植物营养教学课件3植物的氮素营养与氮肥

第三讲植物的氮素营养与氮肥,主要内容要求1.土壤中的氮素及其转化了解2.植物的氮素营养掌握3.氮肥的种类、性质与施用掌握4.氮肥施用对环境的影响了解5.氮肥的合理分配和施用掌握,第一节土壤中的氮素及其转化,一、土壤中氮素的来源及其含量（一）来源1.大气氮沉降（干沉降、湿沉降）2.有机肥和化肥的施用3.生物固氮（共生固氮、联合固氮、自生固氮）4.动植物残体的归还,（二）含量一般耕作土壤含氮量为0.02%0.5%，大部分在0.2%以下，我国主要农业耕层土壤全氮含量多为0.04%0.35%。,西,北,南,东,长江,增加,增加,主要影响因素:气候、地形、植被、母质、利用方式、施肥制度,我国土壤含氮量的地域性规律：,土壤全N深施土壤水分含量土壤中NH4的含量4.结果：造成氮素损失,最适条件：铵充足、通气良好、pH6.57.5、2530oC4.结果：形成NO3-N利：为喜硝植物提供氮素弊：易随水流失和发生反硝化作用,1.生物反硝化作用（嫌气条件下）(1)定义：嫌气条件下，土壤中的硝态氮在反硝化细菌作用下还原为气态氮从土壤中逸失的现象（掌握）(2)过程：NO3-NO2-N2、N2O、NO(3)最适条件：土壤通气不良，新鲜有机质丰富pH58，温度3035oC,硝酸盐还原细菌,反硝化细菌,（五）反硝化作用,稻田氮素损失的主要途径：占氮肥损失的35,稻田土壤中硝化作用和反硝化作用示意图,犁底层,还原亚层,（铵态氮稳定）,硝态氮,反硝化作用,氧化亚层,铵态氮肥(或尿素),水层,铵态氮,硝化作用,硝态氮,氧化氮或氮气,氧化氮氮气,耕作层,2.化学反硝化作用（可在好气条件下进行）NO2N2、N2O、NO发生条件：NO2存在3.结果：造成氮素的气态挥发损失，并污染大气,（六）无机氮的生物固定定义：土壤中的铵态氮和硝态氮被微生物同化为其躯体的组成成分而被暂时固定的现象。（掌握）,2.影响条件：土体的C/N比、温度、湿度、pH值3.结果：减缓氮的供应；可减少氮素的损失,四、土壤的供氮能力及氮的有效性有效氮：能被当季作物利用的氮素，包括无机氮(非豆科植物品种：高产品种低产品种器官：种子叶根茎秆,组织：幼嫩组织成熟组织衰老组织，生长点非生长点生长时期：苗期旺长期成熟期衰老期，营养生长期生殖生长期2.分布：幼嫩组织成熟组织衰老组织，生长点非生长点原因：,氮在植物体内的移动性强,在作物一生中，氮素的分布是在变化的：营养生长期：大部分在营养器官中（叶、茎、根）生殖生长期：转移到贮藏器官（块茎、块根、果实、籽粒），约占植株体内全氮的70,注意：作物体内氮素的含量和分布，明显受施氮水平和施氮时期的影响。通常是营养器官的含量变化大，生殖器官则变动小，但生长后期施用氮肥，则表现为生殖器官中的含氮量明显上升。,二、氮的营养功能,氮是氨基酸和蛋白质的主要成分（蛋白质含氮1618）生命物质氮是核酸和核蛋白的重要组分（核酸中的氮约占植株全氮的10）合成蛋白质和决定生物遗传性的物质基础氮是叶绿素的组分元素（叶绿体含蛋白质4560）光合作用的场所氮是许多酶的组分生物催化剂,氮是多种维生素的成分（如维生素B1、B2、B6等）辅酶的成分氮是一些植物激素的成分（如IAA、CK）生理活性物质氮也是生物碱的组分（如烟碱、茶碱、可可碱、咖啡碱、胆碱、卵磷脂生物膜）,氮素通常被称为生命元素,三、植物对氮的吸收与同化,吸收的形态,无机态：NO3-N、NH4+N（主要）有机态：NH2N、氨基酸、核酸等（少量）,吸收后：10%30%在根还原70%90%运输到茎叶还原小部分贮存在液胞内(硝酸根在液泡中积累对离子平衡和渗透调节作用具有重要意义),1.硝态氮的吸收旱地作物吸收NO3-N为主，属主动吸收。它需要由细胞膜上的质子泵(H+-ATP酶)水解ATP，把H+主动泵出膜外，在跨膜质子驱动力的作用下，由硝酸盐转运蛋白（载体）以2H+/1NO3-同向运输方式，将NO3-运入细胞膜内,（一）植物对氮的吸收,硝酸盐跨质膜转运示意图（引自Marschner，2012）,2、铵态氮的吸收（1）机理：接触脱质子(Mengel,1982),铵转运蛋白:铵转运蛋白具有高度的选择性。在外界铵浓度小于1mmol/L时，铵的吸收主要由高亲和力转运蛋白进行;在外界铵浓度高于1mmol/L时，低亲和铵吸收转运蛋白是氨吸收的主要方式，这一系统不受植株氮水平的反馈调节。,拟南芥根部的NH4+高亲和转运系统中AMT1转运蛋白的功能示意图。,水稻幼苗对NH4+的吸收与H+释放的关系,158184174145,149183166145,（2）特点：释放等量的H，使介质pH值,3、有机氮的吸收（1）尿素（酰胺态氮）经典的理论认为尿素易被土壤微生物释放的脲酶水解为CO2和NH3，而NH3可以被植物直接吸收。