土壤肥料学通论-肥料学部分：第七章 土壤与植物氮素营养及化学氮肥

1土壤肥料学通论（肥料学部分）第六章植物营养与施肥的基本原理第七章土壤与植物氮素营养及化学氮肥第八章土壤与植物磷、钾素营养及化学磷、钾肥第九章土壤与植物中的中、微量元素及其肥料第十章复混肥料第十一章有机肥料2小结肥料；肥料三要素；养分归还学说；最小养分律；报酬递减律；基肥、种肥、追肥；植物营养临界期；肥料最大效率期；生理酸（碱）性肥料；施肥量的计算方法1.确定必需营养元素的三条标准2.掌握根对养分的吸收特点及影响因素3.根外营养的特点极其影响因素4.植物营养的阶段性对施肥有何指导意义？5.如何理解营养元素在植物营养中地位是同等重要、但在农业生产中的重要性差异却很大？3主要内容7.1土壤中的氮素及其转化7.2植物的氮素营养7.3氮肥的种类、性质与施用7.4氮肥的合理分配和施用47.1.1土壤氮素的含量与形态7.1土壤氮素营养我国耕地土壤全氮含量为0.04%~0.35%之间，与土壤有机质含量呈正相关；多数在0.05～0.1%之间土壤剖面：一般表土含量最高，以下各层随深度增加锐减

含量在农田土壤中，含氮量还与施肥历史及施肥量有关。56缺氮78西北南东长江增加增加我国土壤含氮量的地域性规律9中国每公顷施氮量10土壤中氮素的形态是怎样的？11

水溶性速效氮源<全氮的5%

水解性缓效氮源占50%~70%

非水解性难利用占30%~50%

离子态

土壤溶液中

吸附态

土壤胶体吸附

固定态

2：1型粘土矿物固定

有机氮

无机氮矿化作用生物固持作用有机氮(>98%)无机氮(1%~2％)12

NH4+和NO3-是两种最主要的无机氮素形态，具有重要的农学意义有机氮不易分解，在生长过程中通过有机氮的矿化作用释放出来的氮是作物重要的氮素来源。13

矿化作用

硝化作用

生物固持

硝酸还原作用

铵态氮

硝态氮

吸附态铵或固定态铵水体中的硝态氮NH3N2、NO、N2O

挥发损失反硝化作用吸附固定淋洗损失

有机氮有机氮生物固持7.1.2土壤氮素转化及其有效性1.定义：在微生物作用下，土壤中的含氮有机质分解形成氨的过程。2.过程：有机氮氨基酸

NH4＋－N＋有机酸

（一）有机态氮的矿化作用（氨化作用）

异养微生物水解酶

氨化微生物水解、氧化、还原、转位3.发生条件：各种条件下均可发生最适条件：温度为20～30oC，

土壤湿度为田间持水量的60％，土壤pH＝7，C/N≤25:14.结果：生成NH4＋－N（有效化）16

矿化作用

硝化作用

生物固持

硝酸还原作用

铵态氮

硝态氮

吸附态铵或固定态铵水体中的硝态氮NH3N2、NO、N2O

挥发损失反硝化作用吸附固定淋洗损失

有机氮有机氮生物固持土壤氮素转化及其有效性（二）土壤粘土矿物对NH4＋的固定1.定义吸附固定：由于土壤粘土矿物表面所带负电荷而引起的对NH4＋的吸附作用晶格固定：NH4＋进入2：1型膨胀性粘土矿物的晶层间而被固定的作用2.过程液相NH4＋交换性NH4＋

