土壤肥料学：氮素营养与氮肥

大量元素营养与肥料自豪中国

9%的耕地养活了19%的人口。化

肥

消

费

量

（

万

吨

）195219591962196519681971197419771980198319861989199219951998200120042007钾

肥磷

肥氮

肥氮肥用量变化曲线资源消耗（肥料）6000500040003000200010000

同时消耗了约世界1/3的商品肥料。滇池太湖水锋利的双刃剑

华绿色超级稻的战略构想少打农药、少施化肥、节水抗旱、优质、高产。

节省农药50%、化肥30%、水30%以上。第一节

氮素营养与氮肥

植物氮素营养

植物氮素营养的失调

氮肥的种类与性质

氮肥的高效施用重

点

：

作

物

氮

素

营

养

失

调

症

状

；

氮

肥

的

种

类

与性质；氮肥高效施用的原则。难点：氮素的吸收与同化。一、植物氮素营养

Nitrogen

nutrition

（一）氮的含量和分布一般植物的含氮量约

0.3%-5%，平均为

1.5%左右。（二）影响氮含量和分布的因素

1

作物的种类•

大豆＞油菜＞玉米＞小麦＞水稻；•

蛋白质、叶绿素含量高的作物，氮素含量

亦高。2

器官•

子粒＞叶片＞茎秆

移动性很强：较老组织

成熟期，茎叶新器官；种子、果实；

氮的分布随着生长中心的转移而变动的。3

发育阶段•

同一作物的不同生育时期，含氮量不同；

•

吸收高峰：营养生长旺盛期和开花期

。其后随生育期推移而逐渐下降。4

施肥

Fertilization

作物体内氮含量和分布，受施氮水平和施氮时

期的影响。

营养器官变化大

，生殖器官变化小。生长后期

施用氮肥，生殖器官中的含氮量明显上升。（三）氮素的营养功能

Function

1

氨基酸和蛋白质的主要成分•

广

泛

存

在

于

蛋

白

质

分

子

的

结

构

中

（

含

N

16%~18%）；•

主要：结构蛋白、贮藏蛋白，酶蛋白；

•

细胞的增长和新细胞的形成都必须有蛋白质参与，否则生长发育缓慢或停滞。2

核酸的组成成分

RNA和DNA是合成蛋白质和决定遗传性的物

质基础。3

许多酶的组成成分

酶本身就是蛋白质。各种代谢过程都必须有相应的酶参加

（生物

催化作用）。氮通过酶间接影响各种代谢过

程。4

参与叶绿体结构和叶绿素的形成•

氮

是

叶

绿

体

的

结

构

成

分

和

叶

绿

素

的

组

成

成

分。•

氮

不

足

：

叶

绿

素

含

量

减

少

，

叶

片

的

光

合

作

用减弱，碳水化合物产物减少。叶绿素速测仪

（SPAD仪）以

氮

肥

管

理

为

中

心

的

一

项

新

型

水稻高产高效氮肥管理技术

。在

日

本

，

目

前

每

公

顷

水

稻

施

用

的

纯

氮

只

有

75

公

斤

，

而

在

我

国

却

达

200

公

斤

，

一

些

地

方

甚

至

高

达

300

多

公

斤

。

如

果

每

公

顷

水

稻

纯

氮

使

用

量

下

降

50

公

斤

，

全

国

农

民

一

年

在

氮

肥

购

买

上

就

可少花55亿元。彭少兵

2006施高量

N施中量

N实时实地氮肥管理Real-time

and

Site-specific

NutrientManagement施少量或不施

N5

参与维生素类物质的形成

植

物

体

内

一

些

维

生

素

（

如

维

生

素

B1

，

B2

，

B6等）含有氮。

维生素是辅酶的成分，参与植物的氮代谢过

程。6

其他含氮化合物

某些生物碱如烟草中的烟碱

、

茶叶中的茶碱

都含有氮。

植物激素。－

34（四）氮的吸收与利用（难点）

1

土壤中的氮素形态？

无机态氮（NO

、NH

）；

低分子量有机态氮：酰胺、氨基酸

高分子量有机态氮：蛋白质、核酸推荐文献：徐兴良等.

