6氮素-2010

null第六章 植物的氮素营养与氮肥 Nitrogen in Plants and Nitrogen Fertilizers第六章 植物的氮素营养与氮肥 Nitrogen in Plants and Nitrogen Fertilizers?N第五章 植物的碳、氢、氧营养第五章 植物的碳、氢、氧营养(了解)nullnull 主要内容 要求 1. 植物的氮素营养 掌握 2. 土壤中的氮素及其转化 了解， (结合土壤学掌握转化) 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null第一节 植物的氮素营养一、植物体内氮的含量与分布 一般含量：占植物干重的 0.3%~5% 植物体内氮的含量与分布——与作物种类、器官、发育阶段有关 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 null组织：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null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 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%禾谷类作物个体发育期间矿质养分分配图解null2. 作物体内氮素的含量和分布——还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，繁殖器官则变动小，但生长后期施用氮肥，则表现为繁殖器官中的含氮量明显上升。null二、植物体内含氮化合物的种类 (氮的生理功能)1. 氮是蛋白质的重要成分 (蛋白态氮占植株全氮的80%~85%，蛋白质含氮16%~18%) —— 生命物质 2. 氮是核酸和核蛋白的成分 (核酸态氮约占植株全氮的10%，核酸含氮15%~16%) —— 合成蛋白质和决定生物遗传性的物质基础 3. 氮是酶的成分—— 生物催化剂 4. 氮是叶绿素的成分 (叶绿体含蛋白质45%~60%) —— 光合作用的场所null5. 氮是多种维生素的成分 (如维生素B1、B2、B6等) —— 辅酶的成分 6. 氮是一些植物激素的成分 (如IAA、CK) —— 生理活性物质null5. 氮是多种维生素的成分 (如维生素B1、B2、B6等) ——辅酶的成分 6. 氮是一些植物激素的成分 (如IAA、CK) —— 生理活性物质 7. 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) null三、植物对氮的吸收与同化(Assimilation) null吸收后：10%~30%在根同化 (还原) 70%~90%运输到茎叶同化 (还原) 少部分贮存在液泡内 (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) (一) 植物对硝态氮(Nitrate)的吸收与同化 1. 吸收：旱地作物吸收NO3--N为主， 属主动吸收nullnull叶细胞中硝酸盐同化步骤的示意图介质pH升高nullnull总反应式： NO3-＋8H+＋8e- NH3＋2H2O＋ OH- 结果：产生OH- 一部分用于代谢， 一部分 (约1/10) 排出体外。 介质pH值 ? null(2) 影响硝酸盐还原的因素 ① 植物种类：与根系还原能力有关，如 木本植物 > 一年生草本植物 油菜 > 大麦 > 向日葵 > 玉米 ② 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NO3--N浓度过高 ③ 温度：温度过低，酶活性低， NO3--N还原减少 ④ 微量元素供应：钼、铁、铜、锰、镁等微量元素缺乏，酶活性低， NO3--N难以还原null钼对小麦叶片中硝酸还原酶活性的影响 null⑤ 施氮量：施氮过多，吸收积累也多（奢侈吸收） ⑥ 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NO3--N的还原作用 植物 (主要是蔬菜) 积累的硝态氮会通过食物链进入人体 (约占80%)。吃菜安全吗? 植物吸收的NO3--N若来不及还原，就会在体内积累。硝酸盐对植物本身没有毒害。null 曾有研究报道：硝酸盐是一种对人和动物有害的物质，它在消化系统和泌尿系统里通过大肠杆菌还原为亚硝酸盐。食用蔬菜后，在口腔即可形成亚硝酸盐。亚硝酸盐破坏血液吸收氧的能力，致使哺乳动物患高铁血红蛋白血症，严重者致死，亚硝酸盐对成人的致命剂量约为20mg/kg(体重)。