氮的营养功能和氮肥

第一节植物的氮营养第二节土壤中的氮第三节氮肥的种类和应用第一节植物氮营养在所有必需营养素中，氮是限制植物生长和形成产量的最重要因素，对产品质量也有多种影响。一般植物的氮含量约为0.3-5%，跟作物种类、器官和发育阶段有关。氮是植物中多种重要有机化合物的成分，几乎所有生物化学反应包括蛋白质、核酸、叶绿素、酶、维生素、生物碱、遗传信息传递、细胞器官建立、光合作用剂、呼吸作用等。细胞内的硝酸盐有渗透调节作用一、植物中氮的含量和分布普通植物的氮含量约为植物干燥重量的0.3%-5%，内容的数量与植物种类、器官、发育阶段有关，受氮肥用量的影响。物种：大豆、玉米、小麦、大米长期：叶粒茎叶发育：同一作物的不同生育期氮含量不同。营养生长期间，n大部分在幼嫩的器官中，茎叶的氮含量高。在生殖器官中，茎叶的每个部分都有n在储存器官中。成熟期，物体移动n量的约70%，储存在生殖器官或存储机构。使用氮肥：氮含量及分布受氮施用水平的影响，n施用量增加，器官n含量增加。通常营养器官的内容发生了很大的变化，生殖器官的变化很小，但如果在繁育后期施用氮肥，生殖器官中的氮量明显增加。几种作物的氮含量二、氮的营养功能氮是植物中许多重要有机化合物的成分，是遗传物质的基础。(a)蛋白质的重要成分，蛋白质平均含氮16%-18%；(b)核酸和核蛋白的成分核酸含有15%-16%的氮，没有核酸就不能合成蛋白质。(c)叶绿素的成分元素叶绿素a C55H72O5N4Mg，在叶绿素b C55H70O6N4Mg氮缺乏时抑制叶绿素的形成。(d)许多酶的成分(酶本身是蛋白质)；氮是部分维生素的成分，生物碱和植物激素也含有氮。无论如何，氮对植物生命活动、作物产量和品质起着至关重要的作用。氮肥的合理施用是获得作物高产优质的有效途径。二、氮的营养功能氮是植物中许多重要有机化合物的成分，是遗传物质的基础。(a)蛋白质的重要成分，蛋白质平均含氮16%-18%；(b)核酸和核蛋白的成分核酸含有15%-16%的氮，没有核酸就不能合成蛋白质。(c)叶绿素的成分元素叶绿素a C55H72O5N4Mg，在叶绿素b C55H70O6N4Mg氮缺乏时抑制叶绿素的形成。(d)许多酶的成分(酶本身是蛋白质)；氮是部分维生素的成分，生物碱和植物激素也含有氮。无论如何，氮对植物生命活动、作物产量和品质起着至关重要的作用。氮肥的合理施用是获得作物高产优质的有效途径氮的吸收土壤中被植物吸收并可以使用的氮主要是氨氮和硝态氮。一些可溶性有机氮化合物，例如氨基酸、酰胺和尿素，也直接被植物吸收，但数量非常有限。农田土壤对作物的吸收主要为N03-N。1.NO3-吸收植物根细胞吸收NO3-在逆转期电位中进行，首先通过细胞膜的质子泵(H -ATP酶)水解ATP，向膜外释放H，膜的电化学电位减少，产生推力，最后是硝酸盐转运体(载体)2H 33601 no 3-。是主动吸收的过程。影响No3-n吸收的主要因素：光影响植物的新陈代谢，影响根对NO3-N的吸收介质的ph值升高，NO3-N的吸收减少，与OH- NO3竞争的细胞内的pH值上升NO3- 8H 8e- NH3 H2O OH-2.NH4吸收植物对NH4-N的吸收主要是被动吸收。植物可以通过两种方式吸收NH4。首先，NH4在原生质膜上产生脱质子，以NH3形式传输到transmembrane。二是植物根细胞质膜上存在多种NH4载体，将NH4向活性运输方向输送到细胞。NH4的吸收伴随着h的膜外释放，导致根际h浓度的增加(根际酸化)。NH4吸收的这种特征非常重要，因为根际酸化对其他不溶性营养素的功效有很大影响。氮的同化-NO3-还原No3- 8h 8e- NH3 2h2o oh-氮的同化包括还原为NO3-氨，将其同化为氨基酸的过程。NO3-进入植物区后，大部分以NO3-形式通过木质部直接输送到上层，剩下的从根部同化为氨基酸或蛋白质，或储存在肌细胞的液泡中。