固定态NH4＋3.结果：减缓NH4＋的供应程度(暂时无效化)吸附作用固定作用解吸作用释放作用18

矿化作用

硝化作用

生物固持

硝酸还原作用

铵态氮

硝态氮

吸附态铵或固定态铵水体中的硝态氮NH3N2、NO、N2O

挥发损失

反硝化作用吸附固定淋洗损失

有机氮有机氮生物固持土壤氮素转化及其有效性(三）氨的挥发损失1.定义：在中性或碱性条件下，土壤中的NH4＋转化为NH3而挥发的过程2.过程：

NH4＋NH3

＋H＋3.影响因素：①pH值NH3挥发60.1%71.0%810.0%950.0%OH－

H＋ ②土壤CaCO3含量：呈正相关 ③温度：呈正相关 ④施肥深度：挥发量表施>深施 ⑤土壤水分含量 ⑥土壤中NH4＋的含量4.结果：造成氮素损失（无效化）21

矿化作用

硝化作用

生物固持

硝酸还原作用

铵态氮

硝态氮

吸附态铵或固定态铵水体中的硝态氮NH3N2、NO、N2O

挥发损失反硝化作用吸附固定淋洗损失

有机氮有机氮生物固持土壤氮素转化及其有效性（四）硝化作用1.

定义：好气条件下，土壤中的NH4＋，在微生物的作用下氧化成硝酸盐的现象2.过程：

NH4＋＋O2

NO2－＋4H＋

2NO2－＋O22NO3－3.影响条件：土壤通气状况、土壤反应、土壤温度等亚硝化细菌硝化细菌最适条件：氨充足、通气良好、

pH6.5～7.5、25～30oC4.结果：形成NO3－－N

利：为喜硝植物提供氮素（有效化） 弊：淋失、发生反硝化作用（无效化）24

矿化作用

硝化作用

生物固持

硝酸还原作用

铵态氮

硝态氮

吸附态铵或固定态铵水体中的硝态氮NH3N2、NO、N2O

挥发损失反硝化作用吸附固定淋洗损失

有机氮有机氮生物固持土壤氮素转化及其有效性（六）反硝化作用

NO3－N2、NO、NO21.生物反硝化作用（嫌气条件下）(1)过程：NO3－NO2－N2、N2O、NO(2)最适条件：含氮量5～10％，新鲜有机质丰富

pH5～8，温度30～35oC

硝酸盐还原细菌反硝化细菌2.化学反硝化作用（可在好气条件下进行）

NO2－N2、N2O、NO发生条件：NO2－存在3.结果：造成氮素的气态挥发损失(无效化)，并影响大气(破坏臭氧层、加剧温室效应)27

矿化作用

硝化作用

生物固持

硝酸还原作用

铵态氮

硝态氮

吸附态铵或固定态铵水体中的硝态氮NH3N2、NO、N2O

挥发损失反硝化作用吸附固定淋洗损失

有机氮有机氮生物固持土壤氮素转化及其有效性（五）无机氮的生物固持1.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2.过程：铵态氮硝态氮生物固持生物固持有机氮

硝化作用硝酸还原作用3.影响条件土体的C/N比、温度、

湿度、pH值4.结果：减缓氮的供应（暂时无效化）；可减少氮素的损失30

矿化作用

硝化作用

生物固持

硝酸还原作用

铵态氮

硝态氮

吸附态铵或固定态铵水体中的硝态氮NH3N2、NO、N2O

挥发损失反硝化作用吸附固定淋洗损失

有机氮有机氮生物固持土壤氮素转化及其有效性31

矿化作用

硝化作用

生物固持

硝酸还原作用

铵态氮

硝态氮

吸附态铵或固定态铵水体中的硝态氮NH3N2、NO、N2O

挥发损失反硝化作用吸附固定淋洗损失

有机氮有机氮生物固持土壤氮素转化及其有效性(七）硝酸盐的淋洗损失

NO3－－N随水渗漏或流失，可达施入氮量的5～10％结果：氮素损失(无效化),并污染水体(富营养化)33水体富营养化7.1.3、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(<2％)和易分解的有机氮

