氮元素及氮肥一(培训材料)

内部员工培训材料,氮元素及氮肥(一)上海汉和农化总监 王秀群,氮 肥,§1 作物的氮素营养 §2 土壤氮素状况 §3 常用化学氮肥的性质与施用 §4 氮肥利用率及其提高途径,§1 植物的N素营养,1.1 N在植物体内的生理功能 1.2 植物对N的吸收与同化 1.3 NH4+与NO3-的营养特点, 参与作物体内结构物质及生活物质的合成，并为许多重要物质的成分, 促进并调节植物生长,N素主要促进与N素吸收的同时正在生长的器官与部位的生长，而对尚未分化或已经定型的器官与部位作用很小甚至无效。, 影响农产品品质,影响农产品中粗蛋白含量增加N素供应（尤其生长后期）可增加农产品中蛋白质含量，但在评价其对农产品品质的影响时应慎重。因为： 农产品用途不同对蛋白质含量的要求不同 农产品中蛋白质含量提高常伴随人体必需氨基酸含量降低 蛋白质含量过高可导致农产品食味品质下降,影响农产品中硝酸盐含量 产品中NO3-和NO2-是近年来引人注意的主要品质指标。 人体内NO2-含量过量能导致高铁血红蛋白症，引起血液输氧能力下降。 NO2-与次级胺结合转化为一类具有致癌作用的亚硝胺类化合物。 氮肥施用量过大是造成叶菜类植物体NO3-含量大幅度增加的主要原因。, 影响农作物的抗逆性,N素供应增加,原生质合成增加、细胞数量增多、细胞壁变薄,植株含水率提高,肉汁化,对纤维作物不利,抗倒、抗病虫等能力下降,§2 植物的N素营养,1.1 N在植物体内的生理功能 1.2 植物对N的吸收与同化 1.3 NH4+与NO3-的营养特点,植物吸收的氮素形态,高等植物可以利用的的形态主要是NH4+、NO3-，也能少量吸收NO2-及一些简单的有机含氮化合物，如氨基酸、酰胺（如尿素）等。,植物对N的同化,对NH4+的同化,对NO3-的同化,N在植物体内的运转,N素在植物体内运转的方向随生长中心的转移而变化。运转的总趋势是：老化器官向新生幼嫩器官输送。在植物生长发育的过程中约有70%的N素可以被再利用。 当N素供应不足时，新生器官要夺取老化器官中的N素从而加速其衰亡。所以缺N症状首先出现在老化器官上，作物基部叶片过早地衰亡是N素供应不足的诊断指标之一。,§2 植物的N素营养,1.1 N在植物体内的生理功能 1.2 植物对N的吸收与同化 1.3 NH4+与NO3-的营养特点,关于植物的喜铵性与喜硝性,一般而言，旱地植物具有喜硝性，而水生植物或强酸性土壤上生长的植物则表现为喜铵性。这是作物适应土壤环境的结果。 植物的喜铵性与喜硝性是相对的，许多植物（小麦、烟草、水稻）在NO3-与NH4+配合供应的情况下生长及品质可得到明显的改善。,A . 不同N源影响植物体内的离子平衡 无机离子：NO3-促进植物吸收阳离子，而NH4+则促进吸收阴离子。 有机阴离子：NH4+消耗有机酸，NO3-则促进有机阴离子合成。有机酸合成增加从动物营养角度看可能会引起一些不良反应，如食物或饲料中草酸的含量过高会导致人或动物体内Ca、Mg的活性降低，同时可能诱发结石病。,不同N源的生理效应,供N形态对白芥离子平衡的影响,不同N源影响碳水化合物的代谢 以NO3-为N源的植物通常含有较多的淀粉，而以NH4+为N源的植物体内淀粉的含量降低而葡萄糖及蔗糖的含量则提高。 影响植物的生育进程 与NO3-营养相比， NH4+营养促使苹果、石竹、等提早开花。对单子叶植物如小麦， NH4+营养可延长营养生长期。 以NH4+为唯一N源易引起NH4+毒害。,§2 土壤N素状况,2.1 土壤N的形态及有效性 2.2 土壤N的转化,土壤N素的来源及含量,土壤N素的来源土壤N素的来源主要是降水、生物固N及施用N肥。