土壤肥料學(xué)：第七章 氮肥

1、If you do not leave me, we will die together.,你如果不離開(kāi)我，我就和你同歸于盡。（四級(jí)水平）,你若不離不棄，我必生死相依。 （六級(jí)水平）,天地合，乃敢與君絕。 (專(zhuān)家水平）,問(wèn)世間情為何物？直教人生死相許。 （八級(jí)水平）,N,P,K,第七章,大量元素營(yíng)養(yǎng)與肥料,占植物干物重0.1%,第一節(jié) 氮素營(yíng)養(yǎng)與氮肥,Nitrogen and Nitrogen Fertilizer,主要內(nèi)容,植物的氮素營(yíng)養(yǎng) 氮肥的種類(lèi)與性質(zhì) 氮肥高效施用的原則,一、植物的氮素營(yíng)養(yǎng),（一）植物體內(nèi)氮的含量、分布與形態(tài) 1. 含量：占植物干重的0.35 影響因素 種類(lèi)：大豆玉米小

2、麥水稻 品種：高產(chǎn)品種低產(chǎn)品種 器官：種子葉根莖稈 生長(zhǎng)時(shí)期：苗期旺長(zhǎng)期成熟期衰老期， 營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期生殖生長(zhǎng)期,作,物,器,官,含氮,（,N,%,）,水,稻,籽,粒,1.3-1.8,莖,稈,0.5-0.9,小,麥,籽,粒,2.0-2.5,莖,稈,0.4-0.6,棉,花,種,子,2.8-3.5,纖,維,0.28-0.33,莖,稈,1.2-1.8,油,菜,種,子,4.0-4.5,莖,稈,0.8-1.2,豆料作物,籽,粒,4.0-6.5,莖,稈,0.8-1.4,主要農(nóng)作物體的氮含量,2. 分布 幼嫩組織成熟組織衰老組織， 生長(zhǎng)點(diǎn)非生長(zhǎng)點(diǎn) 原因,氮在植物體內(nèi)的移動(dòng)性強(qiáng),在作物一生中，氮素的分布是在變化的

3、 營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期 大部分在營(yíng)養(yǎng)器官中（葉、莖、根） 生殖生長(zhǎng)期 轉(zhuǎn)移到貯藏器官（塊莖、塊根、果實(shí)、籽粒），約占植株體內(nèi)全氮的70,注意：作物體內(nèi)氮素的含量和分布，明顯受施氮水平和施氮時(shí)期的影響。通常是營(yíng)養(yǎng)器官的含量變化大，生殖器官則變動(dòng)小，但生長(zhǎng)后期施用氮肥，則表現(xiàn)為生殖器官中的含氮量明顯上升。,3. 形態(tài),土壤中氮的形態(tài)？,無(wú)雞蛋（無(wú)機(jī)氮）,有雞蛋（有機(jī)氮）,（二）植物體內(nèi)氮的生理功能,蛋白質(zhì)的組分Protein 核酸和核蛋白的組分DNA and RNA 葉綠素的組分Chlorophyll 酶的組分Enzymes 維生素的組分Vitamin 生物堿的組分Alkaloid 植物激素的組分Phyto

4、hormone,氮是植物體內(nèi)許多重要有機(jī)化合物的組分，也是遺傳物質(zhì)的基礎(chǔ)。,氮素通常被稱(chēng)為生命元素,（三）植物對(duì)氮的吸收與同化,吸收的形態(tài),無(wú)機(jī)態(tài)： NO3-N、NH4+-N （主要） 有機(jī)態(tài)：NH2N、氨基酸 （少量） 核酸等,氮同化：植物體內(nèi)無(wú)機(jī)氮轉(zhuǎn)化為有機(jī)氮的過(guò)程。,注意：在旱地農(nóng)田中，由于土壤中的銨態(tài)氮通過(guò)硝化作用可轉(zhuǎn)變?yōu)橄鯌B(tài)氮。所以，硝態(tài)氮是作物的主要氮源，作物吸收的硝態(tài)氮多于銨態(tài)氮。,吸收后： 70%90%運(yùn)輸?shù)角o葉還原 10%30%在根還原 小部分貯存在液胞內(nèi)（硝酸根在 液泡中積累對(duì)離子平衡和滲透調(diào) 節(jié)作用具有重要意義。),1. 植物對(duì)硝態(tài)氮的吸收與同化 1）吸收 逆電化學(xué)勢(shì)梯度