旱地：全氮、碱解氮、供氮能力土壤矿化氮、硝态氮稻田：全氮、碱解氮、铵态氮全氮土壤供氮潜力无机氮土壤供氮强度小结：土壤有效氮增加和减少的途径增加途径施肥(有机肥、化肥)氨化作用硝化作用(喜硝作物)生物固氮雷电降雨减少途径植物吸收带走氨的挥发损失硝化作用(喜铵作物)反硝化作用硝酸盐淋失生物和吸附固定(暂时)化学氮肥的当季利用率：20～50％36377.2.1植物体内氮的含量与分布1.含量：占植物干重的0.3～5％影响因素：

植物种类：豆科植物>非豆科植物

品种：高产品种>低产品种

器官：种子>叶>根>茎秆7.2植物的氮素营养38

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39

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。4041植株缺氮的症状4243SPAD快速测定叶片叶绿素含量44

氮对作物的重要作用不在于它在作物体内含量多少，重要的是氮是植物体内许多重要有机化合物的组分，也是遗传物质的基础。451、蛋白质的重要组分（蛋白质中平均含氮16%-18%）2、核酸和核蛋白质的成分3、叶绿素的组分元素4、许多酶的组分（酶本身就是蛋白质）氮还是一些维生素的组分，而生物碱和植物激素也都含有氮。

46总之，氮对植物生命活动以及作物产量和品质均有极其重要的作用。合理施用氮肥是获得作物高产的有效措施。477.2.3氮的吸收和利用1.氮素吸收的形态

NH4+、NO3-、NO2-

可溶性有机氮：氨基酸、酰胺等豆科植物可以通过共生固氮，直接利用空气中的N2482.各种形态氮素的吸收利用1、NO3-N吸收与利用

NO3-N被主动吸收后，一般有下面几条去向：a.穿过液泡膜储存在液泡中。b.从根系中运输到木质部，然后被运输到地上部。c.在根系中或地上部被硝酸还原酶（nitratereductase(N.R.)）还原成亚硝酸。492.氨(NH3)的同化氨的同化有两条途径：1）谷氨酸脱氢酶（GDH）途径2）谷酰胺合成酶（（GS）和谷氨酸合成酶与氨基转移酶（GOGAT）)503.NH4-N和NO3-N的营养特点1、NO3-N的吸收是一个主动过程；吸收NO3-N可是根际pH升高；NH4-N吸收机制不清楚，吸收后，可使根际pH下降。512、水稻、茶树、甘薯和马铃薯等比较喜欢氨态氮肥外，大多数植物喜欢硝态氮。烟草喜欢铵态氮与硝态氮配合施用。3、在低温条件下（8℃），植物吸收铵态氮多于硝态氮；随温度升高，硝态氮的吸收逐渐增加；在高温条件下（26℃～35℃），植物吸收的硝态氮多于铵态氮。4、与硝态氮相比，以铵态氮为营养时，消耗的能量少（667160焦耳/摩尔）。537.2.4氮素营养失调1.缺氮蛋白质、叶绿素形成受阻，细胞分裂减少；

生长过程缓慢（stunting）叶片黄化根冠比较大分枝分蘖少谷类作物穗数及穗粒数减少，千粒重下降，产量降低。缺素首先出现在老叶上542.氮素过剩

导致氮素奢侈吸收，非蛋白质氮合成增加。植物枝叶茂盛，群体过大，通风透光不好，碳水化合物消耗太多，使茎杆细弱，机械强度小，容易倒伏；体内可溶性氮化合物过多，容易遭受病虫害；贪青晚熟，结实率下降，产量降低；瓜果的含糖量降低，风味差，不耐贮藏，品质低；叶菜类植物中硝酸盐高，危害健康。5556如皋（低肥力）常熟辛庄（高肥力）57鲜明的对比：收获的喜悦和赔本的忧愁58氮肥施用不当对人参的影响根茎，叶减少，影响发育，使产量降低，质量下降；如氮肥过多，不仅破坏人参体内各元素代谢平衡，影响人参质量，而且使人参根部发生严重腐烂，使产量下降