成土矿物中虽含N，但较分散，而且风化很慢。,土壤N素的含量 土壤中全N的含量范围：0.020.50% 中国土壤：0.050.35%，多数在0.1%以下。 江苏土壤：0.108±0.046%，属中等偏上水平。全N量高于0.1%的土壤面积占全省土壤总面积的43.96%,相对集中在苏南；全N量低于0.075%的土壤所占的比例为31.5%。其中全N量低于0.05%的土壤面积占6.20%，主要集中苏北。全N量最高的是昆山市，为0.19%；最低的则是丰县，平均为0.056%。,土壤N素的形态与有效性,土壤N素,无机N （5-10%）,有机N （90-95%）,NO3-：存在于土壤溶液，可直接被植物吸收,NO2-：存在于土壤溶液，不稳定。,NH4+,水溶性NH4+,交换性NH4+,固定态NH4+：对植物有效性一般较低,对植物有效性较高,仅有很少的一部分可被作物直接利用，必须经过矿质化作用转化成无机N后才能被大量利用。,土壤速效N：通常指NO3-、水溶性及交换性NH4+。,§2 土壤N素状况,2.1 土壤N的形态及有效性 2.2 土壤N的转化,土壤有机N与无机N的平衡,有机N的矿质化：土壤有机N在微生物作用下转化为氨的过程。 无机N的生物固定：土壤无机N被微生物吸收利用转化为有机N的过程, 概念, 影响平衡的主要因素,有机物的C/N 干湿交替 施用N肥施入无机N可促进土壤有机N的矿化，称为激发效应。,硝化作用,定义土壤中的NH4+在通气良好的条件下由微生物转化为NO3-的过程称为硝化作用。 过程,NH4+,NO2-,NO3-,亚硝酸细菌,硝酸细菌,O2,O2,反硝化作用,定义土壤中的NO3-在通气不良好的条件下由微生物转化为气态N损失的过程称为反硝化作用。土壤中的反硝化作用可以是纯化学过程，也可以在微生物参与下进行，但在农业土壤中以后者为主。 过程,NO2-,NO3-,N2O,N2,NO,大气,影响反硝化作用的主要因素土壤中能进行反硝化作用的微生物称为反硝化作用微生物，多为兼性微生物，在好气（利用O2）及厌气条件（利用NO3-作为氧源）下均可生存，一般在厌气条件下才进行反硝化作用。因此，土壤水、气条件是影响反硝化作用的主要因素。反硝化微生物依靠土壤有机物提供能源及氮还原的电子供体，故土壤有机C的含量对反硝化作用也有较大影响。,氨挥发,定义氨自土表或水面（水田）逸散到大气造成氮素损失的过程。 影响氨挥发的主要因素,* pH及温度,温度和pH对氨态氮占氨态氮和铵态氮总量百分率（%）的影响,影响氨挥发的主要因素,* 土壤中CaCO3含量,CaCO3,pH升高,CaCO3 + NH4X,(NH4)2CO3,+ CaX 溶解度影响氨挥发,氨挥发,氨挥发程度：（NH4）2SO4 > （NH4）2HPO4 > NH4Cl,§3 化学氮肥的性质与施用,3.1 化学氮肥的分类 3.2 铵态氮肥 3.3 硝态氮肥 3.4 尿素,氨加工,习惯将在合成氨基础上制造其它化学氮肥的过程称为氨加工。,合成氨,液 氨,氨 水,铵态氮肥,尿 素,硝酸,硝态氮肥,化学氮肥的分类,§3化学氮肥的性质与施用,3.1 化学氮肥的分类 3.2 铵态氮肥 3.3 硝态氮肥 3.4 尿素,铵态氮肥的种类,铵态氮肥,液氨 氨水 碳酸氢铵 硫酸铵 氯化铵,挥发性氮肥,稳定性氮肥,铵态氮肥的共同特性,易溶于水，肥效快； 易被土壤胶体吸附，不易流失； 在通气良好的土壤中易发生硝化作用； 生理酸性N肥； 不能与碱性物质混合施用； 挥发性N肥在任何土壤上均应深施；稳定性N肥在碱性、石灰性土壤上应深施；水田中铵态N肥应深施。