null 1962年世界卫生组织和联合国粮农组织(WHO/FAO) 根据硝酸盐 “日允许摄入量 (ADI) ” 为3.6mg∙kg-1(体重)，假设体重60kg的人每天食用0.5kg蔬菜，规定了蔬菜硝酸盐的限量指标： 蔬菜硝酸盐含量的允许上限为432mg/kg(鲜重) 蔬菜亚硝酸盐含量的允许上限为4mg/kg(鲜重)null表 我国蔬菜硝酸盐污染程度的卫生评价 (沈明珠，1982) null1995年，WHO/FAO根据多年来的研究指出：蔬菜具有众所周知的好处，把通过蔬菜摄取的硝酸盐直接与日允许摄入量(ADI)比较，并由此直接得出蔬菜硝酸盐限量是不合适的。 1995年德国修改了新鲜菠菜和莴苣中硝酸盐的限量； 1999年，欧洲食品科学委员会也进行了修改：由于受不同情况和季节的影响，蔬菜(菠菜和莴苣)鲜样或加工制品中硝酸盐最高含量在2 000~4 500 mg·L-1 之间变化。中华人民共和国农业行业标准 (NY－2005)中华人民共和国农业行业标准 (NY－2005)无公害食品 芥菜类蔬菜 无公害食品 水 生蔬菜 无公害食品 多年生蔬菜 无公害食品 绿叶类蔬菜 芽 菜：无硝酸盐限量标准 亚硝酸盐指标：NaNO2≤20 mg∙kg-1 (NO2-≤13.3 mg∙kg-1，NO2--N≤4 mg∙kg-1)null 我国13座大城市蔬菜消费居前十位蔬菜：大白菜、黄瓜、番茄、甘蓝、茄子、菜豆、芹菜、小白菜、大/小辣椒、韭菜。null表 流溪河流域蔬菜硝态氮和亚硝态氮含量 (mg·kg-1)据广州市农业局（2003）null表 法国蔬菜中硝酸盐的浓度 (mg·kg-1)(Diagonale des Nitrates, 1991)null 协调一致的标准对防止蔬菜贸易壁垒有作用，但对人类健康没有带来明显的好处。null降低植物体内硝酸盐含量的有效措施： 选用优良品种、控施氮肥、增施钾肥、改善微量元素供应、增加采前光照等。影响蔬菜硝酸盐含量的因素 植物因素：种类、品种、部位 肥料因素：种类、用量、时间 气候因素：温度、光照 收获因素：施肥后安全期、一天内时间(3) 降低植物体内硝酸盐含量的有效措施null尿素配方硝态氮配方蕹 菜 利用无土栽培技术，用铵态氮或酰胺态氮代替或部分代替硝态氮；或者收获前控氮甚至断氮，均可以降低蔬菜体内硝酸盐含量。null 在收获之前中断或减少氮素的供应数量，可以达到降低产品中硝酸盐含量的目的。 表 叶菜断氮前后硝酸盐含量(mg·kg-1)的变化 (华南农业大学无土栽培技术研究室)null 光照是影响蔬菜硝酸盐含量的重要因子。光照强度与蔬菜硝酸盐含量之间呈负相关。图 一天内蔬菜硝酸盐含量随时间变化示意图null研究表明：采用“有机农业”耕作法与常规施肥生产的蔬菜，硝酸盐含量没有显著差异！ “有机农业”能有效地降低蔬菜硝酸盐含量吗？推理：有机农业种植制度下通常缺乏氮素，因而植株体内硝酸盐含量较低。nullnull(2) 特点：释放等量的H＋， 使介质pH值 ?null2. 同化 (1) 部位：在根部很快被同化为氨基酸 (2) 过程：null氨同化途径模式：1, 2-谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合成酶途径 ①NH3供给量低 ②NH3供给量高 ③谷氨酸脱氢酶途径 GOGAT:谷氨酰胺-酮戊二酸转移酶NH4+-N的同化null2. 同化 (1) 部位：在根部很快被同化为氨基酸 (2) 过程 (概括为) ：nullnull3. 酰胺的形成及意义 形成：NH3＋ 谷氨酸 酰胺合成酶 谷氨酰胺 天门冬氨酸 ATP 天门冬酰胺蕹 菜意义： ① 贮存氨基； ② 解除氨毒； ③ 参与代谢。null(三) 植物对有机氮的吸收与同化 1. 尿素 (Urea) (酰胺态氮) (1) 吸收：根、叶均能直接吸收 (2) 同化： ① 脲酶途径：先水解再同化 尿素 NH3 氨基酸 尿素的毒害：当介质中尿素浓度过高时，植物会出现受害症状。null硝态氮配方 尿素配方 硝态氮配方 尿素配方 包心生菜直叶生菜nullnull2. 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 < 硫酸铵：如天门冬氨酸等 第三类，效果 < 尿素：如脯氨酸、缬氨酸等 第四类，有抑制作用：如蛋氨酸null四、铵态氮和硝态氮营养特点的比较 (一) 关于植物主要氮源的早期争论： 布森高(1822)、李比希(1840)：NH4+ -N为主 Salm-Horstmar(1851)： NO3- -N为主 布森高(1855)：NH4+ -N和NO3- -N都是良好氮源null(二) 影响两者肥效高低的因素： 1. 