浅谈植物氮素营养诊断与防治.doc

作物氮素营养的诊断方法与防治 卢未兰 国土资源与环境学院资环081摘要：氮素是作物生长发育和产量形成所必需的营养元素。作物在适量的氮素供应下才能保持健康的生长发育。本文在简述氮素的营养功能，缺氮及氮素过多表现同时，提出当前的一些氮素诊断方法，针对诊断结果给出相应防治措施，对于农业可持续发展和生态环境保护具有重要意义。关键字：氮素营养、诊断方法、措施引言 俗话说得好：“庄稼一枝花，全靠肥当家。”可见肥料在农业中的作用巨大。其中氮素是作物生长发育不可缺少的营养元素之一 ，在作物体内全氮含量约为干重的0、3%5、0%1。氮素是作物体内许多重要有机化合物的组分，如蛋白质、核酸、叶绿素、酶、维生素、生物碱等。还是遗传物质的基础2。在生产中，缺氮时，作物地上部和根系生长都显著受到抑制，繁殖器官的形成发育也受到限制，植株提前成熟，种子和果实小而不充实，显著影响作物的产量和品质。相反地，增施氮肥可以提高作物产量和改善作物产品品质3、4，因此氮肥投入量逐年增加。随着氮肥施用的大量增加，氮肥利用率逐渐降低，而损失的氮素大部分进入地下水和地表水，造成地下水和地表水中硝态氮不断增加，从而引起水体富营养化，造成一系列环境问题如水资源和水产资源遭受到严重破坏，随着使用价值降低，水处理的成本提高，甚至会威胁人类的健康5、6。因此，了解作物的氮素状况和诊断养分的丰缺程度，据此来指导我们合理施肥，进行科学的施肥管理措施，既在合理利用资源的同时，提高了作物产量、改善品质，在保护环境上也有重要意义。本文就氮素营养及诊断方法做出简要介绍，供大家参考。1氮素的营养功能及吸收氮素的营养功能主要包括四个方面：蛋白质的重要组分；核酸和核蛋白的成分；叶绿素的组分元素；还是许多酶的组分，例如张洋等7研究得出：不施氮处理，子粒产量、硝酸还原酶的活性、叶水势、叶绿素含量明显降低，而施氮后明显提高。植物吸收利用的氮素主要是铵态氮和硝态氮。低浓度的亚硝酸盐也能被植物吸收，但浓度较高时则对植物有害。由于亚硝酸盐在土壤中的数量很少，无实际意义。某些可溶性的有机含氮化合物，如氨基酸、酰胺和尿素，也能被植物所吸收，但数量有限，在旱地农田中，硝态氮是作物的主要氮源。由于土壤这种的铵态氮经硝化作用可转变为硝态氮。所以作物吸收的NO3-N常多于NH4+-N2。2作物缺氮症状和供氮过多的危害2.1作物缺氮表现当作物叶片出现淡绿色和黄色时，即表示作物有可能缺氮。作物缺氮时，由于蛋白质合成受阻，导致蛋白质和酶的数量下降。同时，因叶绿体结构遭破坏，叶绿素合成减少而使叶片变黄。与此同时，作物光和作用下降，光和产量不足，这些变化使植物生长过程延缓。在苗期：由于作物细胞分裂减慢，苗期植株生长受阻而显得矮小、瘦弱，叶片薄而小。禾本科作物表现为分蘖少，茎秆细长；双子叶植物则表现为分枝少。到了后期，若继续缺氮，禾本科作物则表现为穗粒少，籽粒不饱满，并易出现早衰而导致产量下降。由于许多作物在缺氮时，自身能把衰老的叶片中的蛋白质分解，释放出氮素并运往新生叶片中供利用。这表明氮素是可以再利用的元素，故缺氮时的显著特征是植株下部叶片首先褪绿发黄，然后逐渐向上部叶片扩展。例如水稻缺氮时植株矮小，分蘖少，叶片小，呈黄绿色，黄叶从叶尖开始至中脉，再扩展到全部叶片，稻穗短小，提早成熟。但在缺氮不是分严重时，一般结实良好，谷草比提高，成熟提早，抗病能力增强，体内物质运输正常，熟色良好，常表现青秆黄熟。2.2氮素过多表现 供应充足的氮素能促使植物叶片和茎加快生长，然而必须有适量的磷钾和其他必需元素的存在，否则氮素再多也是不可能增产的。供应过多常常到组织作物贪青晚熟。