第10章氮素营养与氮肥.ppt
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1、第十章氮素营养与氮肥,氮,缺氮,缺氮,植株缺氮的症状,植物氮素营养与氮肥,第一节 植物氮素营养第二节 土壤氮素第三节 氮肥的种类、性质和施用第四节 氮肥合理分配与施用,第一节 植物氮素营养,一、作物体内氮素含量与分布植物体含氮量一般为0.35%。豆科作物高于禾本科作物;籽粒、叶片茎杆、根系生育前期叶片生育后期的叶片;氮素含量随代谢中心的转移而变化;含氮量还受土壤供氮水平和施肥的影响;氮在植物体中的运动性较强,再利用率在70 80%。,1)、不同作物种类含量不同 豆科植物含有丰富的蛋白质,含氮量也高。按干重计,大豆含氮2.25%,紫云英含氮2.25%;而禾本科作物大多在1%左右。种类:大豆玉米小
2、麦水稻;高产品种低产品种。同为禾本科作物,小麦水稻2)、作物不同器官含量不同 一般,幼嫩器官和种子中含氮量较高,而茎杆含量较低,尤其是老熟的茎杆含量更低。如小麦子粒含氮量为2.0%-2.5%,而茎杆仅为0.5%左右;豆科作物子粒含氮量为4.5%-5%,而茎杆仅为1.4%。器官:叶片子粒 茎秆苞叶,2、分布,3)、作物不同生育时期含量不同 在各生育期中,作物体内氮素的分布在不断变化。在营养生长阶段,氮素大多集中在茎叶等幼嫩器官,当转入生殖生长时,茎叶中的氮素就基本向子粒、果实、块根或块茎等储藏器官转移;成熟时,大约有70%的氮素已转入种子、果实、块根或块茎等储藏器官。分布:幼嫩组织成熟组织衰老组
3、织,生长点非生长点,作物体内氮素的含量和分布,明显受施氮水平和施氮时期的影响 随施氮量增加,作物各器官中氮的含量均有明显提高。通常是营养器官的含量变化大,生殖器官则变动小,但生长后期施用氮肥,则表现为生殖器官中的含氮量明显上升。,二、氮在植物生长发育中的作用,氮对作物的重要作用不在于它在作物体内含量多少,重要的是氮是植物体内许多重要有机化合物的组分,也是遗传物质的基础。,1、蛋白质的重要组分(蛋白质中平均含氮16%-18%)2、核酸和核蛋白质的成分(含氮约7)3、叶绿素的组分元素(叶绿体含蛋白质4560)4、许多酶的组分(酶本身就是蛋白质)氮还是一些维生素的组分,而生物碱和植物激素也都含有氮。
4、(维生素B1、B2、B6、IAA、ck),供氮对马铃薯伤流液中细胞分裂素含量的影响,细胞分裂素含量(mol),连续供氮 连续不供氮,天,0 196 1963 420 266 561 17,三、氮素的吸收与利用,一)氮素吸收形态 NH4+、NO3-、NO2-可溶性有机氮:氨基酸、酰胺等 豆科植物可以通过共生固氮,直接利用空 中的N2,二)各种形态氮素的吸收利用,1、NO3-N吸收与利用植物主动吸收NO3-Na.穿过液泡膜储存在液泡中。b.从根系中运输到木质部,然后被运输到地上部。c.在根系中或地上部被硝酸还原酶(nitrate reductase(N.R.))还原成亚硝酸。,硝酸还原成氨是由两种
5、独立的酶分别进行催化的。硝酸还原酶可使硝酸盐还原成亚硝酸盐,而亚硝酸还原酶可使亚硝酸盐还原成氨。,NO3-N的同化,NO2_,NO3_,NH3,叶细胞中硝酸盐同化步骤的示意图,介质pH升高,理论应用阴雨天光合作用减弱,还原态铁氧还蛋白生成减少,NO2转化为NH3过程受阻,NO2积累,使用后夺取血液中氧气发生中毒。(嘴唇紫红色)采集植物样品8-10点 白天光合作用,产生丙糖磷酸,细胞质中糖酵解,生成NADH,有利于NO3转化NO2,根部吸收和叶片同化基本处于平衡状态,最能反映体内营养状况。早晨叶片叶柄硝态氮含量很高,中午减低,傍晚更低,晚上上升。,表2-3从9:00到18:00光照期间叶片中硝态
6、氮含量随时间的变化,表 我国蔬菜硝酸盐污染程度的卫生评价标准(沈明珠,1982)级别 硝酸盐含量 污染程度 参考卫生性(mg/kg鲜重)1 432 轻度 允许生食 2 785 中度 允许盐渍,熟食 3 1440 高度 允许熟食 4 3100 严重 不允许食用,因此,降低植物体内硝酸盐含量的有效措施: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。,2、植物对铵态氮的吸收与同化1).吸收机理:被动渗透(Epstein,1972)接触脱质子(Mengel,1982),NH4+,H+,NH3,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,2).