作物种类 不同植物对两种氮源有着不同的喜好程度，可人为地分为 “喜铵植物”和“喜硝植物”表 植物的喜铵性和喜硝性nullnull2. 环境条件 (1) 介质反应 酸性：利于NO3-的吸收； 中性至微碱性：利于NH4+ 的吸收 植物吸收NO3-时，pH缓慢上升，较安全; 植物吸收NH4+时，pH迅速下降，可能危害植物 (喜硝植物尤甚)。null图 番茄苗水培不同氮源营养液pH值的变化null第一天第二天图 植物吸收不同形态氮源对根际pH值的影响null硝态氮配方 尿素配方 硝态氮配方 尿素配方 包心生菜直叶生菜null(2) 伴随离子 Ca2+ 、Mg2 +等利于NH4+的吸收 (而NH4+、H+对K+、Ca2+ 、Mg2 +的吸收有拮抗作用)； 钼酸盐利于NO3-的吸收与还原 (3) 介质通气状况 通气良好，两种氮源的吸收均较快 (4) 水分 水分过多，NO3- 易随水流失 普氏结论(1940’s)：只要在环境中为铵态氮和硝态氮创造出各自所需要的最适条件，那么，它们在生理上是具有同等价值的。null五、氮素对植物生长发育及产量和品质的影响 (：p225-226；下册：p34-37) null六、植物氮素营养失调症状 1. 氮缺乏 (1) 外观表现 整株：植株矮小，瘦弱 叶片：细小直立，叶色转为淡绿色、浅黄色、 乃至黄色，从下部老叶开始出现症状 叶脉、叶柄：有些作物呈紫红色 茎：细小，分蘖或分枝少，基部呈黄色或红黄色 花：稀少，提前开放 种子、果实：少且小，早熟，不充实 根：色白而细长，量少，后期呈褐色null水 稻 田 间 试 验＋N－Nnull水稻盆栽试验水培土培null玉米缺氮null水培油菜＋N－Nnull水培小白菜－N水培芥菜水培芥菜- N½ N1 N- N½ N1 N- Nnull萝 卜 缺 氮null大 豆 缺 氮youngmaturenull金钻蔓绿戎——缺 氮null(2) 对品质的影响 影响蛋白质含量和质量(必需氨基酸的含量) 影响糖分、淀粉等的合成2. 氮过量 (1) 外观表现 营养体徒长，贪青迟熟； 叶面积增大，叶色浓绿，叶片下披互相遮荫 茎秆软弱，抗病虫、抗倒伏能力差 根系短而少，早衰null(2) 作物例子 禾谷类：无效分蘖增加；迟孰，秕粒多 叶菜类：水分多，不耐贮存和运输；体内硝酸盐含量增加 麻类：纤维量减少，纤维拉力下降 苹果树：枝条徒长，花芽分化不充足；易发生病虫害；果实不甜，着色不良，晚熟null水稻氮素过剩 氮过量 氮适宜 氮缺乏null 氮过量 氮适宜 氮缺乏番 茄null七、土壤和作物体内氮的丰缺指标 ——营养诊断的参考 (实验内容)null第一节 植物的氮素营养 复习： 1. 植物的含氮量一般占其干重的 。 2. 同一植物中，氮素在( ) (a.幼叶；b.成熟叶； c.老叶)含量最少，该部位( ) (a.最早；b.稍后； c.最后)出现缺氮症状。 3. 氮素是植物体中 、 、 、 等重要化合物的组成成分。 4. 植物吸收的氮素以 形态的 和 为主，也可以吸收少量 形态的氮。 5. 旱地植物吸收NO3- 以 吸收为主，被吸收的NO3-在同化之前，必需先还原为 。null6. 植物在吸收NH4＋时，会释放等量的 ，因此，介质的pH值将会 。 7. 酰胺具有 、 、 等作用。 8. 植物的喜铵性和喜硝性是由 和 共同决定的 。 9. 植物在营养生长期缺氮通常表现为 。null第二节 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. 施入土壤中的化学氮肥和有机肥料 2. 动植物残体的归还 3. 生物固氮 4. 雷电降雨带来的NH4+-N和NO3—N 5. 矿物燃料的燃烧null图 全球氮素循环示意图null(二) 含量 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。 我国土壤含氮量的地域性规律：null土壤全氮量<0.2%N 的面积占耕地面积(%)我国土壤全氮<0.2%N的面积占耕地面积(%)示意图null二、土壤中氮的形态 水溶性 速效氮源 <全氮的5% 1. 有机氮 水解性 缓效氮源 占50%~70% (>98%) 非水解性 难利用 占30%~50% 离子态 土壤溶液中 2. 无机氮 吸附态 土壤胶体吸附 (1%~2%) 固定态 2:1型粘土矿物固定 矿化作用 固定作用null三、土壤中氮的转化null(一) 有机态氮的矿化作用 (氨化作用)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 异养微生物 水解酶 氨化微生物 水解、氧化、还原、转位null3. 