(Stoltz，Leonard．etal．，1982；金明秀，1984；

Lee，SunHi，etal．，1982)

问题：施氮量过大（80年代）59人参皂苷：能增进DNA和蛋白质的生物合成，

提高机体的免疫能力。

供氮水平（g/m2）皂甙NRμmolNO-2/30min·g鲜重N04.780.90N105.173.86N206.502.91N306.592.47N404.971.87肥料作底肥施入，尿素-N0/m2、10g/m2、20g/m2、30g/m2、40g/m2，三料51.2g/m2,硫酸钾36.0g/m2.，参苗为三年生二等苗。14C示踪测在校培养场进行（1990年6月）。60氮肥生产概况氮肥制造原理氮肥的种类具体介绍几种氮肥的性质与施用7.3氮肥的种类、性质与施用61

由于世界土壤氮的平均肥力不高，氮素不易在土壤中积累，而现代集约化农业又容易引起土壤有机质和氮素的过多消耗，因此在多数条件下氮肥的增产效果或肥效，相对于磷钾等化肥而言，是最为稳定和显著的。据全国化肥试验网1981～1983年的资料，N、P、K化肥在水稻、小麦和玉米等粮食作物上的增产效果分别是100%、73%、31%。一、氮肥生产概述

氮肥的生产在化肥工业中占据至关重要的地位。62氮肥的制造原理1.合成氨原理：(哈伯法，始于1913年) 3H2＋N2 2NH3＋Q2.硝酸制造原理：(氨氧化法)NH3 NO NO2 HNO3＋NO3.氮肥制造过程：高温、高压催化剂

O2催化剂高温

O2

加压H2O63

H2O NH3·nH2O

H2O+CO2 NH4HCO3

HCl NH4Cl

NaCl+CO2+H2O

NH4Cl+

NaHCO3

H2SO4

(NH4)2SO4

CO2

CO(NH2)2

+H2O NH4NO3+CO(NH2)2+H2O 含氮溶液

H3PO4

NH4H2PO4+(NH4)2HPO4

O2 HNO3 NH3

NH4NO3

Na2CO3

NaNO3+H2CO3

CaCO3 Ca(NO3)2

+H2CO3

KCl KNO3+HCl

+NH3+64产量(万吨纯氮)年份中国的氮肥生产情况65农田氮肥的去向66主要氮肥种类氰氨态氮肥Ca(CN)2

（石灰氮）氨态氮肥

NH4HCO3、NH4Cl、(NH4)2SO4、氨水、液氨硝态氮肥NH4NO3酰胺态氮肥CO(NH2)267铵态氮肥(ammoniumfertilizers)包括：液氨、氨水、碳酸氢铵、氯化铵、硫酸铵

（一）共同特性（均含有NH4＋）1.易溶于水，易被作物吸收2.易被土壤胶体吸附和固定3.可发生硝化作用4.碱性环境中氨易挥发5.高浓度对作物，尤其是幼苗易产生毒害6.对钙、镁、钾等的吸收有拮抗作用68（二）理化性质

铵态氮肥的基本性质品种 分子式

含氮量(%) 稳定性 理化性质液氨 NH3

82

差液体,碱性,易挥发氨水 NH3·nH2O

15~18差液体,碱性,易挥发碳酸氢铵NH4HCO3

16.5~17.5较差结晶,碱性,易吸湿和分解氯化铵NH4Cl 24~25较好

结晶,酸性,有吸湿性硫酸铵

(NH4)2SO4

20~21好

结晶,酸性,吸湿性弱硫酸铵：标准氮肥品种（“标氮”），即以硫酸铵的含氮量20％作为统计氮肥商品数量的单位。（三）在土壤中的转化和施用铵态氮肥在土壤中的转化和施用品种 转化及结果施用液氨