,液氨,碳酸氢铵（碳铵）,制造20%浓氨水吸收CO2 碳酸铵溶液 + CO2 碳酸氢铵晶浆液 浓缩、离心、干燥 碳酸氢铵产品,理化性质 水溶液呈碱性（pH8.2-8.4） 不稳定易分解NH4HCO3 NH3 + CO2 + H2O,农业化学性质NH4HCO3 NH4+ + HCO3-,被土壤胶体吸附,不影响土质,碳铵具有稳定的农化性质,硫酸铵（硫铵）与氯化铵,制造硫铵常为炼焦工业的副产品，氯化铵则主要是纯碱联合工业的副产品。 性质两者均为生理酸性肥料 长期施用均可导致土壤脱钙板结 SO4-：-对喜硫作物（如马铃薯）有利，-水田不宜多用。 Cl：-对忌氯作物（如烟草）不利，-盐碱地不宜施用。,§3 化学氮肥的性质与施用,3.1 化学氮肥的分类 3.2 铵态氮肥 3.3 硝态氮肥 3.4 尿素,硝态氮肥的共同特性,易溶于水，肥效快，最适宜作追肥； NO3-易流失，且在通气不良的条件下易发生反硝化作用，固水田一般少用硝态N肥； 易吸湿结块； 强氧化剂，贮藏、运输时须注意安全； 生理碱性N肥。,§4 化学氮肥的性质与施用,4.1 合成氨与氨加工概述 4.2 铵态氮肥 4.3 硝态氮肥 4.4 尿素,尿素的制造,1773年：从尿液(Urine)中分离出结晶，取名尿素（Urea） 1828年：德国化学家Wohler用加热氰酸铵法制取尿素，是人 类首次从无机物合成有机物。NH4CNO CO（NH2）2 1922年：德国开始商品尿素合成。2NH3 + CO2 CO（NH2）2,真空结晶,纯净尿素,造粒、干燥,尿素肥料,尿素肥料的性质,含氮量：42-46%，为目前世界上含氮量最高的固体N肥。 溶解性能：20时，100ml水中可溶解105g尿素。水溶液为中性，尿素在水中不电离，溶解呈吸热反应。 吸湿结块性：较弱。颗粒状，表面有蜡质层。 副成分：缩二脲 2CO（NH2）2 NH2CONHCONH2 + NH3 （T>135）土壤施肥一般应低于2%，叶面喷施应低于0.5%。,尿素施入土壤后的转化,以氢键与土壤（粘土矿物或腐殖质）结合，可在一定的程度上减少流失。,尿素施入土壤后的转化,在土壤中脲酶的作用下水解：,脲酶抑制剂,脲酶的特性脲酶在土壤中广泛存在，尿素施入土壤后的水解速率主要取决于脲酶的活性。影响脲酶活性的因素主要有：土壤pH、温度、水分、土壤质地等。 土壤温度对尿素水解速度的影响,尿素肥料的施用,适用于各种土壤和作物; 主要用作基肥与追肥，一般不宜作种肥，如必须作种肥，用量应严格控制在2.5kg/亩以下; 最适作根外追肥，浓度一般为0.5-2.0%，因作物而异。,§4 氮肥利用率及其提高途径,4.1 氮肥利用率的概念 4.2 氮肥利用率的测定方法 4.3 提高氮肥利用率的途径,作物吸收的肥料N量占所施肥料中总N量的百分率称为氮肥利用率。,定义:,范围:,美国 30-50% 日本 50% 中国 30-40%（变幅9-72%）,氮肥施入土壤后的去向,作物吸收利用,土壤残留,损失,§4 氮肥利用率及其提高途径,4.1 氮肥利用率的概念 4.2 氮肥利用率的测定方法 4.3 提高氮肥利用率的途径,如何区分作物体内的土壤N与肥料N？, 差减法, 15N同位素法,在其它条件均相同的情况下，两类方法测定的N肥利用率是否一致？, 差减法,土壤N + 激发效应,因为：激发效应>0，（一般情况） 所以：差减法利用率>15N同位素法利用率,§4 氮肥利用率及其提高途径,4.1 氮肥利用率的概念 4.2 氮肥利用率的测定方法 4.3 提高氮肥利用率的途径,提高氮肥利用率的途径,改进氮肥剂型,改进施氮技术,提高作物氮素吸收利用能力,