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≤25:1 4. 结果：生成NH4＋－N (有效化)null(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)null(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：① pH值 NH3挥发 6 0.1% 7 1.0% 8 10.0% 9 50.0% OH－ H＋null 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)null(四) 硝化作用 1. 定义：通气良好条件下，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－＋O2 2NO3－ 3. 影响条件：土壤通气状况、土壤反应、 土壤温度等null最适条件：铵充足、通气良好、 pH6.5～7.5、25～30oC 4. 结果：形成NO3- -N 利：为喜硝植物提供氮素 (有效化) 弊： 易随水流失和发生反硝化作用 (无效化)null(五) 无机氮的生物固定 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 生物固定 生物固定 有机氮 硝化作用 硝酸还原作用null3. 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null 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。 (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 pH5～8，温度30～35oC(七) 反硝化作用 NO3－ N2 、NO、NO2生物反硝化 化学反硝化null稻田氮素损失的主要途径：占氮肥损失的35％null2. 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)， 并污染大气(八) 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null1. 氨化作用 (有机态氮的矿化作用)：在微生物作用下，土壤中的含氮有机质分解形成氨的过程。(氮素有效化) 2. 土壤粘土矿物对NH4+的固定 (暂时无效化) 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3. 氨的挥发损失：在中性或碱性条件下，土壤中的NH4+转化为NH3而挥发的过程。(氮素无效化)null4. 硝化作用：通气良好条件下，土壤中的NH4+在微生物的作用下氧化成硝酸盐的现象。 (有效化：为喜硝植物提供氮素；无效化：易随水流失和发生反硝化作用)5. 反硝化作用 (氮素无效化) 生物反硝化作用：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 (N2 、N2O、NO)从土壤中逸失的现象。 化学反硝化作用： 在好气或嫌气条件下，NO2- 还原为气态氮(N2 、N2O、NO)从土壤中逸失的现象。null稻田氮素损失的主要途径：占氮肥损失的35％12null 6. 硝酸盐的淋洗损失：土壤中的NO3- -N 随水渗漏或流失的现象，可达施入氮量的5% ~10%。 (氮素无效化) 7. 无机氮的生物固定：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。 (暂时无效化) 8. 硝酸还原作用：嫌气条件下，少部分的NO3-还原为NH4+的现象 (作用机理仍不清楚)。null四、土壤的供氮能力及氮的有效性 全 氮——土壤供氮潜力 有效氮——土壤供氮强度 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 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null小结：土壤有效氮增加和减少的途径增加途径减少途径化学氮肥的当季利用率：20% ~ 50%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 矿物燃烧植物吸收带走 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)null第三节 氮肥的种类、性质和施用 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主要的地位。