7、NH4-N的同化,3).酰胺形成的意义(谷氨酰胺、天门冬酰胺)贮存氨基(含氮化合物合成时氮源)解除氨毒。有无可作为追肥指标,3、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:脲酶途径:尿素 NH3 氨基酸,脲酶,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,四、铵态氮和硝态氮的营养特点,1、耗能情况 NH4+、NO3-2、对其它离子吸收的影响3、吸收速度与相互关系 吸收速度都很快,但同时存在时NH4+阻碍、NO3-吸收,虽然NO3-主动吸收不受影响,但NH4
8、+抑制硝酸还原酶的作用。NO3-净吸收减少。4、对pH的影响NH4+降低土壤pHNO3-提高土壤pH(棉花等双子叶植物不能,还原发生在叶部,氢氧根转化成有机阴离子,对土壤pH影响不大。),5、吸收机理 NO3-主动吸收。NH4+(被动渗透;接触脱质子)6、肥效 喜NH4+:水稻:根内缺少硝酸还原酶,稻田反硝化。甘薯、马铃薯:碳水化合物较多,吸收后立即同化 为氨基酸等 喜 NO3-:甜菜:幼苗缺少硝酸还原酶,易中氨毒。后期易形成酰胺类 生物碱,妨碍糖的结晶储存。大部分蔬菜,如黄瓜、番茄、莴苣等。阳离子交换量比禾本科植物高 喜硝酸铵植物:烟草。NO3-有利于柠檬酸和苹果酸积累,增强燃烧性;NH4+
9、醋精芳香族挥发油形成,增进香味。,喜铵植物:水稻、甘薯、马铃薯喜硝酸铵植物:烟草喜硝植物:大部分蔬菜,如黄瓜、番茄、莴苣等专性喜硝植物:甜菜,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。,NO3-N和 NH4+-N营养作用的比较,不能简单的评判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。,五、植物的氮素缺乏与过剩,氮素缺乏 细胞分裂减慢,生长过程缓慢蛋白质合成减少,酶和叶绿素含量下降。叶片黄化根冠比较大细胞分裂素合成减少,分枝分蘖减少,往往提早成熟谷类作物穗数及穗粒数减少,千粒重下降,产量降低。氮在体内容易移动,缺素首先出现在老叶上,左为正常的
10、秋季苹果叶;右为缺氮的苹果叶,西红柿缺氮,生长矮小,茎和叶柄变硬变脆,叶片为淡绿色,偶尔为淡紫色,下部黄化。,梨树缺氮;亮黄、紫色或红色叶片,小麦缺氮:缺少分蘖、茎变细,发红;叶片淡绿色,老叶黄化,早死脱落。,大麦缺氮:类似于小麦。缺少分蘖,茎变细,基部发红;叶片淡绿,老叶黄化,死亡,脱落。,蒜缺氮、磷:右为缺氮,生长矮小、瘦弱、叶片淡绿,叶点死亡;左为缺磷:生长缓慢、矮小,叶片暗绿、叶点死亡。,缺氮,缺氮,小麦地块由于施肥不匀造成的缺氮现象,氮素过多,植物枝叶茂盛,群体过大,通风透光不好,碳水化合物消耗太多,使茎杆细弱,机械强度小,容易倒伏;体内可溶性氮化合物过多,容易遭受病虫害;贪青晚熟,
11、结实率下降,产量降低;瓜果的含糖量降低,风味差,不耐贮藏,品质低;叶菜类植物中硝酸盐高,危害健康。,老叶萎焉、下垂、无生气,接着,下部叶片黄化、出现褐斑。,第二节 土壤中的氮,一、耕作土壤中的氮素来源1、施入的肥料氮素2、生物固氮 非共生固氮(4.68.4公斤/公顷)和共生固氮(57600公斤/公顷)3、降水 英国洛桑为4公斤/公顷年;美国为2 32公斤/公顷年);浙江金华为23.1公斤/公顷年4、尘埃为0.1 0.2公斤/公顷年5、土壤吸附 0.025 0.1克/公顷年6、灌水:泰国为0.1公斤/公顷年7、成土母质中也有少量的氮素,中国每公顷施氮量图,表3-14 地壳中的氮素平衡(Werne
12、r,1980),二、土壤中的氮素含量与形态,一)土壤含氮量一般为0.04 0.35%,多数在0.05 0.1%之间。土壤含氮量与土壤有机质具有密切关系,有机质越高含氮量越高;在自然条件下,由东到西,由北到南逐渐下降;东北黑土最高,华南、西南和青藏高原次之,黄淮地区、黄土高原最低;在农田土壤中,含氮量还与施肥历史及施肥量有关。,我国耕地土壤全氮含量为0.040.35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,二)、土壤中氮的形态 水溶性 速效氮源 98%)非水解性 难利用 占3050%离子态 土壤溶液中2.无机氮 吸附态 土壤胶体吸附(12)
13、固定态 2:1型粘土矿物固定,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,NH3 N2、NO、N2O,挥发损失 反硝化作用,吸附固定 淋洗损失,有机质,有机氮,生物 固定,(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 NH4N有机酸,异养微生物 水解酶,氨化微生物 水解、氧化、还原、转位,(五)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
14、,硝化作用硝酸还原作用,(七)反硝化作用NO3 N2、NO、NO2,1.生物反硝化作用(嫌气条件下)(1)过程:NO3 NO2 N2、N2O、NO,2.化学反硝化作用(可在好气条件下进行)NO2 N2、N2O、NO3.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510结果:氮素损失(无效化),并污染水体(富营养化),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
15、壤供氮潜力无机氮 土壤供氮强度,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)氨化作用硝化作用(喜硝作物)生物固氮雷电降雨,减少途径植物吸收带走氨的挥发损失硝化作用(喜铵作物)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:2050,第三节 氮肥的种类、性质和施用氮肥生产情况:1.世界氮肥生产的主要国家2.我国的氮肥生产3.我国氮肥品种的变化4.某些国家氮肥生产品种,液氨施肥系统,液氨施肥系统,表,世界氮肥生产的主要国家(,1994,),国家,产量(,10,4,t,,,N,),位次,占世界氮肥比例(),中国,1553.3,1,19.6,美国,1447.5,2,
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