植物吸收土壤有

机氮的研究进展.

自然资源学报,

2011,

26(4):

715-724+

-432

氮的吸收

植

物

吸

收

利

用

的

氮

素

主

要

是

铵

态NH4+氮（NH

）和硝态氮（NO

）。

氨

基

酸

、

酰

胺

和

尿

素

也

能

被

植

物吸收。NO3-3

氮的同化指植物体内的无机氮转化为有机氮的过程。NH4+同化氨基酸NO3-还原NH4+同化3NO–-N的还原（两步走）NO3-硝酸还原酶（NR）细胞质NO2-NH4+4+NH-N的同化谷氨酰胺合成酶

GSNH4+（催化作用）谷氨酰胺Gln受体谷氨酸Glu二、氮素营养失调

Deficiency

and

excess（一）作物缺氮的外部特征

1

叶片黄化，植株生长过程迟缓。－N＋N湖北

洪湖试验点2

植

株

生

长

受

阻

、

矮

小

、

瘦

弱

，

叶

片

薄

而小。

禾本科作物表现为分蘖少，茎杆细长；

双子叶则表现为分枝少。＋N－N2011年4月

湖北

武穴试验点－N＋N分枝少2010年3月

湖北

鄂州试验点3

下

部

叶

片

首

先

失

绿

黄

化

，

然

后

逐

渐

向

上

部叶片扩展。湖北

蕲春示范基地（二）氮素过多的危害1

营养生长过旺，生殖器官发育受阻。正常过量2011年9月

湖北

武穴试验点2

作物贪青晚熟，生长期延长。

贪青晚熟、倒伏3

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

4

降低果蔬品质和耐贮存性。氮素缺乏症状•

叶绿素含量下降，均匀失绿黄化•

植株生长发育缓慢，植株矮小•

禾本科分蘖少，叶片直立•

后期缺氮，器官提前衰老（早衰）•

产量明显降低•

蛋白质、维生素和必须氨基酸含量降低氮素过多的危害•

细胞增长过大，细胞壁薄，作物易受各

种病害侵袭•••••植株高度增加过快，节间细，易倒伏

营养生长过旺，生殖器官发育受阻

贪青晚熟降低贮存品质植物体内硝酸盐的积累三、氮肥的种类与性质

Nitrogen

fertilizer

含

氮

基

团

：铵态氮肥

、

硝

态

氮

肥

和

酰

胺

态

氮肥；

物理性质：液体氮肥和固体氮肥；

供氮速率：普通氮肥和长效氮肥。液

态

氮

肥

、

铵

态

氮

肥

、

硝

态

氮

肥

、

酰

胺

态

氮

肥

和长效氮肥五大氮肥类型及其性质。（一）液态氮肥•

主要有氨水、液氨和氮溶液三种。•

共性：均为液体肥料，以铵态氮为主，多用

作基肥，具有较强的挥发性和腐蚀性，施用

时需要一定的施肥器械。3

21

氨水•

NH

·XH

O，含N12~16%，系氨的水溶液。

•

生

产

：

把

合

成

氨

导

入

水

中，或用水吸收合成氨系统中或焦炉气中的氨，都可以得到氨水。

优点：制造上工序简单、成本低。缺

点

：

状

态

不

稳

定

，

易

挥

发

，

损

失

严

重

。

氨

水

呈

碱

性

反

应

（

pH

9

以

上

）

，

对

铜

、

铝

有

一

定

的

腐

融

性

。

气

味

对

人的眼睛、鼻和呼吸道粘膜有强烈的刺激性。施用：关键是深施覆土，减少氨的挥发损失。32

液氨•

NH

（含氮82％），含氮量最高的氮肥。•

将液氨用作氮肥，始于20世纪30年代的美国，

50年代后液氨施肥技术走向成熟。

目前，除美国使用量占农用氮的

38-40%外

，澳大利亚、

加

拿

大

、

丹

麦

、

墨

西

哥

等

国

液

氨

施

用

量

也

都

占

其

总

肥

料氮量的20%以上。

我

国

液

氨

施

用

面

积

较

小

，

主

要

在

新

疆

建

设

兵

团

等

大

型

农场进行肥效试验和应用推广。o优点：含氮量高、副成分少，施用后无副作用，且

极易被土壤吸持、肥效长。缺

点

：

在

承

压

（

25-30Atm

）

或

冷

冻

（

<

－

33.4

C

）