在某些无霜期短的地区作物因氮素过多造成生长期延长，而遭受早霜的严重危害。因为大量供应氮素常使细胞的整张过大，细胞壁薄，细胞多汁，植株柔软，易受机械损伤和病菌侵袭。此外，过多的氮素还要消耗大量碳水化合物，这些都将影响作物的产品品质，氮素供应过多还会使谷类作物叶片肥大，相互遮阴，碳水化合物消耗过多，茎秆柔弱，容易倒伏减产。例如水稻氮过剩后表现为：叶面积增大，绿色增浓，水分含量增加，营养生长繁茂；碳水化合物被大量消耗形成蛋白质、纤维素、木质素等减少，稻体机械组织削弱，导致茎秆软弱，抗逆能力降低，易招病虫危害和贪青倒伏等；抽穗后稻株含氮量高于1%1、%，会影响碳水化合物的正常转运，导致结实率、千粒重下降，含氮率越高，不良影响越大。如遇长期阴雨，氮过量的害处就更大，后期稻瘟病、纹枯病等的严重发生和此密切相关8。谢芳等9从水稻高效施肥的角度，通过田间小区试验，分析不同施氮处理对水稻氮素吸收及产量的影响。结果表明在一定氮肥施用时，水稻吸收及产量随氮肥施用量增加而提高，而氮肥施用过量时水稻氮素吸收量及产量也随之下降。3作物氮素营养诊断的方法3、1作物氮素营养诊断传统方法3、1、1作物缺肥外观诊断（1）症状诊断 根据作物表现出的某种特定症状，从而确定其可能缺乏某种元素，症状诊断在很多营养元素的诊断上以得到广泛应用，在前面已经详细概述，即缺氮时，作物下部叶片褪绿发黄，然后再由下向上扩展，后期作物表现为贪青晚熟。（2）长势诊断 长势诊断从很早开始就在我国受到广泛关注，即“看苗诊断”。狭义的长势即作物生长发育的方法。如农民一般都是靠观察水稻形态特征来判断其缺了哪种肥料。现在又有人将长势的内涵加以扩充，囊括了传统看苗诊断所有指标，把长势定义为作物生长的状况与趋势，作物的长势可以用个体与群体特征来描述，禾谷类作物的个体特征可以用茎、叶、根与穗的特征描述，如株高、分蘖书、叶的数量、形状、颜色，根的发育情况等。群体特征可用群体密度、叶面积指数、布局与动态来描述，只有发育健壮的个体所构成的合理群体，才能是长势良好。根据植株长势长相和特定叶位间的节间长度，可以诊断出不同生育时期氮素营养丰缺状况，如水稻缺氮时，叶片与主茎间夹角小45叶片直立，老叶容易枯死，植株矮小，植株下部叶片发生黄化或有白色斑点10；在一定程度上可以有限的判断植株的氮素营养状况，但由于随着频繁的品种更新换代，其外观长势长相发生变化，因而在生产应用上受到限制。（3）叶色诊断 中国人民素有看作物叶色施追肥的传统经验，从300多年前的“沈氏农书”关于对水稻进行叶色诊断追肥孕穗肥到现在，叶色诊断氮营养已逐渐成熟1。效果较好的有叶色卡法，与标准叶色级比较，但是人们对于颜色的视知觉在不同的个体之间存在差异，也制约着叶色卡法诊断水稻氮素营养的应用与精度。3、1、2作物缺肥化学全氮诊断(1)植株全氮诊断 植物全氮含量可以很好的反映作物氮素营养状况，与作物产量夜游很好的相关性，且全氮含量相对比较稳定，是一个很好的诊断指标。传统的全氮诊断方法主要是基于植物组织的实验化学分析。主要的实验室化学分析方法有杜马氏方法，该法的主要仪器全自动定氮仪。杜马氏方法是将样品充分燃烧，植物所有形态的氮均转化为氮气，通过计算氮气的体积来计算样本的全氮量。该方法的主要缺点是一起太贵，不能普及。另外一种方法是凯氏法，即浓硫酸和混合加速剂或氧化剂消煮植株样本，将有机氮转化为铵态氮后用蒸馏滴定法测定11。此方法缺陷在于普遍要求破坏植被样本，且需要耗费大量的时间、人力、物力。（2）硝酸盐快速诊断 植物组织中硝态氮含量的相对变化要远远大于全氮，它能灵敏的反映作物对氮的需求，因此可以用硝态氮代替全氮作为氮素营养诊断指标来估计植株氮素营养状况和进行追肥推荐。