5、的主動(dòng)吸收,NO3-還原產(chǎn)物之一OH- ，一部分在植物體內(nèi)被中和，大部分由根排出，使根際pH值升高。,總反應(yīng)式,根際變堿,方式：主動(dòng)吸收，釋放H+,2. 植物對(duì)銨態(tài)氮的吸收與同化 1）吸收 機(jī)理,Ammonia Transporter,特點(diǎn)：釋放等量的H，使介質(zhì)pH值 下降,NH4+的吸收與H+的釋放存在著相當(dāng)嚴(yán)格的等摩爾關(guān)系(Mengel et al., 1978) 。,氨同化途徑模式: 谷氨酰胺合成酶-谷氨酸合成酶途徑和谷氨酸 脫氫酶途徑,2) 同化（根部）,根際酸化,尿素的毒害：當(dāng)介質(zhì)中尿素濃度過(guò)高時(shí)，植物會(huì)出現(xiàn)受害癥狀,2）氨基態(tài)氮 可直接吸收，效果因種類(lèi)而異 第一類(lèi)，效果 硫酸銨：如

6、甘氨酸、天門(mén)冬酰胺等 第二類(lèi)，尿素 效果 硫酸銨：如天門(mén)冬氨酸等 第三類(lèi)，效果 尿素：如脯氨酸、纈氨酸等 第四類(lèi)，有抑制作用：如蛋氨酸,NO3-N是陰離子，為氧化態(tài)的氮源 NH4+-N是陽(yáng)離子，為還原態(tài)的氮源,(三) NO3-N和 NH4+-N營(yíng)養(yǎng)作用的比較,不能簡(jiǎn)單的判定那種形態(tài)好或是不好，因?yàn)榉市Ц叩团c各種影響吸收和利用的因素有關(guān)！,A、作物種類(lèi) 水稻是典型的喜NH4+-N作物。 煙草是典型的喜NO3-N作物。 B、環(huán)境反應(yīng)（pH） 從生理角度看， NH4+-N和NO3-N都是良好的氮源，但在不同pH條件下，作物對(duì)NH4+-N和NO3-N的吸收量有明顯的差異。,（四）植物氮素營(yíng)養(yǎng)失調(diào)癥狀

7、氮缺乏Nitrogen Deficiency （1）外觀表現(xiàn) 整株 植株矮小，瘦弱 葉片 細(xì)小直立，葉色轉(zhuǎn)為淡綠色、淺黃色、乃至黃色，從下部老葉開(kāi)始出現(xiàn)癥狀 葉脈、葉柄 有些作物呈紫紅色 莖 細(xì)小，分蘗或分枝少，基部呈黃色或紅黃色 花 稀少，提前開(kāi)放 種子、果實(shí) 少且小，早熟，不充實(shí) 根 色白而細(xì)長(zhǎng)，量少，后期呈褐色,水培小白菜,N,N,玉米：下部葉尖發(fā)黃，逐漸沿中脈擴(kuò)展成倒V字形，中脈發(fā)紅，中部葉片顏色淡綠。,油菜：植株矮小，下部葉黃紅，根系細(xì)長(zhǎng)，分枝根量少，色白。,+N,-N,煙草,缺N可見(jiàn)的癥狀：植株淡綠，下部葉發(fā)黃、干燥至呈褐色。,Cotton,生長(zhǎng)14周的健康蘿卜,蘿卜,缺氮3周植株