和

密

封

条

件

下

贮

存

、

运

输

和

施

用

，

需

要

相

应

的

机

械

和田间道路网，成本较高。施

用

：

采

用

特

定

的

施

肥

机

械

，

将

液

氨

注

入

12-18

cm

深

的

土

层

后

立

即

覆

土

，

以

免

氨

的

挥

发

损

失

。

移

动

性

小，肥效较长，可用作基肥，不宜用作追肥。液氨的施用（二）铵态氮肥•

铵

态

氮

肥

主

要

有

硫

酸

铵

、

氯

化

铵

、

硝

酸

铵和碳酸氢铵等。•

铵态氮肥中的氮素以铵离子形态存在。1

硫酸铵•

(NH4)2SO4

，

含

氮

20-21%

，

简

称

硫

铵

，

俗

称

肥

田

粉

，

是

我

国

最

早

使

用

和

生

产

的

氮

肥

品种。•

白

色

晶

体

。

若

为

副

产

品

或

产

品

中

混

有

杂

质

时

带

微

、

黄

灰

色等杂色。+42-4•

施

入

土

壤

后

，

由

于

作

物

对

NH

吸

收

相

对

较

多

，

SO

较

多

残

留

于

土

壤

中

易

引

起

土

壤

酸

化，故硫铵是一种典型的生理酸性肥料*

。即

：

化

学

肥

料

施

入

土

壤

后

，

植

物

吸

收

肥

料

中

的

阳

离

子

比

阴

离

子

多

时

，

土

壤

溶

液

中

就

有

阴

离

子

过

剩

，

生

成

相

应

酸

性

物

质

，

从

而

引

起

土

壤

酸

化

。

这

类

肥

料

称

为

生

理

酸

性

肥

料

。

反

之

，

即

为

生

理

碱

性

肥

料

，

如NaNO3。2-42•

注

意

：

水

田

不

适

宜

施

用

硫

铵

，

因

为

SO

在

淹

水

条

件

下

易

被

还

原

为

H

S

，

造

成

水

稻

根

系

的毒害。•

由于硫铵性质稳定，习惯上施用时多撒施土

面，但为了减少氨的挥发损失也应提倡深施

。•

此外，硫铵中含24%的硫，同时也是一种硫

肥，供给作物硫的需求。2

氯化铵•

NH4Cl

，

含

N24-26%

，

简

称

氯

铵

，

是

一

种

重

要的铵态氮肥。•

氯化铵可直接由盐酸（HCl）吸收氨制造。

•

但

其主要是作为联碱工业的副产品，其反应式如下：NaCl+NH

3+CO2

+H2O

NaHCO3

+NH4Cl-•

纯

净

的

氯

化

铵

是

白

色

晶

体

，

吸

湿

性

略

高

于

硫铵，易溶于水，易结块。•

氯铵和硫铵一样，均属生理酸性肥料。•

氯

铵

适

用

于

酸

性

和

石

灰

性

土

壤

，

而

不

宜

用

于盐碱地，以免增加Cl

对作物的危害。•

但

不

宜

在

烟

草

、

甜

菜

等

忌

氯

作

物

上

施

用

，

以

免

降

低

这

些

作

物

的

品

质

（

如

含

糖

量

、

燃

烧性等）。4

33

碳酸氢铵•

简

称

碳

铵

（

NH

HCO

，

含

N17%）。主要氮肥品种之一，

占

全

国

农

用

氮

总

量

的

50%

以

上，发挥了重要作用。•

白

色

细

粒

结

晶

，

有

强

烈

的

刺

鼻

性

，

吸

湿

性

强

，

易

溶

于

水

，

呈碱性反应（pH

8.2-8.4）。3o

oo•

碳铵是一种不稳定的化合物，在常温下也很

易分解释放出NH

，造成氮素的挥发损失：NH

4

HCO

3

NH

3

CO

2

H

2

O•

农

民

称

碳

铵

为

“

气

肥

”