null(一) 我国氮肥生产的发展 1935年我国在大连和南京建成了两座氮肥厂生产硫铵，最高年产量仅为22.7万吨(1941年)； 1953年我国氮肥产量以纯养分计算为5万吨(25g/亩)； 1969-1978年为各类肥料厂大发展时期，全国新建1000余座小氮肥厂和10余座年产30万吨合成氨的大型氮肥厂； 1983年全国氮肥产量猛增至1 109万吨(折N)，列世界第二位； 1991年氮肥产量跃居世界第一位，以后一直稳居第一； 1997年我国氮肥生产开始有盈余，不需进口即能满足国内需求。 2008年我国化学氮肥总产量为4 331.2万吨(折N)，仍稳居世界第一位。null(二) 我国氮肥生产的特点 自1970年至本世纪初，不论是引进国外大型合成氨装置的建成投产，还是中型氮肥企业的改造、建设，小氮肥企业的产量一直占我国氮肥产量的50%以上，超过大、中型氮肥企业产量的总和。碳铵生产装置null小氮肥企业： 本世纪初，我国小氮肥企业共有六百多个，总资产约600亿元，从业人员60多万人。2000年生产合成氨1693.5万t、氮肥1218.2万t (折纯氮)，分别占全国合成氨、氮肥产量的50.35%和50.8%。 自1960年以来，小氮肥累计为农业提供氮肥2亿多吨。有力地支援了农业的发展。同时，小氮肥工业的发展带动了煤炭、电力、机械制造、运输等行业的发展，解决了数百万人的就业问题。null 总的来看：我国氮肥生产特点是产量大，规模小，产业集中度低。 入世后，我国氮肥产量仍居世界第一，但全国660多家氮肥生产厂中，只有26家(28套)合成氨装置的能力达到30万t/a以上，其余全为中小型企业(氮肥的产量占78%)，全国氮肥合成 氨单套平均规模仅为4万t/a。 因此，应加强企业的技术改 造、加快原料结构和产品结 构的调整，在天然气、煤资 源丰富的地区适当建设大型 氮肥生产装置。大型合成氨装置nullnull 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 ) 2 HPO4 O2 HNO3 NH3 NH4NO3 Na2CO3 NaNO3 + H2CO3 CaCO3 Ca(NO3)2 + H2CO3 KCl KNO3 + HCl +NH3 +null(四) 氮肥生产与环境污染及防治 废气 合成氨的大气污染物主要是CO、含氨废气和氮氧化物； 硝酸铵厂和尿素厂 的造粒工序会产生烟雾 和灰尘。2. 废水 氮肥厂排出的废水有三个来源：①用于制造过程的水；②冷却水；③用于辅助操作的水。氮肥厂外观null表 氮肥厂废水特征null3. 废气和废水控制 ① 选择合适的地点建化肥厂 ② 选择清洁生产 (控制废气、废水) ③ 进行末端治理 (硫氧化物、 烟尘、CO)合成氨和尿素生产企业null(五) 国内外氮肥生产情况 1. 世界氮肥生产的主要国家 2. 我国的氮肥生产 3. 我国氮肥品种的变化 4. 某些国家氮肥生产品种 5. 我国常用氮肥的价格合成氨和尿素生产企业null 我国2009年化学氮肥的总产量为4 825.8万吨(折N)，仍稳居世界第一位。null产量 （万吨纯氮 ）年 份图 中国的氮肥生产情况-1null图 中国的氮肥生产情况-2年 份产量（万吨纯氮 ）nullnullnull5. 我国常用氮肥的价格-1 (元/吨) 氮肥品种 2002~2003年 2004年8月 2005年8月 (参考价) (零售价) (零售价) 尿 素 850～1200 2035 1990 碳酸氢铵 380～440 590 585 氯化铵 360～490 硫酸铵 550～700 硝酸铵 800～1250 2400 2600 硝酸钙 2000～3000 3000 3200 硝酸钾 3000～4500 3800 4000null表 我国常用氮肥的价格-2 (元/吨) 来源：null表 我国常用氮肥的价格-3 (元/吨) 来源： 等null广东省2010年8月份肥料零售价格一览表 (元/吨)来源：null二、铵态氮肥 (Ammonium fertilizers) 包括：液氨、氨水、碳酸氢铵、氯化铵、硫酸铵 (Liquid ammonia, Ammonia water, Ammonium bicarbonate, Ammonium chloride, Ammonium sulfate) (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null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。