8、，老葉發(fā)黃，葉脈紅色,胡蘿卜,正常,缺氮,缺氮后地上部矮小，葉色淡綠，根相對(duì)較小,生長(zhǎng)14周的健康蘿卜,蘿卜,缺氮3周植株，老葉發(fā)黃，葉脈紅色,柑橘：不同程度缺氮葉片,正常,中度,嚴(yán)重,（2） 對(duì)品質(zhì)的影響 影響蛋白質(zhì)含量和質(zhì)量（必需氨基酸的含量）。 影響糖分、淀粉等的合成。,2. 氮過(guò)量 外觀表現(xiàn) 營(yíng)養(yǎng)體徒長(zhǎng)，貪青晚熟； 葉色濃綠，枝葉茂盛，通風(fēng)透光不良 莖稈軟弱，抗病蟲(chóng)、抗倒伏能力差 根系短而少，早衰 影響碳水化合物的積累。（蛋白質(zhì)的合成消耗大量碳水化合物）,細(xì)胞增長(zhǎng)過(guò)大，細(xì)胞壁薄，細(xì)胞多汁,桔柑：果實(shí)變小，果皮加厚果肉百分率下降，著色不良，含糖少，品質(zhì)差，不耐貯藏。,蘋(píng)果：枝葉徒長(zhǎng)，不能

9、充分進(jìn)行花芽分化，易發(fā)生病蟲(chóng)害，果實(shí)著色不良，缺乏甜味，品質(zhì)差，成熟晚。,二、氮肥種類(lèi)與性質(zhì),按氮的形態(tài) 銨態(tài)氮肥：NH4+、NH3 硝態(tài)氮肥：NO3- 酰胺態(tài)氮肥：CO(NH2)2 按溶解難易程度 速效氮肥 長(zhǎng)效氮肥：緩釋/控釋,氮肥的種類(lèi),硝態(tài)氮肥,銨態(tài)氮肥,酰胺態(tài)氮肥,氮肥的生產(chǎn),（一）銨態(tài)氮肥,NH4+ NH3,易溶于水，易被作物吸收 不易流失（能被土壤膠體吸附或土壤礦物固定） 遇到堿性物質(zhì)時(shí)易分解生成NH3而揮發(fā)損失 高濃度銨態(tài)氮對(duì)作物易產(chǎn)生氨的毒害 通氣良好條件下，NH4+會(huì)進(jìn)一步經(jīng)硝化作用變成硝態(tài)氮,1. 特點(diǎn),硝化作用：銨態(tài)氮在硝化細(xì)菌作用下氧化為硝態(tài)氮的過(guò)程。,旱地農(nóng)田：NO

10、3-N NH4+-N,好氧性細(xì)菌,土壤中銨態(tài)氮肥變化示意圖,2. 銨態(tài)氮肥的種類(lèi)、特性和施用,液氨 liquid ammonia 氨水 ammonia water 碳酸氫銨 ammonium bicarbonate 硫酸銨 ammonium sulfate 氯化銨 ammonium chloride,特性,施用,1）液氨和氨水,優(yōu)點(diǎn):成本低（生產(chǎn)、運(yùn)輸） 缺點(diǎn):需特殊設(shè)備（貯存、施用） 性質(zhì):強(qiáng)堿性，腐蝕性，易揮發(fā) 施用:深施（15cm以下），作基肥 高濃度易產(chǎn)生氨（NH3）的毒害 注意:不接觸皮膚,不接觸種子或植株,液氨含氮82%、氨水含氮12-17%,2）碳酸氫銨（簡(jiǎn)稱(chēng)：碳銨，含氮：16.

11、5-17.5%）,性質(zhì) 白色粒狀結(jié)晶，易溶于水 易吸濕、結(jié)塊 不穩(wěn)定，易分解而引起氨揮發(fā)損失,當(dāng)含水量小于0.5%時(shí)，常溫下較穩(wěn)定，高溫會(huì)引起熱分解 當(dāng)含水量高于5%時(shí)，碳酸氫銨水解,要求 生產(chǎn)中要造粒，降低含水量，包裝嚴(yán)密；貯藏時(shí)要低溫、干燥環(huán)境。,碳酸氫銨(NH4HCO3)的特性,規(guī)格 指標(biāo) 干碳銨 一級(jí)品 二級(jí)品 N(%) 17.5 17.1 16.8 H2O(%) 0.5 3.5 5.0,碳酸氫銨的施用,基肥或追肥 深施 不與堿性物混合,NH4+ 被作物吸收，HCO3- 也可被作物吸收而提供碳源，或釋放到空氣中，對(duì)土壤無(wú)副作用。,但是特別注意 深施（6-10cm） 追肥時(shí)，離作物根基部

