大量元素氮對(duì)作物的作用和含氮化肥

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。