null氨 水氨水的储运运送氨水的槽罐车盛装氨水的塑料罐null氯 化 铵硫 酸 铵null(三) 在土壤中的转化和施用 表 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＋H2O NH4＋＋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 对土壤没有副作用 适于各种土壤和 大对数作物null氨 + 二氧化碳 + 水 NH3 CO2 H2O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nullnull表 硫酸铵在不同土壤中的转化null 化学肥料进入土壤后，如果植物吸收肥料中的阳离子比阴离子快，土壤溶液中就有阴离子过剩，生成相应的酸性物质，久而久之就会引起土壤酸化。这类肥料称为生理酸性肥料 (Physiologically acid fertilizer/salt)。反之，即为生理碱性肥料 (Physiologically alkaline fertilizer/salt)。生理酸性 (碱性) 肥料nullnull表 氯化铵在不同土壤中的转化nullnull土壤中铵态氮肥变化示意图null三、硝-铵态和硝态氮肥 (Nitrate fertilizers) 包括：硝酸铵、硝酸钠、硝酸钙、硝酸钾 (Ammonium nitrate, Sodium nitrate, Calcium nitrate, Potassium nitrate) (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硝酸铵null硝 酸 钙 (易吸湿潮结块)硝态氮肥燃烧 (易燃易爆)null硝酸铵 (颗粒状肥料)null(二) 理化性质与施用 表 硝－铵态和硝态氮肥的基本性质和施用 品种 分子式 含氮量 (%) 性质 施用 硝酸铵 HN4NO3 34~35 旱地追肥 硝酸钠 NaNO3 15~16 生理碱性盐 少量多次 硝酸钙 Ca(NO3)·7H2O 12.6~15 吸湿性 (叶面喷施 硝酸钾 KNO3 14 助燃性 水培营养 硝酸铵钙 15.5 液氮源) 5Ca(NO3)· HN4NO3·7H2O (生理酸性盐)null硝 酸 铵 钙 (易吸湿结块)null土壤中硝态氮肥变化示意图硝酸还原作用null 表 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）null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 尿 素 肥 料null酰胺态氮肥——尿素(urea) 纯品为白色针状结晶 肥料为颗粒状针状结晶颗粒状null大粒尿素颗粒状的尿素肥料null 吸湿性强的肥料，如碳铵、硝铵、尿素等，通常会加入疏水物质并造粒。 为什么有些肥料在生产时要造成颗粒状？ null表 尿素的品质规格null(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 1. 水解作用 CO(NH2)2 (NH4) 2CO3 NH3＋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 oC 7~12天 20 oC 4~ 5 天 完全转化 30 oC 2~ 3 天null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)1 和 2 均是影响尿素肥效的主要原因null尿素在土壤中变化的示意图null(三) 施用 可作基肥、追肥，深施覆土 宜作根外追肥 原因：？ 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%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null 铵态氮肥、硝态氮肥、尿素均为速效氮肥，它们有什么优点和缺点？优点：水溶性、肥效快、 价格较易接受 缺点：易挥发、易硝化、易流失、易反硝化 (利用率低) 一次过多施用会造成减产且污染环境 null五、长效氮肥 (一) 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 肥效长 (利用率高) 作物早期生长供氮不足 一次性施肥可代替 价格较昂贵 多次追肥；对环境污染轻null(二) 长效氮肥的种类 1. 缓释肥料 (Slow Release Fertilizers，SRF) 含义：施用后在环境因素(如微生物、水)作用下缓慢分解，释放养分供植物吸收的肥料。 