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大量元素氮对作物的作用和含氮化肥

曹恭 梁鸣早

氮的元素符号是N，是第一个植物必需大量元素。氮对植物生长是生死攸关的。氮是蛋白质、叶绿素、核酸、酶、生物激素等重要生命物质的组成部分，是植物结构组分元素。　　

一、植物对氮的吸收和转运　　

植物根系可以吸收铵态氮和硝态氮。作物种类不同，吸收铵态氮和硝态氮的比例不同。水稻以吸收铵态氮为主。在温暖、湿润、通气良好的土壤上，旱地作物主要吸收硝态氮。旱地作物在幼苗期大多吸收铵态氮，而主要生育期以吸收硝态氮为主。但在温度过高过低、土壤湿度过大过小、通气不良、使用硝化抑制剂阻断铵态氮转化为硝态氮的情况下，旱地作物被迫吸收利用铵态氮　　

植物吸收硝酸盐为主动吸收，受载体作用的控制，要有H+泵ATP酶参与。铵态氮的吸收机制还不太清楚。根系吸收的氮通过蒸腾作用由木质部输送到地上部器官。植物吸收的铵态氮绝大部分在根系中同化为氨基酸，并以氨基酸、酰胺形式向上运输。植物吸收的硝态氮以硝酸根形式、或在根系中同化为氨基酸再向上运输。韧皮部运输的含氮化合物主要是氨基酸。　　

植物吸收的硝酸盐在植物根或叶细胞中利用光合作用提供的能量或利用糖酵解和三羧酸循环过程提供的能量还原为亚硝态氮，继而还原为氨，这一过程称为硝酸盐还原作用。氨在植株体内参与各种代谢物质的生成。　　

二、氮在植物体内的转化 硝态氮进入植物体后形成氨基酸氨基酸构成蛋白质。 蛋白质是构成细胞原生质的重要成分。在氨同化作用过程中，氨与谷氨酸、天冬氨酸等各种有机化合物相结合，产物为谷氨酰胺、天冬酰胺等。谷氨酰胺和天冬酰胺在氨基酸合成过程中提供氨基，与α-酮酸等底物生成100多种氨基酸，其中有20种氨基酸用来合成蛋白质。　　

甘氨酸和谷氨酸这两种氨基酸参与生成另一种重要生命物质，遗传基因，即核糖核酸和脱氧核糖核酸。二氧化碳、氨、氨基酸，有时还有甲酸盐生成氮碱基（腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶、胸腺嘧啶）。氮碱基与核糖相连，称为核苷。核苷与磷酸连接成核苷酸。核苷酸组成核酸，是生物遗传信息的主要储存库。脱氧核糖核酸将植物遗传信息转录到核糖核酸，核糖核酸将信息翻译为多肽的氨基酸顺序，形成蛋白质。　　

氮还参与合成叶绿素，植物的绿色就是叶绿素的颜色。先由L-谷氨酸形成δ-氨基-γ-酮戊二酸，再生成胆色素原（吡咯环），再合成尿卟啉原，继而生成原卟啉，又生成原叶绿素酸酯，最终形成叶绿素。　　

氮还参与合成酶、辅酶、辅基。酶是一类具有特殊功能的蛋白质，可以催化生物反应过程。简单蛋白质酶类除蛋白质外不含其他物质，结合蛋白质酶类则由蛋白质和称为辅助因子的非蛋白质的小分子物质组成全酶。辅助因子包括辅酶、辅基和金属离子。辅酶和辅基的组成与维生素和核苷酸有关。　　

氮还参与合成各种维生素。维生素B1含有氨基和硫，又叫硫胺素，在生物组织中常以硫胺素焦磷酸酯（TPP）形式存在。维生素B2又叫核黄素，是许多氧化还原酶、黄酶的辅基。维生素B6是吡啶的衍生物。吡哆醇在无机磷、ATP参与下能转变成磷酸吡哆醛。它是氨基转移酶的辅酶。维生素PP为尼克酰胺。尼克酸在生物体内由色氨酸转变而来，构成脱氢酶的主要辅酶烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP）的成分。　　