作为诊断植株氮素营养丰缺状况在旱地作物和蔬菜上应用的较多。例如吕世华等12 经过田间试验证实，小麦拔节期茎基部NO3N的二苯胺速测法可以快速准确诊断氮素营养状况，再生产中推广应用是可行的。曹洪生等13研究出小麦NND快速诊断法，就是利用小麦液中硝态氮含量来指导的拔节肥。（3）硝酸还原酶法 由于硝酸还原酶代表了氮素同化水平而仅代表体内氮素累积水平，因此NRA作为营养诊断指标更优于NO3浓度。14、15 （4）氨基态氮诊断 有研究表明氨基氮与叶片的全氮呈显著正相关。认为氨基氮可作为棉花氮营养的诊断指标，并给出了初步诊断值16。例如张卫健等17发现，水稻倒3叶鞘的游离氨基态氮随氮用量的增加而上升，且各器官以倒3叶鞘的差异最为明显，以倒3叶鞘的FA-N含量变化可对氮营养进行快速诊断，指导水稻中后期定量施肥。3、2作物氮素营养诊断的现代技术3、2、1叶绿素仪分析技术 作物在缺氮时一般会表现出一些明显的缺素症状，植物的叶片叶绿素含量与叶片含氮量密切相关18，即可通过叶片颜色的变化就可以了解作物的氮素营养状况。研究发现，作物叶片光反射特性与叶色深浅存在定量关系，黄绍华等19基于顶4叶对氮反映敏感、顶3叶钝感的原理，利用SPAD提出了相对叶色差（RSPAD）的概念，初步建立了叶片（植株）含氮率的RSPAD诊断模型具有较好的普适性。张宪等 20基于小麦的顶3叶SPAD值在不同氮素处理间变化幅度大，将其作为氮素营养诊断的致指示叶片，并依据作物产量与养分浓度理论，具体提出了拔节期和孕穗期的适宜及临界SPAD值，这种方法简便、时效性强，尚需多年多点，更多试验进一步修正。3、2、2叶绿素荧光分析技术 植物体内发出的叶绿素荧光信号包含了十分丰富的生物信息，极易随环境条件而发生变化，可以作为一种新型的研究方法。最新有较多学的研究了叶绿素荧光技术可以用来进行植株营养诊断，但是目前报道较少，作为新的一门技术，还需要进一步研究。已达到其简便性，快速性和实惠性。在这些诊断方法中，传统的测试手段采取破坏性取样、测定、数据分析等方面需要耗费大量的人力、物力，且时效性差，不利于推广应用。所以在此基础上，无损诊断技术在作物营养诊断及推荐施肥上得到了广泛关注。无损诊断技术指在不破坏植物组织结构的基础上，利用各种手段对作物生长，营养状况进行检测10。此方法快速、准确，传统的方法有肥料窗口法和叶色卡片法。随着科技的发展，无损技术正不断向精确定量及智能化测试方向发展。作物叶绿素含量与其氮素的利用情况密切相关。作物氮营养敏感时期的叶片叶绿素含量测定可作为氮营养丰缺状况的诊断指标。据此，日本MINOLTA公司在20世纪80年代末推出便携式叶绿素仪(SPAD)，可在田间无损伤的条件下检测植物的叶绿素含量，目前叶绿素仪已成功地应用于水稻氮肥推荐施肥21. 当然，就目前我们学生学习，探讨氮素营养失调的方法就相对简单，通常在课堂上以观看作物氮素不均衡，导致的生长发育不良的图片为主，在实验研究上，多采用传统的化学诊断法较多，如测氮素时采用桃红色偶氮染料，按红色深浅可显示氮素浓度，红色越深，表明浸出液中氮素浓度越高，与标准色阶相比较，即可确定植物汁液中氮素含量。22、234作物合理施氮要合理施氮就需要先了解作物氮素不均衡的原因，例如作物缺氮的原因就很多，其中主要包括以下几点：4.1土壤性质及作物品种与产量土壤的性质不同，所含的养分及其发生的生化反应不同，对作物氮素的吸收利用也不同。土壤本身并不缺氮，但作物本身无法吸收利用有时会造成生理缺氮现象，这可能是因为土壤水分过多，土壤有害物质对根系毒害引起的。