况、土壤反应、土壤温度等亚硝化细菌硝化细菌45*目前四十五页\总数八十一页\编于九点

最适条件：氨充足、通气良好、pH6.5～7.5、25～30oC4.结果：形成NO3－－N

利：为喜硝植物提供氮素（有效化）

弊：淋失、发生反硝化作用（无效化）（五）硝酸还原作用

NO3－NH4＋

作用机理仍不清楚？

嫌气条件(硝酸还原酶)46*目前四十六页\总数八十一页\编于九点（六）无机氮的生物固定1.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。2.过程：

铵态氮硝态氮

生物固定生物固定有机氮

硝化作用硝酸还原作用3.结果：减缓氮的供应（暂时无效化）；可减少氮素的损失47*目前四十七页\总数八十一页\编于九点（七）反硝化作用NO3－N2、NO、N2O1.生物反硝化作用（嫌气条件下）

(1)定义：(2)过程：NO3－NO2－N2、N2O、NO

(3)最适条件：含氮量5～10％，新鲜有机质丰富pH5～8，温度30～35oC

硝酸盐还原细菌反硝化细菌48*目前四十八页\总数八十一页\编于九点2.化学反硝化作用（可在好气条件下进行） NO2－N2、N2O、NO

发生条件：

NO2－存在3.结果：造成氮素的气态挥发损失(无效化)，并影响大气(破坏臭氧层、加剧温室效应)(八）硝酸盐的淋洗损失NO3－－N随水渗漏或流失，可达施入氮量的5～10％结果：氮素损失(无效化)，并污染水体(富营养化)49*目前四十九页\总数八十一页\编于九点三、土壤中氮的转化

铵态氮硝态氮

吸附态铵或固定态铵水体中的硝态氮

矿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50*目前五十页\总数八十一页\编于九点小结：土壤有效氮增加和减少的途径增加途径施肥(有机肥、化肥)氨化作用生物固氮雷电降雨减少途径植物吸收带走氨的挥发损失反硝化作用硝酸盐淋失生物和吸附固定(暂时)化学氮肥的当季利用率：20～50％51*目前五十一页\总数八十一页\编于九点四、土壤的供氮能力及氮的有效性有效氮：能被当季作物利用的氮素，包括

无机氮(<2％)和易分解的有机氮

旱地：全氮、碱解氮、供氮能力

土壤矿化氮、硝态氮

稻田：全氮、碱解氮、铵态氮全氮土壤供氮潜力无机氮土壤供氮强度52*目前五十二页\总数八十一页\编于九点一、我国氮肥的生产概况1935年我国在大连和南京建成了两座氮肥厂生产硫铵；1953年我国氮肥产量以养分计算为5万吨；1969-1978年为各类肥料厂大发展时期，全国新建1000余座小氮肥厂和10余座年产30万吨合成氨的大型氮肥厂；1983年全国氮肥产量猛增至1109万吨(N)，列世界第二位；1991年以后全国氮肥产量一直稳居世界第一第三节氮肥的种类、性质和施用53*目前五十三页\总数八十一页\编于九点二、氮肥的制造原理1.合成氨原理：(哈伯法，始于1913年)

3H2＋N2 2NH3＋Q2.硝酸制造原理：(氨氧化法)NH3 NONO2 HNO3＋NO3.氮肥制造过程：高温、高压催化剂

O2催化剂高温

O2加压H2O54*目前五十四页\总数八十一页\编于九点 H2O NH3·nH2O H2O+CO2

NH4HCO3 HCl NH4Cl NaCl+CO2+H2O NH4Cl

+

NaHCO3

H2SO4

(NH4)2SO4

CO2

CO(NH2)2

+H2O NH4NO3+CO(NH2)2+H2O含氮溶液 H3PO4

NH4H2PO4+(NH4)2HPO4

O2

HNO3 NH3

NH4NO3

Na2CO3

NaNO3+H2CO3

CaCO3 Ca(NO3)2+H2CO3

KCl KNO3

+HCl +NH3

+氮肥的制造55*目前五十五页\总数八十一页\编于九点三、铵态氮肥包括：液氨、氨水、碳酸氢铵、氯化铵、硫酸铵(一)共同特性（均含有NH4＋）1.易溶于水，易被作物吸收2.易被土壤胶体吸附和固定3.可发生硝化作用NH4＋

NO3－4.碱性环境中氨易挥发NH4＋

+OH－NH35.高浓度对作物，尤其是幼苗易产生毒害6.对钙、镁、钾等的吸收有颉颃作用56*目前五十六页\总数八十一页\编于九点(二)理化性质

表铵态氮肥的基本性质品种分子式

含氮量(%)稳定性理化性质液氨NH3

82差液体,碱性,易挥发氨水NH3·

nH2O

15~18差液体,碱性,易挥发碳铵NH4HCO3

16.5~17.5较差

结晶,碱性,易吸湿和分解氯化铵NH4Cl24~25较好结晶,酸性,有吸湿性硫铵

(NH4)2SO4

20~21好

结晶,酸性,吸湿性弱57*目前五十七页\总数八十一页\编于九点（三）在土壤中的转化和施用表铵态氮肥在土壤中的转化和施用品种转化及结果施用液氨NH3＋H2ONH4＋＋OH－基肥,追肥及深施氨水