NH3＋H2ONH4＋＋OH－基肥,施肥机深施氨水对土壤和作物影响不大基肥,追肥,深施碳酸氢铵

NH4＋＋HCO3－基肥,追肥,深施

无酸根残留

适于各种土壤和对土壤没有副作用

大多数作物70续品种转化及结果施用硫酸铵

NH4＋＋SO42－基肥(配施石灰和

使土壤酸化、板结适于多种作物

不宜稻田氯化铵

NH4＋＋Cl－基肥(配施石灰和使土壤酸化、脱钙板结稻田和一般作物,

不宜忌氯作物铵态氮肥在土壤中的转化和施用71碳酸氢铵入土前后的分解示意图72氨+二氧化碳+水NH3CO2H2O自行分解碳酸氢铵解离铵离子+碳酸氢根离子

NH4+HCO3-（土面）碳酸氢铵入土前后的分解示意图73NH4HCO3

含N24-26％白色结晶，化学性质不稳定，吸湿，易挥发呈弱碱性，易溶于水无酸根肥料不离土不离水，先肥土后肥苗贮存时要防潮，低温，密闭使用时应深施（10cm左右）覆土做基肥和追肥均可，但不可做种肥避开高温季节和高温时间施用性质注意74氨态氮肥入土后的变化75土壤中铵态氮肥变化示意图氨气吸收吸附挥发NH4+NH4+硝化作用铵态氮肥铵态氮肥硝态氮土壤胶粒76硫酸铵硫酸铵氯化铵氯化铵

硫酸铵

NH4＋＋SO42－含N20％-21％，S25.6％使土壤酸化，pH下降、土壤板结；合理施用？可以做追肥和种肥，也可做基肥，适于多种作物；酸性土上做基肥时，要配施石灰和有机肥；中性或微碱性土，要配施有机肥；在石灰性土壤上施用一定要深施覆土；（防止挥发）稻田最好不用；（老朽田）对喜硫菜种（如葱、蒜等），还是一种重要的硫肥。

氯化铵

NH4＋＋Cl－含N24-26％，使土壤酸化、pH下降、脱钙板结；施用：酸性土上做基肥时，要配施石灰和有机肥；中性或微碱性土，要配施有机肥；在石灰性土壤上施用一定要深施覆土；追肥；适于稻田和一般作物；不宜做种肥；不宜忌氯作物（茶，烟草，马铃薯，甘薯，亚麻等）盐碱地不宜施用NH4Cl不宜在保护地施用79三、硝－铵态和硝态氮肥(nitratefertilizers)包括：硝酸铵、硝酸钠、硝酸钙、硝酸钾（一）共同特性（均含有NO3-

）1.易溶于水，易被作物吸收(主动吸收)2.不被土壤胶体吸附，易随水流失3.易发生反硝化作用4.促进钙镁钾等的吸收5.吸湿性大，具助燃性(易燃易爆)6.硝态氮含氮量均较低80硝态氮肥入土后的变化81土壤中硝态氮肥变化示意图吸收反硝化作用NH4+NH4+淋洗流失土壤胶粒硝态氮肥硝态氮气态氮硝酸还原作用82硝酸铵（硝铵，硝铵态氮肥）

NH4NO3含氮量33-35%，是当前世界上一个主要的硝铵态氮肥品种；工业上生产硝铵的过程特别容易吸湿。防潮；防暴——改性硝铵电离出的两种离子均被吸收，生理中性肥；硝铵适用于各类土壤和作物，不易水田（反硝化）一般作旱地追肥，不做基肥和雨季追肥；不做种肥追肥时宜少量、多次83