。

影

响

分

解

的

因

素

：

温

度

和湿度。•

20

C

下

，

干

燥

的

碳

铵

是

比

较

稳

定

的

，

温

度

为

30

C

大

量

分

解

，

水

分

存

在

后

分

解

更

快

。

在

常

压

下

，

温

度

达

69

C

时

，

碳

铵

全

部

分

解

。

所

以

，

应

避

免

在

高

温下贮存和施用。3

22•

优点：不含酸根，NH

，H

O，CO

都是作物

的

必

需

养

分

，

属

生

理

中

性

肥

料

。

是

最

安

全

的

氮肥品种之一。•

碳

铵

适

应

于

各

种

土

壤

和

作

物

，

可

作

基

肥

和

追

肥，不应作种肥，以免影响出苗。•

碳

铵

的

肥

效

与

施

用

方

法

有

关

，

以

深

施

覆

土

的

肥效比撒施要高。3铵态氮肥的共性（归纳）•••••••易溶于水可被土壤吸附（电荷）

层间固定碱性条件易挥发通气条件下易被氧化高浓度易产生氨（NH

）的毒害

多不能作种肥-3（三）硝态氮肥包

括

硝

酸

钠

、

硝

酸

钙

、

硝

酸

铵

和

硝

酸

钾

等

，这些肥料中的氮素以NO

的形式存在。

共同特点：

易

溶

于

水

，

速

效

性

养

分

（

与

铵

态

氮

肥

相

似

）

。

溶

解

度大，吸湿性强，在雨季吸湿后能化为液体

。

难

以

被

带

负

电

的

土

壤

胶

体

所

吸

附

，

在

土

壤

剖

面

中

的

移

动

性

较

大

。

因

此

，

硝

态

氮

肥

易

向

下

层

土

壤

淋

失

，

不

利于发挥其肥效。4

31

硝酸铵•

简

称

硝

铵

（

NH

NO

，

含

N33-35%

）

，

是

一

种常用的硝态氮肥。•

白色晶体，含氮量高。兼有两种形态氮肥的

特

性

，

也

有

人

称

之

为

铵

-

硝

态

氮

肥

。

具

有

极

易溶于水，吸湿性极强以及易燃易爆等硝态

氮肥的特性，因此常归入硝态氮肥。2

2+4（四）酰胺态氮肥•

含

有

酰

胺

基

CO(NH

)

或

在

分解过程中

产

生酰

胺基的氮肥。•

尽

管

酰

胺

态

氮

及

其

中

间

产

物

可

被

作

物

直

接

吸

收

，

但

土

壤

中

酰

胺

态

氮

肥

主

要

通

过

水

解

转

化

成

NH

后

而

被

作

物

大

量

吸

收

利

用

。

因

此

，

肥

效相对于铵态氮肥或硝态氮肥要缓慢一些。2

21

尿素•

CO(NH

)