例如不同品种水稻对氮肥的吸收利用率就不同，晏娟等24研究表明：水稻种质4007的平均氮肥表观回收率（REN）和氮肥农学利用率（AEN）分别较品种WJ15高出245和956，4007和WJ15的适宜施氮量分别是150kg /hm2和200 kg /hm2时产量最高。由此可见，作物品种也是限制氮素吸收利用的关键因素，若该品种不能有效利用土壤中的氮素或所施的氮肥，也会造成作物缺氮现象。4.2氮肥施用期和用量不合理研究表明，等量的氮肥处理下，随着追肥次数的增加，期水稻氮素吸收量及产量也随之提高，在基肥：分蘖肥：穗肥：粒肥=3：3：3：1的情况下，水稻氮素吸收量及产量均达到最高水平。有水稻氮素营养的研究25认为，硫酸铵用量40kg和60kg时，不同施用时期之间没有明显差异。而增加到80kg时提早施用可以提高产量，推迟施用则显著减产。生产上氮肥的施用量实际上是通过田间试验取得的，施肥时不仅要确定适宜的用量，也要确定适宜的施用期，否则，均有可能造成作物缺氮。 4.3氮肥品种的选择不当农业生产上使用的化学氮肥有铵态氮肥、硝态氮肥和酰胺态氮肥，如硝酸铵。土壤对硝态氮的吸附力小于铵态氮肥，因而硝态氮淋失大于铵态氮，尤其在水田土壤上，其肥效远低于铵态氮肥，所以水田作物使用化学氮肥以铵态氮肥和酰胺态氮肥为好。4.4未能配合其它肥料施用作物生长发育需要多种营养元素的协调供应，根据我国目前土壤的性质及养分状况，大部分需要氮、磷等营养元素的配合施用。否则，即便施了足量的氮肥，若磷肥施用量跟不上，作物磷的缺乏也会影响到对氮的吸收，从而造成作物缺氮现象。例如，在施用农家肥少的土壤上，不仅缺氮而且缺磷，单施氮肥往往效果不好。还有一些土壤，因连年施用氮肥，土壤中磷素消耗过多，造成土壤氮、磷的不协调供应，从而引起水稻对氮肥得不到充分的利用，氮肥的效果逐年下降，甚至造成水稻的缺氮现象。宋朝玉等26通过对夏玉米氮肥减量化配施栽培技术进行研究得出夏玉米在中高肥力条件下，增加钾肥用量，提高种植密度，可以获得比习惯施肥更高的产量。针对以上原因，可以采取措施：（一）氮肥深施，减少肥分损失，利于根系发育和作物吸收，使肥效更持久、后劲足。（二）把握好氮肥的施用期和施用量，根据作物需氮的动态变化施用，同时也要考虑气候条件、作物品种、土壤肥力、肥料利用率等通过自己的试验来确定。（三）根据土壤性质和氮肥特性选择适当的氮肥品种，如水田土壤施用铵态氮肥较好。（四）配合其他肥料施用，如氮、磷、钾，同时配合增产最为显著。（五）硝化抑制剂与长效氮肥同施，抑制亚硝酸细菌的活动，防止脱氮损失。5结语植物的营养元素氮是农业生产中的“肥料三要素”之一，使用量大。因此氮素过多或不足都会对作物生长发育带来很大影响。而作物营养诊断是判断作物体内某一养分丰缺状况的方法。开展营养诊断就能查清作物因缺乏某些营养元素而产生生理病害的原因，有利于及时进行防治。近年来，我国施用氮肥过量，不仅浪费资源，还造成环境污染，因此提高作物氮肥利用率已刻不容缓27。氮肥的利用率不高是国内外普遍存在而又难以解决的问题，这不仅降低经济效益，氮肥的流失也会造成生态环境的污染，危及到人类的健康。就平均值而言，麦类作物对几种氮肥的利用率为27%34%，远远低于玉米、棉花、水稻等作物28。由于氮肥施用不科学，氮素常以淋失、反硝化脱氮及氮素挥发等方式损失29、30。麦类作物上损失率在14%55%之间，秋熟作物损失率在18%53%之间31。近年来，通过对生物肥料、培育新型高效利用氮素的作物品种等方面的研究也提高作物氮素利用率。如何运用传统方法和现代技术，来提高氮肥利用率的更多研究内容有待进一步发展。参考文献1 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