12、2-3寸遠(yuǎn)，溝施或穴施，不要沾附在植物莖、葉上，以免燒傷植物。,3）硫酸銨簡(jiǎn)稱(chēng)：硫銨，含氮 21.0,性質(zhì)：白色結(jié)晶，易溶于水，顯 酸性，不易吸濕結(jié)塊，生理酸性,品質(zhì)規(guī)格 指標(biāo)名稱(chēng) 一級(jí)品 二級(jí)品 三級(jí)品 含N量% 21.0 20.8 20.6 H2O含量 0.5 1.0 2.0 游離酸含量% 0.08 0.2 0.3 硫氫酸鹽 極微量 極微量 極微量 (NH4CHS),硫酸銨的施用,施用：宜作基肥，追肥，也可作種肥 深施 強(qiáng)還原條件下SO42-可被還原生成H2S（根系毒害發(fā)黑） 可引起土壤酸化，應(yīng)注意補(bǔ)施石灰 特別施用于喜硫作物、蒜、油菜等 優(yōu)先施用于缺硫土壤,4）氯化銨簡(jiǎn)稱(chēng)氯銨，含氮25%

13、,特性 白色結(jié)晶 易溶于水，水溶液呈酸性 吸濕性比硫酸銨稍大 物理性質(zhì)良好，貯運(yùn)、施用方便 熱穩(wěn)定性好，常溫下不會(huì)分解，340時(shí)才分解。,氯化銨的施用,施用：可作基肥和追肥，不宜作種肥 深施 水田效果優(yōu)于其它氮肥（硫銨） 原因：Cl-有抑制硝化細(xì)菌作用，防止銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮而淋失,忌氯作物（氯敏感作物）,煙草, 甘薯、馬鈴薯、甘蔗、西瓜、葡萄、柑橘、蘋(píng)果等 原因： （1）過(guò)多的Cl- 與H2PO4- 有拮抗作用，影響磷吸收，進(jìn)一步 影響糖分運(yùn)轉(zhuǎn)和淀粉形成，使淀粉和糖含量減少； （2）煙草中Cl- 過(guò)多降低煙草的陰燃性（ Cl- 與Ca2+ 形成 CaCl2 ，易吸潮）。,肥料標(biāo)識(shí)不全 枝江市

14、一農(nóng)戶萬(wàn)株果樹(shù)枯死,(2005-06-28 07:16:00) 枝江130戶果農(nóng)獲賠26萬(wàn)元 荊楚網(wǎng)消息（楚天都市報(bào)）記者蘇永華 通訊員李保華 程雙廷 枝江市工商局接連受理了該市仙女、問(wèn)安等鄉(xiāng)鎮(zhèn)一批果農(nóng)的申訴，反映柑桔樹(shù)施用了某品牌的復(fù)合肥后，出現(xiàn)了嚴(yán)重的枯葉死樹(shù)現(xiàn)象。 省工商局迅速組織專(zhuān)班，查明該復(fù)合肥有130噸銷(xiāo)售至枝江市柑桔、桃樹(shù)產(chǎn)區(qū)，受害柑桔樹(shù)、桃樹(shù)達(dá)1萬(wàn)多株，受害果農(nóng)130余戶。 檢測(cè)發(fā)現(xiàn)該復(fù)合肥氯離子含量高達(dá)33.6%，產(chǎn)品包裝上卻未標(biāo)明氯成份，僅內(nèi)包裝夾有一張不起眼的“忌氯植物慎用”小紙片。而柑桔、桃樹(shù)乃忌氯（氯敏感）植物，正是氯離子含量超標(biāo)直接導(dǎo)致了果樹(shù)死亡。,銨態(tài)氮肥在土壤中

15、的轉(zhuǎn)化和施用 品種 轉(zhuǎn)化及結(jié)果 施用 液氨 NH3H2O NH4OH 基肥,施肥機(jī)深施 氨水 對(duì)土壤和作物影響不大 基肥,追肥,深施 碳酸氫銨 NH4HCO3 基肥,追肥,深施 對(duì)土壤沒(méi)有副作用 適于各種土壤和 大對(duì)數(shù)作物,易吸濕結(jié)塊，極易溶于水，易被作物吸收 流動(dòng)性大，易隨水流失（不能被土壤膠體吸附） 生理堿性，含氮量均較低 易燃，易爆 在通氣不良條件下，NO3- 易被反硝化細(xì)菌轉(zhuǎn)化為游離態(tài)氮（N2或NO）而損失,1. 硝態(tài)氮肥的共性,（二）硝態(tài)氮肥,NO3-,反硝化作用：指NO3-在反硝化細(xì)菌作用下還原成N2或N2O的過(guò)程。,發(fā)生環(huán)境 反硝化脫氮是水田氮素?fù)p失的主要途徑 旱地局部或短時(shí)通氣