新近研究发现，植物的根系也能直接吸收尿素分子。目前在植物中已发现了2类尿素转运膜蛋白，即尿素转运蛋白(DUR3)和主要内在蛋白（majorintrinsicprotein，MIPs)，它们分别在高亲和力和低亲和力尿素吸收转运中发挥作用。,植物对尿素的吸收和转运示意图（引自Wang等，2008）,（2）氨基态氮可直接吸收，效果因种类而异第一类，效果硫酸铵：如甘氨酸、天门冬酰胺等第二类，尿素效果大麦向日葵玉米光照：光照不足，硝酸还原酶活性低，使硝酸还要作用变弱，造成植物体内NO3N浓度过高温度：温度过低，酶活性低，根部还原减少施氮量：施氮过多，吸收积累也多（奢侈吸收）微量元素供应：钼、铁、铜、锰、镁等微量元素缺乏，NO3N难以还原陪伴离子：如K，促进NO3向地上部转移，使根还原比例减少；若供钾不足，影响NO3N的还原作用当植物吸收的NO3N来不及还原，就会在体内积累,影响硝酸盐还原的因素：,植物体内硝酸盐含量的分级：我国蔬菜硝酸盐污染程度的卫生评价标准（沈明珠，1982）级别硝酸盐含量污染程度参考卫生性(mg/kg，鲜重)1432轻度允许生食2785中度允许盐渍,熟食31440高度允许熟食43100严重不允许食用,蔬菜亚硝酸盐国际标准：NO2豆科植物双子叶植物单子叶植物叶菜类作物瓜果类和根菜类高产品种低产品种杂交水稻常规水稻营养最大效率期其它时期,（二）根据土壤条件土壤肥力高低与氮肥肥效之间有密切关系。一般地，土壤肥力水平愈高，施用氮肥的肥效愈小；相反亦然。肥力状况：着重中、低产田土壤质地：砂质土壤“前轻后重，少量多次”粘质土壤“前重后轻”土壤反应：酸性土区、中性土区碱性土区、盐碱地(不宜用氯化铵)水分状况：水田区不宜用硝态氮肥旱地各种均可,二、氮肥的合理分配原则,（三）根据肥料特性不同肥料品种性质不同，肥力特点也有差异。因此需要根据各种氮肥的特性合理分配。氨水、碳酸氢铵、硫酸铵、氯化铵等铵态氮肥，由于NH4+能被土壤胶体吸附，不易淋失，可用作基肥深施。硝态氮肥则不被土壤所吸持，在土壤中移动性大，宜作旱地追肥。NH4N：水田、旱地，深施（覆土）NO3N：旱地追肥，少量多次NH2N：水田、旱地，深施（覆土）,二、氮肥的合理分配原则,（四）根据气候条件在干旱条件下，作物对肥料用量的反应小，增产不明显在水分供应充分时，作物对肥料用量的反应大，增产明显根据我国气候条件：北方干旱缺雨，可分配硝态氮肥南方湿润雨多，宜分配铵态氮肥,二、氮肥的合理分配原则,三、提高氮肥利用率的途径,（一）根据土壤供氮能力，确定适宜施氮量确定适宜的施氮量是合理施用氮肥的重要环节，也是提高氮肥利用率的关键技术之一。确定某一作物的适宜施氮量，主要应以多点多年的田间试验结果为依据。目前用以确定施氮量的方法有很多，常见的有养分平衡法、肥料效应函数法、平均适宜施氮量法等。,三、提高氮肥利用率的途径,（二）选择适宜的施氮时期确定适宜施氮量以后，就要根据作物各生长阶段的需氮量确定施肥时期、施用次数及每次用量，包括基肥和种肥用量、追肥时期和次数及其分期追施比例等，这也是提高氮肥利用率的关键技术之一。在氮素营养临界期，应该及时少量追施。在氮肥营养最大效率期，应该适当多追施一些，以发挥氮肥的最大增产效果和提高肥料利用率。,三、提高氮肥利用率的途径,（三）坚持氮肥深施覆土的原则氮肥深施覆土特别是铵态氮肥和尿素深施覆土，无论在旱田或水田都是减少氮肥损失、提高氮肥利用率的最有效措施。一方面，氮肥深施覆土能增强土壤对NH4+的吸附作用，可以减少氨的直接挥发、硝化淋失和反硝化脱氮损失；另一方面，深施覆土有利于根系发育和深扎，扩大营养范围，养分吸收多，肥效持久，从而提高氮肥利用率和增产效率。,深度：根系集中分布的土层方法：基肥深施、种肥深施、追肥深施,表施和深施氮肥的利用率和肥效比较,三、提高氮肥利用率的途径,（四）重视平衡施肥技术氮肥与有机肥、磷、钾肥及微量营养元素肥料配合施用，既可满足作物对养分的全面要求，又能改良和培肥土壤，使之供肥平稳，提高氮肥利用率。1.与有机肥配合施用好处：无机氮可以提高有机氮的矿化率有机氮可以加强无机氮的生物固定目的：作物高产、稳产、优质改良土壤，提高氮肥利用率2.氮、磷、钾配合施用通过平衡施肥使作物营养平衡,三、提高氮肥利用率的途径,（五）采用合理的水肥综合管理措施在氮肥深施的基础上，要加强稻田水肥综合管理。如在有排灌条件的稻田推广“以水带氮”的氮肥深施技术，对水稻节肥增产效果显著。在旱作上，在有灌溉条件地区，推广“表施后随即灌