对土壤和作物影响不大基肥,追肥,深施碳铵NH4＋＋HCO3－基肥,追肥,深施

对土壤没有副作用，适于各种土壤和大对数作物58*目前五十八页\总数八十一页\编于九点（续）表铵态氮肥在土壤中的转化和施用品种转化及结果施用氯化铵

NH4＋＋Cl－基肥(配施石灰和使土壤酸化(生理酸,硝化酸,有机肥)，追肥，适于代换酸)、脱钙板结稻田和一般作物，

不宜忌氯作物硫铵NH4＋＋SO42－基肥(配施石灰和

使土壤酸化(游离酸生理酸,有机肥)，追肥，种肥硝化酸，代换酸)、板结适于各种作物

不宜稻田59*目前五十九页\总数八十一页\编于九点土壤中铵态氮肥变化示意图氨气吸收吸附挥发NH4+NH4+硝化作用铵态氮肥铵态氮肥硝态氮土壤胶粒60*目前六十页\总数八十一页\编于九点四、硝－铵态和硝态氮肥包括：硝酸铵、硝酸钠、硝酸钙、硝酸钾(一)共同特性1.易溶于水，易被作物吸收（主动吸收）2.不被土壤胶体吸附，易随水流失3.易发生反硝化作用4.促进钙镁钾等的吸收5.吸湿性大，具助燃性（易燃易爆）6.硝态氮含氮量均较低61*目前六十一页\总数八十一页\编于九点(二)理化性质与施用表硝－铵态和硝态氮肥的基本性质和施用

品种分子式含氮量(%)性质施用硝酸铵

NH4NO334~35(生理中性盐)旱地追肥硝酸钠

NaNO315~16生理碱性盐少量多次硝酸钙

Ca(NO3)2

12.6~15吸湿性(水培营养硝酸钾

KNO314助燃性液氮源)62*目前六十二页\总数八十一页\编于九点

生理酸性盐:

植物吸收阳离子多于盐的其他组分而使介质变酸的化合物,如(NH4)2SO4,NH4Cl,K2SO4等。

生理碱性盐:

植物吸收阴离子多于盐的其他组分而使介质变碱的化合物,如NaNO3,Ca(NO3)2等。

生理中性盐:

植物吸收阳离子和阴离子的量比较接近,从而不影响介质酸碱度的化合物,如NH4NO3等。63*目前六十三页\总数八十一页\编于九点土壤中硝态氮肥变化示意图吸收反硝化作用NH4+NH4+淋洗流失土壤胶粒硝态氮肥硝态氮气态氮硝酸还原作用64*目前六十四页\总数八十一页\编于九点两种形态氮素性质和某些特性的比较铵态氮素（NH4+-N）带正电荷，是阳离子能与土壤胶粒上的阳离子进行交换而被吸附被土壤胶粒吸附后移动性减小，不随水流失进行硝化作用后，转变为硝酸态氮，但不降低肥效带负电荷，是阴离子不能进行交换吸收而存在于土壤溶液中在土壤溶液中随土壤水分运动而移动，流动性大，易流失进行反硝化作用后，形成氮气或氧化氮气而丧失肥效硝酸态氮素（NO3--N）65*目前六十五页\总数八十一页\编于九点五、酰胺态氮肥尿素(一)理化性质分子式：CO(NH2)2含氮量：46％基本性质：有机物纯品为白色针状结晶，肥料为颗粒状；易溶于水，呈中性针状结晶颗粒状66*目前六十六页\总数八十一页\编于九点(二)在土壤中的转化

少部分以分子态被土壤胶体吸附和被植物吸收

大部分在脲酶作用下水解1.水解作用CO(NH2)2(NH4)2CO3NH3＋CO2＋H2O影响因素：脲酶活性与pH值、水分、温度、有机

质含量、质地等如：10oC7～12天20oC4～5天完全转化30oC2～3天脲酶H2O67*目前六十七页\总数八十一页\编于九点2.硝化作用

因pH值适宜，能旺盛进行，且比氯化铵和硫铵的快结果：可能造成氮素的损失措施：使用硝化抑制剂尿素长期施用对土壤无副作用“1”

和“2”

是影响尿素肥效的主要原因

结果：局部土壤暂时变碱（注意氨挥发）

措施：深施、使用脲酶抑制剂68*目前六十八页\总数八十一页\编于九点尿素在土壤中变化的示意图尿素CO(NH2)2吸收(NH4)2CO3水解流失吸收NO3-吸收硝化流失NH4+NH4+吸附土壤胶粒叶面喷施吸附69*目前六十九页\总数八十一页\编于九点(三)施用

可作基肥、追肥，深施 宜作根外追肥原因：做法：浓度0.2～2.0%次数2～3次，7～10天喷一次规定尿素中缩二脲<0.5%①尿素分子体积小，易透过细胞膜；②尿素溶液呈中性，电离度小，不易引起质壁分离；③尿素具有一定的吸湿性，能使叶面保持湿润状态，以利叶片吸收；④尿素进入细胞后很快参与同化作用，肥效快70*目前七十页\总数八十一页\编于九点第四节氮肥的合理施用一、氮肥利用率(一)定义：指当季作物吸收肥料氮的数量占施氮量的百分数(二)测定方法1.差值法氮肥利用率＝*10