第九章氮素2.ppt
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1、第九章 植物的氮素营养与氮肥施用 Plant Nitrogen Nutrition and Nitrogen Fertilizer Application,主要内容,第一节 植物的氮素营养 第二节 土壤中的氮素及其转化 第三节 化学氮肥的种类、性质及其施用方法 第四节 氮肥的合理施用,1.质量分数 一般植物含氮量约占植物体干物重的0.3%-5%,而含量的多少与植物种类、器官、发育阶段有关。 种类:大豆玉米小麦水稻;高产品种低产品种 器官:叶片子粒 茎秆苞叶 发育:同一作物的不同生育时期,含氮量也不相同。,第一节 植物的氮素营养,注意: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。通
2、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。,一、植物体内氮的质量分数和分布,组织:幼嫩组织成熟组织衰老组织, 生长点非生长点 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 2. 分布: 幼嫩组织成熟组织衰老组织, 生长点非生长点,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1618) 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4560) 4. 氮是酶的成分(酶本身是蛋白质),5. 氮是多种维生素、植物激素、生物碱的等的成分 (维生素B1、B2、B6、IAA
3、、CK ) 生物碱(Alkaloid):烟碱、茶碱、咖啡碱、胆碱、苦杏仁碱等。,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,0 196 196 3 420 26 6 561 17,三、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:NH2N、氨基酸、 (少量) 核酸等,(一)植物对硝态氮的吸收与同化 1. 吸收:植物主动吸收NO3-N,N,植物吸收的氮素主要是铵态氮和硝态氮。在旱地农田中,硝态氮是作物的主要氮源。由与土壤中的铵态氮通过硝化作用可转变为硝态氮。所以,作物吸收的硝态氮多于铵态氮.,NO3-N的吸收
4、逆电化学势梯度的主动吸收; 介质pH显著影响植物对的吸收,pH值升高的吸收减少; 进入植物体后,大部分在根系中同化为氨基酸、蛋白质,也可直接通过木质部运往地上部; 硝酸根在液泡中积累对离子平衡和渗透调节作用具有重要意义。,硝酸还原成氨是由两种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。,2. 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,钼对小麦叶片中硝酸还原酶活性的影响,叶片预处理,0.005 0 0.2 0.3,0.005 100 2.8 4.2,5.0 0,5.0 100,8.0,8.2,1
5、、硝酸盐供应水平 当硝酸盐数量少时,主要在根中还原; 2、植物种类 木本植物还原能力一年生草本 一年生草本植物因种类不同而有差异,其还原强度顺序为: 油菜大麦向日葵玉米苍耳 3、温度 温度升高,酶的活性也高,所以也可提高根中还原NO3-N 的比例。,大多数植物的根和地上部都能进行NO3-N的还原作用,但各部分还原的比例取决于不同的因素:,4、植物的苗龄 在根中还原的比例随苗龄的增加而提高; 5、陪伴离子 K+能促进NO3-向地上部转移,所以钾充足时,在根中还原的比例下降;而Ca2+和Na+为陪伴离子时则相反; 6、光照 在绿色叶片中,光合强度与NO3-还原之间存在着密切的相关性。 考虑以上因素
6、可采取相应措施降低温室或塑料大棚中的蔬菜体内的硝酸盐含量。,大多数植物的根和地上部都能进行NO3-N的还原作用,但各部分还原的比例取决于不同的因素:,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。,1. 吸收 机理: 被动渗透 (Epstein,1972) 接触脱质子 (Mengel, 198
7、2),NH4+,H+,NH3,(二)植物对铵态氮的吸收与同化,质膜上NH4+脱质子作用的示意图,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.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 解除氨毒,(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: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 (一)铵
8、态氮和硝态氮的营养特点 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,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。,(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 陪伴离子、介质通气状况、土壤水分状况 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,它们在生理上是具有同等价值。,