16、不良也會(huì)發(fā)生反硝化作用,土壤中硝態(tài)氮肥變化示意圖,硝酸還原作用,2. 硝態(tài)氮肥的種類(lèi) 硝酸銨 ammonium nitrate 硝酸鉀 potassium nitrate 硝酸鈉 sodium nitrate 硝酸鈣 calcium nitrate 硝酸銨鈣,硝-銨態(tài)和硝態(tài)氮肥的基本性質(zhì)和施用 品種 分子式 含氮量 (%) 性質(zhì) 施用 硝酸銨 NH4NO3 3435 旱地追肥 硝酸鈉 NaNO3 1516 生理堿性鹽 少量多次 硝酸鈣 Ca(NO3) 12.615 吸濕性 (水培營(yíng)養(yǎng) 硝酸鉀 KNO3 14 助燃性 液氮源),(生理酸性鹽),常見(jiàn)硝態(tài)氮肥-硝酸銨性質(zhì),白色結(jié)晶 易溶于水，溶液呈

17、中性或弱酸性 吸濕性強(qiáng)，易結(jié)塊 （1）高溫、高濕或貯藏過(guò)久時(shí)，能吸濕變成液體 （2）工業(yè)生產(chǎn)中常造粒，外包一層疏水物質(zhì)做防潮劑， 如： 石蠟、磷礦粉、石膏，等,具有助燃性和爆炸性 貯運(yùn)中注意防潮、防火、切忌與易燃物質(zhì)存放一起。 如：碳黑， 金屬粉末,助燃性 :,國(guó)務(wù)院52號(hào)令（2002.9.30） 把硝酸銨列入民用爆炸物品名 表，其銷(xiāo)售、購(gòu)買(mǎi)和使用納入民用爆 炸物品管理。 禁止將硝酸銨轉(zhuǎn)化為化肥銷(xiāo)售，允 許將硝酸銨作改性處理（制成復(fù)合肥或 混合肥），使之失去爆炸性并且不可還 原后作為化肥銷(xiāo)售、使用。,硝酸銨的使命,硝酸銨的施用,宜做追肥，不宜做種肥 在干旱地區(qū)粘質(zhì)土壤上可做基肥，濕潤(rùn)地區(qū)和水田

18、不宜做基肥； 適用于一切作物 適宜于旱地，一般不用于水田 旱季深施，雨季淺施,（三）酰胺態(tài)氮肥-尿素,性質(zhì) 顆粒狀 水溶液中性 含氮量高，42-44%，理論含量46% 特點(diǎn)：有機(jī)分子，易溶于水，電離度小，土壤中以氫鍵吸附 尿素內(nèi)含有縮二脲，要求1%（因其對(duì)作物有毒）,縮二脲中毒的柑橘葉片,轉(zhuǎn)化 尿素土壤中在脲酶作用下分解,尿素在土壤中變化的示意圖,施用,適用于一切作物 可做基肥、追肥，不能作種肥 氮含量過(guò)高造成危害；生成的是NH4HCO3 特別適宜做葉面施肥,尿素是一種理想的根外追肥肥料,作物不僅可以吸收尿素分解產(chǎn)物，還可以分子態(tài)吸收； 尿素是中性有機(jī)物，電離度小，不易引起細(xì)胞質(zhì)壁分離，對(duì)作物