硝酸钙Ca(NO3)2

，含氮量12.6~15%，极强的吸湿性硝酸钾KNO3，含氮量14%，有助燃性常用作水培营养液氮源（Hoagland营养液）农资部门一般没有硝酸钠、硝酸钙和硝酸钾肥料，化学药品两种形态氮素的性质和某些特性的比较铵态氮素（NH4+-N）带正电荷，是阳离子能与土壤胶粒上的阳离子进行交换而被吸附被土壤胶粒吸附后移动性 减少，不随水流失进行硝化作用后，转变为硝态氮，但不降低肥效带负电荷，是阴离子不能进行交换吸收而存在于土壤溶液中在土壤溶液中随土壤水分运动而移动，流动性大，易流失进行反硝化作用后，形成氮气或氧化氮气而丧失肥效硝态氮素（NO3--N）85四、酰胺态氮肥——尿素(urea)（一）理化性质分子式：CO(NH2)2含氮量：46％基本性质：

有机物 纯品为白色针状结晶 肥料为颗粒状 易溶于水，呈中性针状结晶颗粒状86大粒尿素87（二）在土壤中的转化

少部分以分子态被土壤胶体吸附和被植物吸收 大部分在脲酶作用下水解CO(NH2)2(NH4)2CO3NH3＋CO2＋H2O影响因素：脲酶活性与pH值、水分、温度、有机质含量、质地等有关如：10

oC7～12天20

oC4～5天完全转化30

oC2～3天脲酶

H2O1.水解作用88结果：局部土壤暂时变碱（注意氨挥发）措施：深施、加脲酶抑制剂(如:氢醌制剂)NH4+

NO3-因pH值适宜，能旺盛进行，且比氯化铵和硫铵硝化的快结果：可能造成氮素的损失措施：使用硝化抑制剂(如:西吡:2-氯-6三氯甲基吡啶)1和2均是影响尿素肥效的主要原因2.硝化作用尿素在土壤中变化的示意图尿素CO(NH2)2吸收(NH4)2CO3水解流失吸收NO3-吸收硝化流失NH4+NH4+吸附土壤胶粒叶面喷施吸附90（三）施用因含有缩二脲，一般不宜作种肥;可作基肥、追肥，深施覆土 宜作根外追肥.原因：？①尿素分子体积小，易透过细胞膜；②尿素溶液呈中性，电离度小，不易引起质壁分离③尿素具有一定的吸湿性，能使叶面保持湿润状态，以利叶片吸收；④尿素进入细胞后很快参与同化作用，肥效快做法：浓度0.2～2.0%

次数2～3次，7～10天喷一次规定尿素中缩二脲<0.5%91五、缓释氮肥1.缓释肥料

(SlowReleaseFertilizer，SRF)含义：由化学或物理法制成能延缓养分释放速率，可供植物持续吸收利用的氮肥，包括有机长效氮肥和包膜氮肥两大类。品种：脲甲醛 丁烯叉二脲 异丁叉二脲 草酰铵92

膜内各种养分通过膜孔释放养分释放与植物需求基本一致2.控释肥料

(ControlledReleaseFertilizers，CRF)含义：通过包被材料控制速效氮肥的溶解度和氮素释 放速率，从而使其按照植物的需要供应氮素的一类肥料。

93特点：①可根据作物不同生长阶段对养分的需求,人为地控制养分的供应和释放速度，从而一次施用能满足作物各个生育阶段的需要②基本上能消除养分在土壤中的淋失、退化、挥发等损失③能在很大程度上避免养分在土壤中的生物、化学固定④能基本满足现代农业规模化的需求，省工、省时、省力，一次大量施用不会对作物根系产生伤害⑤价廉、养分含量高、利用率高等94“接触施肥”氮肥利用率可达80%95种类：长效碳铵（钙镁磷肥包裹，石蜡－沥青封面）

涂层尿素（钙镁磷肥包裹，无机酸－缓溶剂封）

硫衣尿素（包膜：硫磺粉、胶结剂、杀微生物剂）

添加硝化抑制剂的肥料

新型包膜尿素（包膜：热塑性材料）96长效氮肥与速效氮肥的特点比较特点优点缺点速效氮肥水溶性、肥效快易挥发、易硝化、易流失、价格较易接受易反硝化(利用率低)

一次过多施用会造成减产 且污染环境长效氮肥抗淋溶、损失少