品种：脲甲醛 丁烯叉二脲 异丁叉二脲 草酰铵null2. 控释肥料 (Controlled Release Fertilizers，CRF) [中国控释肥网 (http://www.cncrf.com)] 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。 null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。null“接触施肥” 氮肥利用率达80%null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）null长效颗粒碳铵 与普通碳铵相比其具备了四大优点：1. 存放时间长，自然挥发损失率低； 2. 肥料利用率高、增产效果显著； 3. 肥料期长、使用范围广； 4. 使用方便，长期贮存不结硬块，吸湿性减少。 null热塑性材料包膜尿素 特点：包膜材料随温度的变化而控制养分的释放 (养分 释放情况与作为生长快慢及养分需要量相一致) 效果：一次施用较尿素4次施用的平均增产幅度高； 氮素利用率达60%~70%； 可在100~360天内控制尿素的释放速度 缺点：价格昂贵(约为等氮量尿素的2~3倍)； 污染环境(占肥料15%的包膜材料难分解) 小结：在农业生产应用方面受到极大的限制null(三) 长效氮肥的存在问题及改进措施 1. 存在问题 ① 难以满足作物早期及吸肥高峰期的需要； ② 大多数品种价格过高难以在大田推广应用，多用于园艺及多年生观赏植物； ③ 其中的优良品种也难以满足环境特别是可持续发展的要求。 2. 改进措施 ① 以框架结构的大分子有机物质作包裹材料； ② 以分解快慢不同的包膜材料分层包裹； ③ 把分解快慢不同的颗粒按一定比例混合。null华南农业大学肥料与平衡施肥研究室 研制的部分控释肥null本章复习题-2： 10. 铵态氮肥和硝态氮肥在特性方面有何区别？ 11. 请用连线为如下植物选择一种适宜的氮肥： 水稻 烟草 马铃薯 甜菜 硫酸铵 氯化铵 硝酸钠 硝酸铵 12. 尿素属 形态的氮肥，施入土壤后，大部分的尿素 会在 的作用下 为铵态氮和二氧化碳。而 铵态氮又会进一步氧化为 ，从而影响尿素的肥效。13. 尿素作根外追肥施用时，浓度宜在 范围， 肥料中缩二脲的含量不能大于 。 14. 长效氮肥可分为 和 两大类。null第四节 氮肥施用对环境的影响null一、氨氮对环境的影响 (一) 氨挥发对环境的影响 研究表明，氨挥发占施入氮量的5%~47%，占氮素总损失的18%~100%。每年从肥料生产和施用过程中向大气迁移的NH3可达8.4TgN(百万吨纯氮)，比从氮肥施用过程中向大气迁移的NO2(1.5TgN)多得多。NH3不仅以干湿沉降返回地表，加速水体富营养化，或再作为NO2和NO的二次源，而且还影响土壤作为甲烷汇。null(二) 氨对植物的毒害 浓度：开始毒害浓度：0.15mM 致死浓度： 6.0mM 症状：根：根尖分泌粘性物质，根呈褐黄色， 无根毛，不长新根，根量减少， 毒害严重时，老根发黑、坏死 叶：叶片最初表现为凋萎软弱，色泽暗绿，随后发黄 焦枯 机理：在根部：抑制根部呼吸，破坏氧化磷酸化；影响其它 离子吸收 在叶部：抑制植物光合磷酸化作用 预防措施：改进施肥方法，控制肥料用量，选好施肥时机null二、硝酸盐的污染 (一) 硝酸盐在植物体内的积累 1. 不会毒害植物 (奢侈吸收) 2. 有通过食物链危及动物和人的潜在可能null(二) 硝酸盐淋溶流失对水体的污染 NO3-带负电，不被带负电荷的土粒吸附，因此，很容易被降雨和灌溉水淋溶到地下水、河流、湖泊等排水系统，结果造成：null 国际上一般认为无机总氮为0.2mg/L、磷酸态磷为0.02mg/L是湖泊富营养化发生的临界浓度。 我国地面水环境质量标准规定，为了防止水质富营养化，湖泊、水库等封闭性水域无机态总氮的含量应≤0.1mg/L，无机态总磷为0.025mg/L(II级水)和0.05 mg/L(III级水) 。nullnull表 我国“三湖”富营养化变化及其影响null 内海外海水华严重云南滇池状况 异常富营养化null表 各种污染源对“三湖”总氮、总磷的贡献率(%)注：面源污染包括农业、畜牧业和渔业。null 针对水体富营养化的修复技术目前主要有三类： (1) 化学方法 (2) 物理方法 (3) 生物方法 也称为水体生物修复技术。 生物修复是利用种植的植物或培养、接种的微生物的生命活动，对水中污染物进行迁移、转化及降解，从而使水体得到净化的技术。 “三湖”早在“九五”期间已被定为国家水污染防治重点，现已初见成效。