氮还参与合成各种生物碱，包括烟碱、茶碱、可可碱、咖啡碱、胆碱、奎宁、麻黄碱等。胆碱是卵磷脂的重要成分，卵磷脂参与生物膜的合成。　　

氮还参与合成各种植物激素（生长素和细胞分裂素也是含氮有机化合物）和酰脲（尿囊素、尿囊酸、瓜氨酸、β-尿基丙酸和β尿基异丁酸等也是储存和运输形态的氮，和谷氨酰胺和天冬酰胺一样，是植物体内储存、转运氨和解除氨毒的形态。）　　

三、植物缺氮和过量症状　　

植物缺氮就会失去绿色，植株生长矮小细弱，分枝分蘖少，叶色变淡，呈色泽均一的浅绿或黄绿色，尤其是基部叶片。　　

蛋白质在植株体内不断合成和分解，因氮易从较老组织运输到幼嫩组织中被再利用，首先从下部老叶片开始均匀黄化，逐渐扩展到上部叶片，黄叶脱落提早。株型也发生改变，瘦小、直立，茎杆细瘦。根量少、细长而色白。侧芽呈休眠状态或枯萎。花和果实少。成熟提早。产量、品质下降。　　
(图：小麦缺氮时氮从老叶转移到新叶中，老叶均匀发黄，植株生长矮小细弱)

(图：棉花缺氮生长矮小，叶色淡，呈浅绿或黄绿，色泽均一。缺氮症状下部叶先变黄后延续到上部叶。株型瘦小、茎杆细瘦。根量少、细长而色白。提早成熟，籽棉品质低)

(图：大豆缺氮植株生长矮小，分枝分蘖少，叶色变淡，呈浅绿或黄绿，色泽均一，尤其是基部叶片下部叶片先黄)

禾本科作物无分蘖或少分蘖，穗小粒少。玉米缺氮下位叶黄化，叶尖枯萎，常呈“V”字形向下延展。双子叶植物分枝或侧枝均少。草本的茎基部常呈红黄色。豆科作物根瘤少，无效根瘤多。　　
(图：玉米缺氮下位叶黄化，叶尖枯萎，呈“V”字形向下延展)

叶菜类蔬菜叶片小而薄色淡绿或黄绿，含水量减少，纤维素增加，丧失柔嫩多汁的特色。结球菜类叶球不充实，商品价值下降。块茎、块根作物的茎、蔓细瘦，薯块小，纤维素含量高、淀粉含量低。　　

果树幼叶小而薄，色淡，果小皮硬，含糖量虽相对提高，但产量低，商品品质下降。　　

除豆科作物外，一般作物都有明显反应，谷类作物中的玉米；蔬菜作物中的叶菜类；果树中的桃、苹果和柑橘等尤为敏感。　　

根据作物的外部症状可以初步判断作物缺氮及其程度，单凭叶色及形态症状容易误诊，可以结合植株和土壤的化学测试来做出诊断。　　

植株氮过量时营养生长旺盛，色浓绿，节间长，腋芽生长旺盛，开花座果率低，易倒伏，贪青晚熟，对寒冷、干旱和病虫的抗逆性差。　　
(图：玉米氮过量成熟时缨为绿色)

(图：柑橘氮过量果实颜色欠佳)

(图：马铃薯遇氨气叶片受损坏死)

(图：苹果氮不足与过量叶片)

(图：番茄氮过量幼苗萎蔫)

(图：苹果氮素过量的叶片大而有皱)

(图：黄瓜氮过量叶片镶金边)

(图：柑橘植株氮过量叶色浓绿徒长)

(图：番茄氮过量果实症状类似缺钾)

(图：黄瓜氮严重过量叶片萎蔫)

(图：水稻氮过量引起倒伏)

(图：苹果氮过量的果实)