19、莖葉損傷??； 尿素分子體積小，易透過(guò)細(xì)胞膜； 尿素具有一定吸濕性，能在葉片上較長(zhǎng)時(shí)間保持濕潤(rùn)，吸收率高； 噴施濃度：0.52,銨態(tài)氮肥、硝態(tài)氮肥、尿素均為速效氮肥，它們有什么優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)？,優(yōu)點(diǎn)：水溶性、肥效快、價(jià)格較易接受 缺點(diǎn)：易揮發(fā)、易硝化、易流失、易反硝化 (利用率低) 一次過(guò)多施用會(huì)造成減產(chǎn)且污染環(huán)境,（四）長(zhǎng)效氮肥（緩效氮肥）,各種各樣的緩釋肥/控釋肥,將原產(chǎn)的氮肥加入添加劑制成的水溶性低、一次施用能滿足整個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)甚至幾個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)的緩效肥料。,1. 緩釋肥料 (Slow Release Fertilizers，SRF) 含義：施用后在環(huán)境因素（如微生物、水）作用下緩慢分解，釋放養(yǎng)分

20、供植物吸收的肥料。 品種：脲甲醛 丁烯叉二脲 異丁叉二脲 草酰銨,2. 控釋肥料 (Controlled Release Fertilizers，CRF) 含義：通過(guò)包被材料控制速效氮肥的溶解度和氮素釋 放速率，從而使其按照植物的需要供應(yīng)氮素的一類(lèi)肥料。,養(yǎng)分釋放與植物需求基本一致,共同特點(diǎn) 水中溶解度小，肥料在土壤中釋放慢，可減少氮素的損失 肥效長(zhǎng)久 肥效穩(wěn)定，不致引起燒苗 適用于砂性土壤和多雨地區(qū)和生長(zhǎng)周期長(zhǎng)的植物 能節(jié)省勞力，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率 缺點(diǎn)：作物早期生長(zhǎng)供氮不足、價(jià)格較昂貴、技術(shù)要求高,目前的應(yīng)用,目前全世界緩釋和控釋肥的消耗總量大約是65萬(wàn)噸，其中美國(guó)占70%，日本和歐洲各占有1

21、5%左右。主要用于園藝植物、草坪、高爾夫球場(chǎng)等。,三、氮肥高效施用的原則,提高作物對(duì)氮肥的利用率 減少氮素?fù)p失,1. 氮肥的利用率,概念：作物對(duì)氮肥中氮素的吸收利用的數(shù)量占施用氮素總量的百分率。 目前我國(guó)三大糧食作物氮肥利用率為33% 小麥：32%；水稻：35%；玉米：32% 美國(guó)：30-50%； 日本：50%；,=,施氮區(qū)作物吸氮量 - 不施氮區(qū)作物吸氮量,施用氮肥的總氮量,100%,差值法,氮肥的利用率的測(cè)定方法,施氮肥,不施氮肥,-N,+N,同位素示蹤法： 利用率 = 作物吸收肥料中的氮 / 施入土壤中的氮100%,施用N15肥料,取樣測(cè)定植物N15含量,為什么氮肥的利用率低？,目前我國(guó)

22、氮肥利用率： 20-41% 美國(guó)：30-50%； 日本：50%；,2. 氮素?fù)p失的途徑,1）氨的揮發(fā)損失：氮素以氨自土表或水面逸散至大氣中所造成的氮素?fù)p失。,主要發(fā)生在石灰性土壤上,2）反硝化脫氮：嫌氣條件下，反硝化細(xì)菌的作用； 主要發(fā)生在水田； 旱地局部通氣不良也有發(fā)生。,上天,據(jù)報(bào)道：19851996年間，我國(guó)投入的總氮量為2.2億噸，經(jīng)流失和反硝化損失的氮素達(dá)1億噸。,入地,3.氮的淋失：硝態(tài)氮（砂土和多雨地區(qū)）,環(huán)境污染、水體富營(yíng)養(yǎng)化,3、氮肥高效施用的原則（途徑） 氮肥的合理分配 氮肥的施用量 銨態(tài)氮肥的深施 硝化抑制劑的使用 氮肥與有機(jī)肥、磷、鉀肥配合施用,1. 氣候條件 氮肥肥效受氣候條件影響很大：雨量、溫度、光照 （1）干旱年份氮肥肥效較差，濕潤(rùn)年份肥效較好,不同土壤水分含量與小麥氮素利用率的關(guān)系,（一）氮肥的合理分配,生產(chǎn)實(shí)踐-氣候條件影響肥效,因子綜合作用律,干旱半干旱地區(qū)注