1 NO3-还原硝酸还原酶由包含两个相同子键的三部分组成：黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)、细胞色素557(Cytc)和钼辅助体系(Mo cofactor)。在还原过程中，NAD(P)H作为电子介质经过一系列电子传递，由钼辅助设备进行电子传递转移到硝酸根，还原为亚硝酸盐。(在细胞质中进行)亚硝酸盐还原酶是血红素(Siroheme)和4Fe-4S中心的单体酶(图)。它以还原状态的铁氧也蛋白为电子载体，转移亚硝酸盐，将亚硝酸盐还原为氨。(叶绿体)NO3- NH4的营养效果比较在生理方面，NO3- NH4都是氮源，但在水培条件下，单纯提供氨氮来抑制植物生长是由于根际酸化引起的。在一些田地里，硝酸氮生长得更好。(硝酸)在其他田地里，在氨氮中生长得更好。这在一定程度上与作物进化过程中对土壤生态条件的适应性有关。大米是一种代表性的氨作物，比起硝酸氮肥，施用氨氮肥料更好。大多数旱地作物都表示硝酸。氮肥对玉米和水稻幼苗生长的影响(15天)以纳米3为氮源(NH4)使用2SO4作为氮源干重量原始pH值最终pH值干重量原始pH值最终pH值玉米0.415.26.80.275.14.0水稻种0.135.26.00.315.12.9很多研究表明，如果两个氮源以适当的比例同时存在，作物生长状态就会大大改善。这在小麦、玉米、大米等作物上得到了同样的结果。但是在土壤里很难这样做。NO3-吸收和还原调整1，硝酸盐对NR诱导效果的2，光对NR活性的影响光照对菠萝蜜叶片硝酸盐含量的影响时间NO3-N浓度(mg/kg，FW)叶片片叶柄8:302288309:3016772513:3010154617:309150418:301065783、不同叶龄的NR活性大豆叶片发育过程中硝酸还原酶(NR)活性的变化(图)4、植物氨基酸、铵离子对NO3-吸收调节植物氮缺乏症氮缺乏后蛋白质合成受阻，细胞分裂活性下降。叶绿素含量减少时，叶片会硫化，光合强度减弱，光合产物减少。植物的氮再迁移能力很强。氮不足时，旧叶的蛋白质、核酸、叶绿素等分解成氨基酸或酰胺等小分子氮化合物，转移到新生器官，与这些器官的正常代谢相适应。营养生长期：有点氮不足，植物呈浅绿色。氮严重不足，下部老叶相当黄，衰老快。然后植物生长发育缓慢，植物又小又弱。严重的氮缺乏甚至出现生长停滞，不能开标题花。生殖器官：氮缺乏妨碍生殖系统(如幼耳、花)的分化。使生殖系统变小或变小。缺乏氮的植物：老叶的氮排放导致叶黄，叶顶沿中间静脉的叶变黄。谷物完成或水果形成期间：器官过早老化，叶片氮出口过早，光合产物供应不足，谷物或水果中细胞分化受阻，果实减少。随着谷物堕胎谷物数的增加，谷物结实率下降，产量大幅度减少。收获产品中蛋白质、维生素、必需氨基酸的含量也相应减少。氮气供应的危险性过量供应氮往往使细胞变得过大，细胞壁薄，汁液多，农作物易受各种疾病的侵害。如果群体太大，受光条件恶化，植物增长过快，下部太细，容易产生宿脉。同化氮过多的过程消耗了大量碳水化合物，使植物的碳氮代谢不平衡，甜菜块茎的糖生产比例减少，园艺作物水果的糖含量减少，大麻作物纤维产量减少。过多的氮打破了营养生和生殖生长的平衡，营养长得太旺盛，生理食具管没有得到适当的营养，导致小麦成熟晚，棉花芽脱落等原因。对于叶子多的蔬菜来说，过量摄取氮不仅会降低储存和运输质量，还容易在植物中积累硝酸盐，对人体营养有很大的危险。第二节土壤中的氮土壤氮素供应状况是土壤肥力的重要指标，土壤氮素转化是有效施用氮肥的理论基础。一、土壤中氮的来源和含量(a)土壤中的氮来源地球上大约有1972年10，20吨氮，但其中百分之99.78在有机物内部或大气中。土壤矿物不含氮。土壤中的氮主要发生在降水、生物固氮和应用的氮肥上。(b)土壤中氮的含量土壤中氮含量变化很大，我国耕地土壤氮含量为0.04 0.35%，大部分土壤为0.05 0.1%。土壤氮含量与植物、气候、地形、土壤类型、耕作方法和施肥等密切相关。土壤氮的总量取决于氮的来源和氮的流失，两个主要因素是有机物的合成和分解率。