null生物修复的具体技术： ① 采用人工湿地处理废水技术 ② 应用水生植物进行污水处理技术 ③ 利用无土栽培技术栽培陆生植物 利用无土栽培原理在富营养化水面漂浮种植经济价值高的观赏花卉、绿化苗木、蔬菜等陆生植物，这些植物能吸收利用水体中的有效态氮、磷来满足生长的需求，通过收获这些植物，从而达到净化水体中氮磷的目的。应用这种技术，生物量容易收获，且陆生植物含水量较低，后续处理较水生植物容易。 null水体生物修复技术的效果我校湖泊的状况-12008.11.05 出现富营养化现象我校湖泊的状况-1null2008.12.132008.12.17打捞水浮莲我校湖泊的状况-2我校湖泊的状况-2(三) 硝酸盐反硝化作用对大气的影响(三) 硝酸盐反硝化作用对大气的影响1. 破坏臭氧层 反硝化作用产生的N2O，在平流层 参与重要的大气反应而消耗臭氧。 据美国宇航局观测，自1969年以来，除赤道外，全球所有地区臭氧层中臭氧含量减少3%~5%，对人类和生物产生了直接不利效果。 臭氧层中臭氧含量减少10%，地面不同地区的紫外线辐射将增强19%~22%，由此引起的皮癌发病率将增加15%~25%。 据估算，本世纪初，人类工农业生产中所产生并逸入大气层中的N2O 有1500Tg(百万吨)，能使臭氧含量减少百分之几，到本世纪末，臭氧含量将会减少8%。null2. 加剧温室效应 大气中CO2、CH4、和N2O是重要的温室气体，它们对全球气候变暖的增温贡献分别为60%、15%和5%。 据估计，大气中20%的CO2、70%的CH4和90%的N2O来源于农业活动和土地利用方式的转换等过程。 N2O 是氮素在土壤中反硝化作用的产物。它具有较强的增温潜势及在大气中较长的滞留时间，它的增温潜势约为CO2的290~300倍。 据估计，大气圈中N2O的浓度以0.2%~0.3%的年增长速率递增，预测到本世纪末，N2O在全球温室效应中的贡献将从5%上升到10%。null 据报道：1985～1996年间，我国投入的总氮量为2.2亿吨，经流失和反硝化损失的氮素达1亿吨。 若每吨纯氮按250美元计算，经济损失达250亿美元！ null第五节 氮肥的合理分配和施用讨论题： 1. 怎样测定氮肥利用率？我国的氮肥利用率约为多少？ 2. 如何根据气候条件和土壤肥力条件合理分配和施用 氮肥？ 3. 如何根据作物需肥特性和氮肥特性合理分配和施用氮肥？ 4. 为什么提倡氮肥深施？具体如何实施？ 5. 氮肥与有机肥料及磷钾肥配合施用有什么好处？ 6. 怎样估算氮肥的用量？目前氮肥适宜用量的范围是多少？null第六章讨论题： 怎样测定氮肥利用率？我国的氮肥利用率约为多少？ (负责同学：) 2. 如何根据气候条件和土壤肥力条件合理分配和施用氮肥？ (负责同学：) 3. 如何根据作物需肥特性和氮肥特性合理分配和施用氮肥？ (负责同学：) 4. 为什么提倡氮肥深施？具体如何实施？ (负责同学：) 5. 氮肥与有机肥料及磷、钾肥配合施用有什么好处？ 6. 怎样估算氮肥的用量？目前氮肥适宜用量的范围是多少？ (负责同学：)null讨论题： 1. 怎样测定氮肥利用率？我国的氮肥利用率约为多少？ 2. 如何根据气候条件和土壤肥力条件合理分配和施用 氮肥？ 3. 如何根据作物需肥特性合理分配和施用氮肥？ 4. 如何根据氮肥特性合理分配和施用氮肥？ 5. 为什么提倡氮肥深施？具体如何实施？ 6. 氮肥与有机肥料及磷钾肥配合施用有什么好处？ 7. 怎样估算氮肥的用量？目前氮肥适宜用量的范围是多少？null第五节 氮肥的合理分配和施用一、氮肥利用率 (一) 定义：指当季作物从所施肥 料中吸收氮素的数量 占施氮量的百分数。 (二) 测定方法 1. 差值法 2. 15N示踪法null1. 差值法 一般是通过测定施N区和无N区作物吸N量的差值，再计算其占小区施N量的百分数，即氮肥利用率。式中：Nh——施氮区作物吸氮量 No——无氮区作物吸氮量 Na——施用氮肥的总氮量无氮区施氮区null2. 15N示踪法 是一种直接测用N肥利用率的方法。它是由富集15N（高15N原子百分超）生产一定形态的标记氮肥，将其施用后测定吸入植物体中氮素的15N原子百分超，进而根据15N丰度的稀释原理计算氮肥利用率。null 应用15N示踪法测定作物对氮肥利用率的主要优点在于，能直接测出氮肥中15N丰度在植株体内的稀释程度，从而计算出肥料N的利用率。所以，15N标记肥料的应用被公认为研究氮肥利用率的一项有效手段。另外，15N法还可以测定作物不同生育阶段土壤供应的有效氮素(即A值)，肥料氮的平衡或去向等。 差值法计算的结果往往与N肥增产效果更为一致。15N法测定的氮肥利用率一般略低于差值法的测定值。null表 不同作物的氮肥利用率 (%) 作物 氮素利用率 作物