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文檔簡(jiǎn)介

1、大量元素氮對(duì)作物的作用和含氮化肥曹恭 梁鳴早氮的元素符號(hào)是N,是第一個(gè)植物必需大量元素。氮對(duì)植物生長是生死攸關(guān)的。氮是蛋白質(zhì)、葉綠素、核酸、酶、生物激素等重要生命物質(zhì)的組成部分,是植物結(jié)構(gòu)組分元素。一、植物對(duì)氮的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)植物根系可以吸收銨態(tài)氮和硝態(tài)氮。作物種類不同,吸收銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的比例不同。水稻以吸收銨態(tài)氮為主。在溫暖、濕潤、通氣良好的土壤上,旱地作物主要吸收硝態(tài)氮。旱地作物在幼苗期大多吸收銨態(tài)氮,而主要生育期以吸收硝態(tài)氮為主。但在溫度過高過低、土壤濕度過大過小、通氣不良、使用硝化抑制劑阻斷銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮的情況下,旱地作物被迫吸收利用銨態(tài)氮。植物吸收硝酸鹽為主動(dòng)吸收,受載體作用的控制

2、,要有H+泵ATP酶參與。銨態(tài)氮的吸收機(jī)制還不太清楚。根系吸收的氮通過蒸騰作用由木質(zhì)部輸送到地上部器官。植物吸收的銨態(tài)氮絕大部分在根系中同化為氨基酸,并以氨基酸、酰胺形式向上運(yùn)輸。植物吸收的硝態(tài)氮以硝酸根形式、或在根系中同化為氨基酸再向上運(yùn)輸。韌皮部運(yùn)輸?shù)暮衔镏饕前被?。植物吸收的硝酸鹽在植物根或葉細(xì)胞中利用光合作用提供的能量或利用糖酵解和三羧酸循環(huán)過程提供的能量還原為亞硝態(tài)氮,繼而還原為氨,這一過程稱為硝酸鹽還原作用。氨在植株體內(nèi)參與各種代謝物質(zhì)的生成。二、氮在植物體內(nèi)的轉(zhuǎn)化 硝態(tài)氮進(jìn)入植物體后形成氨基酸。氨基酸構(gòu)成蛋白質(zhì)。 蛋白質(zhì)是構(gòu)成細(xì)胞原生質(zhì)的重要成分。在氨同化作用過程中,氨與

3、谷氨酸、天冬氨酸等各種有機(jī)化合物相結(jié)合,產(chǎn)物為谷氨酰胺、天冬酰胺等。谷氨酰胺和天冬酰胺在氨基酸合成過程中提供氨基,與-酮酸等底物生成100多種氨基酸,其中有20種氨基酸用來合成蛋白質(zhì)。甘氨酸和谷氨酸這兩種氨基酸參與生成另一種重要生命物質(zhì),遺傳基因,即核糖核酸和脫氧核糖核酸。二氧化碳、氨、氨基酸,有時(shí)還有甲酸鹽生成氮堿基(腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶、胸腺嘧啶)。氮堿基與核糖相連,稱為核苷。核苷與磷酸連接成核苷酸。核苷酸組成核酸,是生物遺傳信息的主要儲(chǔ)存庫。脫氧核糖核酸將植物遺傳信息轉(zhuǎn)錄到核糖核酸,核糖核酸將信息翻譯為多肽的氨基酸順序,形成蛋白質(zhì)。氮還參與合成葉綠素,植物的綠色就是葉綠素的顏色

4、。先由L-谷氨酸形成-氨基-酮戊二酸,再生成膽色素原(吡咯環(huán)),再合成尿卟啉原,繼而生成原卟啉,又生成原葉綠素酸酯,最終形成葉綠素。氮還參與合成酶、輔酶、輔基。酶是一類具有特殊功能的蛋白質(zhì),可以催化生物反應(yīng)過程。簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)酶類除蛋白質(zhì)外不含其他物質(zhì),結(jié)合蛋白質(zhì)酶類則由蛋白質(zhì)和稱為輔助因子的非蛋白質(zhì)的小分子物質(zhì)組成全酶。輔助因子包括輔酶、輔基和金屬離子。輔酶和輔基的組成與維生素和核苷酸有關(guān)。氮還參與合成各種維生素。維生素B1含有氨基和硫,又叫硫胺素,在生物組織中常以硫胺素焦磷酸酯(TPP)形式存在。維生素B2又叫核黃素,是許多氧化還原酶、黃酶的輔基。維生素B6是吡啶的衍生物。吡哆醇在無機(jī)磷、AT