土壤氮含量从东到西减少到黑土板栗土壤灰钙土的顺序。从北到南，暗棕壤棕壤黄棕壤的顺序明显降低。二、土壤氮素平衡三、土壤氮素形态和转化(a)土壤氮形态有机氮、无机氮1、有机氮有机氮是土壤中氮的主要形式，一般占土壤总氮的98%以上。土壤中的有机氮根据溶解度和水解难度可分为水溶性有机氮、可水解有机氮、可水解有机氮和可水解有机氮水溶性有机氮：主要有简单的游离氨基酸、胺盐和酰胺化合物。水溶性有机氮含量一般不超过土壤总氮的5%。分子量小的东西可以被作物直接吸收利用。分子量稍大的东西不能直接吸收，但容易水解，铵离子迅速释放，成为作物的快速氮源。水解性有机氮：一种可溶氮化合物，经酸、碱或酶处理后，可进一步水解为桶单，总量指土壤总氮的约50-70%，主要包括以下三类：蛋白质(总氮的40-50%)核蛋白(约占总氮的10%)氨基糖(总氮的5-10%)非水解性有机氮：非水解性氮占土壤总氮的约30-50%，但这种氮对不同季节作物的氮营养没有重大意义，包括杂环氮化合物糖类和铵的缩合，主要由聚醌物质和铵的缩合蛋白质或铁和木质素收缩合成的复杂环状结构物质2、无机氮Fixed N.htm土壤中的无机氮容易被农作物吸收，也可能通过其他途径从土壤中流失。无机氮量不能表示作物整个生育期从土壤中吸收的氮总量，不能作为来年作物施用氮肥的依据。(b)土壤氮素转化土壤中氮的转化包括有机氮的矿化和无机氮的转化过程。每个转换过程都是相互连接的，相互制约的，但转换过程的方向和速度控制着土壤的氮供给能力，因此是农业生产中有效使用氮肥的理论基础。1、有机氮矿化和生物固定，矿化：土壤中有机氮分解为氨的作用称为矿化，矿化分为水解蛋白和氨化两个阶段。水解蛋白质岩画水解氨脱除：r CHN H2 coh H2O rchohcoh NH3氨移除：r CHN RCHNH2COOH H2 RCH2COOH NH3氧化氨脱除：r RCHNH2COOH O2 RCOOH NH3 CO2土壤有机氮矿化的本质是土壤生物在利用含氮有机化合物的过程中只利用有机碳的一部分，以无机氮的形式释放自身不需要的氮。生物固定：指无机氮的土壤生物吸收和同化过程。Mineralization和guru是同时发生且方向相反的两个过程。其相对强弱的程度主要受有机碳的数量和种类的影响。土壤生物依赖于一系列复杂的反馈调节过程，这取决于它们使用有机氮化合物作为能量还是作为生物成分。环境中可用的碳水化合物或含氮化合物(如aa)用于合成蛋白质等，产生固定作用。如果没有这些有机氮化合物，请使用无机氮。相反，NH4会被释放。如果能吸收无机氮，并且体内含有谷氨酸脱氢酶、谷氨酰胺合成酶或NRase，土壤生物就能同化氮，引起生物固定。土壤有机氮矿化的影响因素研究土壤有机氮矿化的影响因素研究在土壤有机质的C/N表土中，土壤腐殖质的C/N 9-13产生了波动的主要原因与土壤水热状态和水热状态相关的气候条件、土壤特性和耕作方法。在某些土壤中，腐殖质C/N更稳定，对有机氮矿化影响较小，新添加的有机化合物C/N对氮表观矿化影响较大。-嗯？-嗯？-嗯？植物根双重作用。根部分泌有机物，向微生物提供碳源，同时提高微生物竞争根和氮的能力，减少了氮的净矿物质。这里的效果主要取决于肥料氮的生物储备。也就是说，当肥料和氮存在于土壤中时，微生物利用了肥料和氮。土壤无机物氮再利用数量减少，土壤氮素有序矿化量增加。如果考虑到这种相互作用氮肥激发效果的结果是正数还是负数，或者没有任何效果。土壤生物的类型和活性土壤生物群落的结构和活性与氮矿化量、反应速度常数有密切关系。接种原生动物或提供有利于土壤微生物生长的条件，将大大促进土壤氮的矿化。土壤水分和温度土壤pH值土壤生物群落的种类不同，最佳pH范围也不同。过酸、碱(PH)对土壤有机氮的矿化几乎没有影响，例如抑制土壤氮的矿化。2、铵的固定和释放、吸附和解吸铵释放：固定氨被生物、物理、化学等因素释放的作用。铵吸附：铵离子被土壤胶体吸附为交换铵。铵的解吸：土壤胶体吸附的交换铵转移到溶液中的作用。