9、五、植物氮素营养失调症状及其丰缺指标 1. 氮缺乏:首先在下部老叶出现症状; 植株矮小,瘦弱,分蘖或分枝少; 叶片转为淡绿色、浅黄色、乃至黄色;茎叶基部或呈紫红色; 早衰,产品品质差; 2. 氮过量:植株徒长,贪青迟熟;蔬菜硝酸盐含量增加。,Technological stripe disease Caused by incorrect N fertilizer application,燕 麦,小 麦,油 菜,禾本科作物缺氮的症状,不同时期和部位的缺氮症状,Potato Plants,亚麻(Flax),Rape,Tobacco,Cucumber with N deficiency,Celery
10、 leaves with N deficiency,缺氮,供氮,缺氮,N deficiency in vine growth,Japanese larch trees,作物贪青晚熟,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)。,氮素过多的危害,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。 蔬菜硝酸盐超标,Slight symptoms of N toxicity in cucumber,Cucumber growth with normal N Nutrition
11、,氮过量,“Tipburn” in lettuce due to nitrate and chlorid toxicity on a sandy.,Severe symptoms of N toxicity,Induced N toxicity in cucumber plants in a glass house trial,N over-fertilization causes “Blotchy ripening”,氮素过多对苹果的影响,蔬菜硝酸盐累积,作物的化学诊断,养分潜在缺乏的诊断 植物组织的化学测定(诊断) 氮磷钾三要素的定量分析 微量元素的定量分析,土壤养分诊断,土壤有效养分的提
12、取和指标 土壤养分状况诊断,第二节 土壤中的氮素及其转化,土壤N素的来源 土壤N素形态及有效性 N素在土壤中转化 土壤N素损失的途径,一、土壤中氮素的来源及其质量分数 (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-N,(二)含量 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%) 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) 固定态
13、2:1型粘土矿物固定,有机氮 无机氮,矿化作用 固定作用,土壤N素形态及有效性,土壤中N素含量高低与土壤有机质之间呈显著的正相关。受植被、气候、地形、母质等多种自然因素的影响,也受到土壤的利用方式,如耕作、施肥、种植、灌溉等农业措施的影响。我国土壤含氮量在0.2-2 g kg-1之间,多数含氮量在1g kg-1以下。从北到南,从东到西,土壤含氮量有下降趋势。,1.无机态,土壤中的无机N较少,一般只占土壤全N量的1%-2%,最多不超过5%-8%,无机N中有NH4+-N、NO-3-N和固定态铵。前两者属于速效养分,后者属于缓效养分。,2.有机N,土壤N素以有机N为主,约占95%以上。有机N按其稳定
14、性大小可分为水溶性、水解性和非水解性三部分。 (1)水溶性有机N 主要是简单的游离氨基酸,胺基盐、尿素、酰胺类,占全N含量的5%左右。有少数可以直接被作物利用,如氨基酸。多数要经过转化,释放出NH3,然后再被作物利用。故少数属于速效养分,多数属于缓效养分。 (2)水解性有机N 用酸、碱或酶处理时,能够水解成简单易溶性化合物,如蛋白质、多肽核蛋白类、氨基糖类,占全N含量的50%-70%,为缓效或迟效养分。 (3)非水解态N 占有机N的30%左右,高者可达50%,矿化速率很低,有效性小,至今仍不十分清楚。,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,氨化作用 硝化作用
15、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(mineralization)。 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,3. 发生条件:各种条件下均可发生 最适条件:温度为2030 , 土壤湿度为田间持水量的60, 土壤pH7,C/N25:1 4. 结果:生成NH4N(有效化),(二)土壤粘土矿物对NH4的固定(fixation) 1. 定义 吸附固定:
16、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,(三)氨的挥发损失(evaporation) 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: pH值 NH3挥发 6 0.1% 7 1.0% 8 10.0% 9 50.0%,OH H, 土壤CaCO3含量:呈正相关 温度:呈正相关 施肥深度:挥发量 表施深
17、施 土壤水分含量 土壤中NH4的含量 4. 结果:造成氮素损失(无效化),(四)无机氮的生物固定(immobilization) 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. 影响条件 土体的C/N比、温度、 湿度、pH值 4. 结果:减缓氮的供应(暂时无效化); 可减少氮素的损失,(五)硝化作用(nitrification) 1. 定义: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: NH4O2 NO2 4H 2NO2O2 2NO3 3. 影响条
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