5、P參與下能轉(zhuǎn)變成磷酸吡哆醛。它是氨基轉(zhuǎn)移酶的輔酶。維生素PP為尼克酰胺。尼克酸在生物體內(nèi)由色氨酸轉(zhuǎn)變而來,構(gòu)成脫氫酶的主要輔酶煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP)的成分。氮還參與合成各種生物堿,包括煙堿、茶堿、可可堿、咖啡堿、膽堿、奎寧、麻黃堿等。膽堿是卵磷脂的重要成分,卵磷脂參與生物膜的合成。氮還參與合成各種植物激素(生長素和細(xì)胞分裂素也是含氮有機(jī)化合物)和酰脲(尿囊素、尿囊酸、瓜氨酸、-尿基丙酸和-尿基異丁酸等也是儲(chǔ)存和運(yùn)輸形態(tài)的氮,和谷氨酰胺和天冬酰胺一樣,是植物體內(nèi)儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)運(yùn)氨和解除氨毒的形態(tài)。)三、植物缺氮和過量癥狀植物缺氮就會(huì)失去綠色,植株生長矮小細(xì)

6、弱,分枝分蘗少,葉色變淡,呈色澤均一的淺綠或黃綠色,尤其是基部葉片。蛋白質(zhì)在植株體內(nèi)不斷合成和分解,因氮易從較老組織運(yùn)輸?shù)接啄劢M織中被再利用,首先從下部老葉片開始均勻黃化,逐漸擴(kuò)展到上部葉片,黃葉脫落提早。株型也發(fā)生改變,瘦小、直立,莖桿細(xì)瘦。根量少、細(xì)長而色白。側(cè)芽呈休眠狀態(tài)或枯萎。花和果實(shí)少。成熟提早。產(chǎn)量、品質(zhì)下降。(圖:小麥缺氮時(shí)氮從老葉轉(zhuǎn)移到新葉中,老葉均勻發(fā)黃,植株生長矮小細(xì)弱)(圖:棉花缺氮生長矮小,葉色淡,呈淺綠或黃綠,色澤均一。缺氮癥狀下部葉先變黃后延續(xù)到上部葉。株型瘦小、莖桿細(xì)瘦。根量少、細(xì)長而色白。提早成熟,籽棉品質(zhì)低)(圖:大豆缺氮植株生長矮小,分枝分蘗少,葉色變淡,呈

7、淺綠或黃綠,色澤均一,尤其是基部葉片下部葉片先黃)禾本科作物無分蘗或少分蘗,穗小粒少。玉米缺氮下位葉黃化,葉尖枯萎,常呈“V”字形向下延展。雙子葉植物分枝或側(cè)枝均少。草本的莖基部常呈紅黃色。豆科作物根瘤少,無效根瘤多。(圖:玉米缺氮下位葉黃化,葉尖枯萎,呈“V”字形向下延展)葉菜類蔬菜葉片小而薄,色淡綠或黃綠,含水量減少,纖維素增加,喪失柔嫩多汁的特色。結(jié)球菜類葉球不充實(shí),商品價(jià)值下降。塊莖、塊根作物的莖、蔓細(xì)瘦,薯塊小,纖維素含量高、淀粉含量低。果樹幼葉小而薄,色淡,果小皮硬,含糖量雖相對(duì)提高,但產(chǎn)量低,商品品質(zhì)下降。除豆科作物外,一般作物都有明顯反應(yīng),谷類作物中的玉米;蔬菜作物中的葉菜類;

8、果樹中的桃、蘋果和柑橘等尤為敏感。根據(jù)作物的外部癥狀可以初步判斷作物缺氮及其程度,單憑葉色及形態(tài)癥狀容易誤診,可以結(jié)合植株和土壤的化學(xué)測(cè)試來做出診斷。植株氮過量時(shí)營養(yǎng)生長旺盛,色濃綠,節(jié)間長,腋芽生長旺盛,開花座果率低,易倒伏,貪青晚熟,對(duì)寒冷、干旱和病蟲的抗逆性差。(圖:玉米氮過量成熟時(shí)纓為綠色)(圖:柑橘氮過量果實(shí)顏色欠佳)(圖:馬鈴薯遇氨氣葉片受損壞死)(圖:蘋果氮不足與過量葉片)(圖:番茄氮過量幼苗萎蔫)(圖:蘋果氮素過量的葉片大而有皺)(圖:黃瓜氮過量葉片鑲金邊)(圖:柑橘植株氮過量葉色濃綠徒長)(圖:番茄氮過量果實(shí)癥狀類似缺鉀)(圖:黃瓜氮嚴(yán)重過量葉片萎蔫)(圖:水稻氮過量引起倒伏