氮过量时往往伴随缺钾和/或缺磷现象发生，造成营养生长旺盛，植株高大细长，节间长，叶片柔软，腋芽生长旺盛，开花少，座果率低，果实膨大慢，易落花、落果。禾本科作物秕粒多，易倒伏，贪青晚熟；块根和块茎作物地上部旺长，地下部小而少。过量的氮与碳水化合物形成蛋白质，剩下少量碳水化合物用作构成细胞壁的原料，细胞壁变薄，所以植株对寒冷、干旱和病虫的抗逆性差，果实保鲜期短，果肉组织疏松，易遭受碰压损伤。可用补施钾肥以及磷肥来纠正氮过量症状。有时氮过量也会出现其它营养元素的缺乏症。　　

四、土壤和大气中的氮循环　　

在20世纪以前，土壤中的氮都是在自然氮循环过程中来自大气。大气中含氮78%，主要通过固氮菌固氮和大气放电固氮进入土壤，被植物吸收利用，还可能进一步成为动物的食粮。动物粪便和植物秸杆是大气-土壤-植物-动物氮循环的环节。现在通过人工合成氨固氮，制造出尿素、碳酸氢铵、硫酸铵等一系列含氮肥料，通过土壤施用和叶面喷施加入这一循环中。　　

动物粪便和植物秸杆这些有机物质进入土壤后，在一系列土壤微生物的作用下，经过一系列分解转化过程。如果碳氮比小于25，会释放出铵态氮，铵态氮在硝化细菌的作用下，经过两步变为硝态氮。土壤温度、湿度、通气状况、pH值、微生物种群数量等条件决定其转化速率和数量。这需要一段较长的时间。碳氮比大于30的有机物质在土壤中要吸收一部分土壤中原有的矿质氮用于微生物分解活动，待碳氮比小于25后再释放氮。有机肥中鸡粪含氮量最高，猪粪其次，食草动物较低，植物秸杆含氮量低。　　

化肥中的铵态氮也要经过硝化作用转化为硝态氮，与有机肥无异。 铵与钾相近，容易被土壤吸附。硝酸根则比较容易随水流失，进入地下水或河流湖海中会造成环境污染。在通气不良、湿度过大的土壤中，硝酸根会产生反硝化作用生成氮氧化物释放到空气中损失掉。　　

五、市场上主要的含氮化肥　　

含氮化肥分为两大类：铵态氮肥和硝态氮肥。 铵态氮肥主要包括碳酸氢铵、硫酸铵、氯化铵等。尿素施入土壤后会分解为铵和二氧化碳，可视为铵态氮肥。铵态氮肥是含氮化肥的主要成员。使用铵态氮肥时应注意两个问题。第一是铵能产酸，施用后要注意土壤酸化问题。第二是在碱性土壤或石灰性土壤上施用时，特别是高温和一定湿度条件下，会产生氨挥发，注意不要使用过量造成氨中毒。其它含铵化肥还有磷酸一铵、磷酸二铵、钼酸铵等，在主要作为其它营养元素来源时也应同时考虑其中铵的效益和危害两方面的作用。　　

硝态氮肥主要包括硝酸钠、硝酸钾、硝酸钙等，使用时往往注重其中的钾、钙等营养元素补充问题，但也不应忽视伴随离子硝酸盐的正反两方面作用。施用硝态氮肥则应注意淋失问题，尽量避免施入水田，对水稻等作物仅可叶面喷施。硝态氮肥肥效迅速，作追肥较好。另外， 在土壤温度、湿度、通气状况、pH值、微生物种群数量等条件处于不利情况下，肥效远远大于铵态氮肥。　　

硝酸铵既含铵又含硝酸盐，使用时要同时考虑这两种形态氮的影响。
(图：马铃薯遇氨气叶片受损坏死)

(图：莴苣硝酸盐和氯化物中毒而“烧边”)

(图：番茄氮过量幼苗萎蔫)

(图：番茄氮过量果实症状类似缺钾)

(图：苹果氮素营养失衡)

(图：苹果氮过量的果实)

(图：苹果氮素过量的叶片大而有皱)

(图：苹果氮不足与过量叶片)

(图：黄瓜氮过量叶片镶金边)

(图：黄瓜氮严重过量叶片萎蔫)

(图：水稻氮过量引起倒伏)

(图：高粱叶片硝酸盐中毒叶片自边缘起向内变黄变褐)