，

含

N45-46%

，

是

人工合成的第一

个

有

机

物

，

同

时

它

也

广

泛

存

在

自

然

界

中

，

如

新鲜人尿中有0.4%的尿素。•

我

国

从

60

年

代

开

始

建

立

中

型

尿

素

厂

，

70-80

年

代

相

继

建

成

数

十

个

年

产

30

万

吨

合

成

氨

的

大

型

尿

素

厂

，

目

前

我

国

已

成

为

重

要

的

尿

素

生

产

国

，

尿素年生产能力在900万t以上。高

温

、o

o•

氨与二氧化碳在高温高压（150

C–200

C，

150–250Atm

）

条

件

下

碳

化

，

经

氨

基

甲

酸

铵

中间产物脱水而成。其基本反应如下：2NH3+CO2高压NH2COONH2高

温

、高压

CO(NH2)2+H2O3

2•

尿

素

施

入

土

壤

后

，

在

脲

酶

作

用

下

水

解

，

形

成碳酸铵，再进一步分解为NH

和

CO

，

然

后通过硝化作用形成硝酸盐。•

植

物

叶

片

和

其

他

幼

嫩

的

营

养

器

官

能

直

接

吸

收尿素：叶面施肥。作物浓度（%）稻、麦、禾本科牧草0.5~1.0黄瓜0.5-0.8萝卜、白菜、菠菜、甘蓝0.5-1.0西瓜、茄子、甘薯、马铃薯、花生、柑桔0.2-0.5桑、茶、苹果、梨、葡萄0.5柿子、番茄、草莓、温室黄瓜及茄子、花卉0.2-0.3（五）长效氮肥•

又

称

缓

效

氮

肥

或

缓

释

氮

肥

，

是

指

一

类

不

同

于

常用氮肥速溶、速效特性的化学肥料。•

发

展

长

效

氮

肥

的

目

的

：

通

过

控

制

氮

肥

的

溶

解

度

，

达

到

援

释

、

延

长

肥

效

，

使

之

能

与

作

物

生

长期间对氮的需求相适应。•

长

效

氮

肥

主

要

有

三

种

类

型

：

微

溶

化

合

物，尿

醛缩合物和包膜肥料。长效氮肥的主要类型类型主要成分品种实例N（%）1

微溶化合物金属磷酸胺的盐（MeNH4PO4·xH2O）磷酸镁铵（MgNH4PO4·6H2O）6-9酰铵类化合物草酰胺312

尿醛缩合物尿素甲醛缩合尿甲醛38-40尿素乙醛缩合异丁二脲313

包膜肥料半

透

膜

包

衣

（

水

分

透

入

而

膨胀破膜）包膜复肥（18-9-9%）18%多

孔

膜

包

衣

（

孔

内

进

水

溶

出肥料）8

孔

肥

料包（包重28

克

，

内含氮肥或NPK复肥）16%固

态

膜

包

衣

（

减

缓

溶

解

速度）硫衣尿素35-36%四、氮肥的合理施用Application

of

nitrogen

fertilizer（一）氮肥施入农田后的去向•

被作物吸收，即氮肥的当季利用率；•

残留在土壤中；•

通过不同机制和途径而损失。氮肥的当季利用率是衡量氮肥增产效果的重要

指标。15（二）氮肥利用率•

是指氮肥中的氮素被当季作物吸收利用的百

分率。测定方法：（1）差值法（间接法）；

（2）

N示踪法。1

差值法Nh

No氮肥利用率(%)

100%Na•

Nh-施氮区作物吸N量•

No-无氮区作物吸N量•

Na-施N量15152

同位素法•

又

名

直

接

测

定

法

，

为

了

区

别

肥

料

中

的

N

和

土

壤

中

原

有

N

，

在

测

定

时

对

氮

肥

进

行

同

位

素标记，一般用

N。•

由

于

同

位

素

N

和

它

的测定费用

昂

贵

，

所

以

，

一般用盆栽试验方法。•

本法测定结果为实际利用率。3

氮肥利用率影响因素•

土壤性质、作物种类、生育时期、氮肥种类、

施用技术，气象条件等。•

目前国内的氮素肥料在不同土壤和作物上的

利

用

率

差

别

很

大

，

变

幅

大

致

在

20%–50%

，

平均约为35%。国外发达国家的氮肥利用率

一般为50%-60%。（三）氮肥高效施用的原则1

调控氮肥施用量•

一

般

，

随

氮

肥

施

用

量

的

增

加

，

产

量

逐

步

增

高。•

施

氮

量

超

过

适

宜

施

用

量

后

，

产

量

就

不

再

增

高

（

或

反