9、)(圖:蘋果氮過量的果實(shí))氮過量時(shí)往往伴隨缺鉀和/或缺磷現(xiàn)象發(fā)生,造成營養(yǎng)生長旺盛,植株高大細(xì)長,節(jié)間長,葉片柔軟,腋芽生長旺盛,開花少,座果率低,果實(shí)膨大慢,易落花、落果。禾本科作物秕粒多,易倒伏,貪青晚熟;塊根和塊莖作物地上部旺長,地下部小而少。過量的氮與碳水化合物形成蛋白質(zhì),剩下少量碳水化合物用作構(gòu)成細(xì)胞壁的原料,細(xì)胞壁變薄,所以植株對(duì)寒冷、干旱和病蟲的抗逆性差,果實(shí)保鮮期短,果肉組織疏松,易遭受碰壓損傷??捎醚a(bǔ)施鉀肥以及磷肥來糾正氮過量癥狀。有時(shí)氮過量也會(huì)出現(xiàn)其它營養(yǎng)元素的缺乏癥。四、土壤和大氣中的氮循環(huán)在20世紀(jì)以前,土壤中的氮都是在自然氮循環(huán)過程中來自大氣。大氣中含氮78%,主要通

10、過固氮菌固氮和大氣放電固氮進(jìn)入土壤,被植物吸收利用,還可能進(jìn)一步成為動(dòng)物的食糧。動(dòng)物糞便和植物秸桿是大氣-土壤-植物-動(dòng)物氮循環(huán)的環(huán)節(jié)?,F(xiàn)在通過人工合成氨固氮,制造出尿素、碳酸氫銨、硫酸銨等一系列含氮肥料,通過土壤施用和葉面噴施加入這一循環(huán)中。動(dòng)物糞便和植物秸桿這些有機(jī)物質(zhì)進(jìn)入土壤后,在一系列土壤微生物的作用下,經(jīng)過一系列分解轉(zhuǎn)化過程。如果碳氮比小于25,會(huì)釋放出銨態(tài)氮,銨態(tài)氮在硝化細(xì)菌的作用下,經(jīng)過兩步變?yōu)橄鯌B(tài)氮。土壤溫度、濕度、通氣狀況、pH值、微生物種群數(shù)量等條件決定其轉(zhuǎn)化速率和數(shù)量。這需要一段較長的時(shí)間。碳氮比大于30的有機(jī)物質(zhì)在土壤中要吸收一部分土壤中原有的礦質(zhì)氮用于微生物分解活動(dòng),

11、待碳氮比小于25后再釋放氮。有機(jī)肥中雞糞含氮量最高,豬糞其次,食草動(dòng)物較低,植物秸桿含氮量低?;手械匿@態(tài)氮也要經(jīng)過硝化作用轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮,與有機(jī)肥無異。 銨與鉀相近,容易被土壤吸附。硝酸根則比較容易隨水流失,進(jìn)入地下水或河流湖海中會(huì)造成環(huán)境污染。在通氣不良、濕度過大的土壤中,硝酸根會(huì)產(chǎn)生反硝化作用生成氮氧化物釋放到空氣中損失掉。五、市場(chǎng)上主要的含氮化肥含氮化肥分為兩大類:銨態(tài)氮肥和硝態(tài)氮肥。 銨態(tài)氮肥主要包括碳酸氫銨、硫酸銨、氯化銨等。尿素施入土壤后會(huì)分解為銨和二氧化碳,可視為銨態(tài)氮肥。銨態(tài)氮肥是含氮化肥的主要成員。使用銨態(tài)氮肥時(shí)應(yīng)注意兩個(gè)問題。第一是銨能產(chǎn)酸,施用后要注意土壤酸化問題。第二是

12、在堿性土壤或石灰性土壤上施用時(shí),特別是高溫和一定濕度條件下,會(huì)產(chǎn)生氨揮發(fā),注意不要使用過量造成氨中毒。其它含銨化肥還有磷酸一銨、磷酸二銨、鉬酸銨等,在主要作為其它營養(yǎng)元素來源時(shí)也應(yīng)同時(shí)考慮其中銨的效益和危害兩方面的作用。硝態(tài)氮肥主要包括硝酸鈉、硝酸鉀、硝酸鈣等,使用時(shí)往往注重其中的鉀、鈣等營養(yǎng)元素補(bǔ)充問題,但也不應(yīng)忽視伴隨離子硝酸鹽的正反兩方面作用。施用硝態(tài)氮肥則應(yīng)注意淋失問題,盡量避免施入水田,對(duì)水稻等作物僅可葉面噴施。硝態(tài)氮肥肥效迅速,作追肥較好。另外, 在土壤溫度、濕度、通氣狀況、pH值、微生物種群數(shù)量等條件處于不利情況下,肥效遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于銨態(tài)氮肥。硝酸銨既含銨又含硝酸鹽,使用時(shí)要同時(shí)考慮這兩種形態(tài)氮的影響。

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