作物对氮的需要利用和氮肥的施用

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1、作物对氮的需要利用和氮肥的施用R.A.OLSON和L.T.KURTZ美国内布拉斯加大学和伊利诺伊大学　　15.1引言　　与其它任何养分相比，N的有效管理确实向农业经营者提出了更加严峻的挑战。没有其它养分需要付出如此大的注意，而且任何措施也不会比N的明智管理带来更大的收益。　　氮进入土壤-植物系统的途径比其它养分要多。氮容易经由NH3的挥发、反硝化作后和淋溶而损失，但又能因降雨和生物固定而增加。这些相互转化是N循环的重要过程，而且在自然和耕作条件下这些过程都可发生。在某些情况下，少量含有N的气体可以从植物叶片中逸出而进入大气。植物叶面吐水排出的水分中和根系分泌物中也都含有氮，由于

2、可以通过自然过程而获得氮和造成氮的损失，所以，用质量平衡方法计算得到的净平衡时的氮量决不会比估计值更为精确。　　与大部分其它植物养分相比，土壤中没有长期贮存植物有效肥料N的机制。虽然NH4+-N可以呈阳离子交换复合体的吸收状态而免遭淋溶，但它仍然容易被微生物转化为N03-，因此，后者则可遭到淋溶和反硝化作用而损失。　　养分，如P、K、Ca和Mg的通常使用量比作物在其生长季节中所利用的数量要大，因此，这些养分残留量大，在土壤中出现“积累”。相反，土壤中留存的N肥较少，因此就出现“短缺”。土壤供N能力不会因大量施用N肥而持续增长。因此，每季作物都需要施用N肥，而不是隔茬或隔开一个种

3、植序列才施肥。从总体来看，作物取走的氮量比其它养分多得多。因此需要用更多的肥料来补充。氮是广泛种植的禾谷类作物籽粒中数量最多的营养物质。而许多根类（块根）作物、果树和一些蔬菜移走的N则小于其它养分，但这类作物其面积比禾谷类作物要小，所以，出售的肥料中N肥占了优势。　　许多土壤能足量地供应P、K以及其它一些养分。因此，它们在未发生严重缺乏以前，还可以供应种植作物多年，而N则常常在几个季节内就会出现不足或缺乏。除一些泥炭土和腐泥土外，还有极少的几种土壤能为增产提供足够的N，因此也就可适当地维持农业生产，然而，非豆科作物要获得高产几乎都需要施用N肥。　　15.2植物对N的利用　　氮无

4、疑是在所有必要的养分中对植物生长的影响最为特殊的营养。N充足时，大田作物则叶色深绿，生长茂盛。当然，所有重要的植物蛋白质组分必然与根区足重供应N水平相一致，但这并不是现象的本质。　　15.2.1N在植物生长中的功能　　植物不可能在无N的土壤上生存。N在植物生长中的主要作用有：（1）是叶绿素分子的成分，（2）构成蛋白质主体的氨基酸的成分，（3）碳水化合物利用的必要成分，（4）酶的成分，（5）促进根系发育和根系活性，（6）有利于其它养分的吸收。　　在缺乏叶绿素时，不可能用水、CO2原料和太阳能合成碳水化合物。叶绿素是每个分子含有时N原子的复杂的光受体（图15-1）。叶绿素还可从太阳

5、辐射中接受能量，在叶绿体中进行光合作用过程以合成植物物质。当N供应不足时，叶片变成浅绿色或黄色，因此这就是明显缺N的症状。　　由于所有的氨基酸在其分子构型中含有N，而蛋白质又系由各种组分的氨基酸结合而成，所以，N是蛋白质全成必不可少的元素。大部分植物蛋白质含N约16%，而且，植物本身的繁殖也赖于蛋白质的生产。典型的例于是禾谷类作物，它们具有一个蛋白质含量下限，在低于些水平时，籽粒就不能形成。(图：图15-1叶绿素分子结构式)　　植物细胞一定的N水平时才能最大地利用光合作用过程中所产生的碳水化合物。在缺乏N的条件下，营养细胞中就能发生碳水化合物的过分积存，其结果是细胞壁加厚，从而

6、限制了原生质的形成，降低了汁液浓度，因此，植物的生长也就减缓。生长着的作物把简单的原料合成大分子，而且在主动运输离子和合成其它物质时需要有自由能的不断输入，其自由能的载体是腺苷三磷酸（ATP），另一类载体则是必不可少的含N化合物。　　许多与植物生长有关的酶都含有N的复合蛋白质质（Stryer，1975）。各种酶系统所涉及到的分子生产因缺N而受到影响，所以限制了生长。这些复合蛋白质在很大程度上决定了植物细胞中化学转化的方式和速率。激素分子是蛋白质、甾类化合物或氨基酸的衍生物，它可作为不同植物细胞活力的协调物（coordinator）。　　N在植物生长及有关根系发育过程中的作用已得

7、到了充分的论证（Keller和Smith，1967；Kmoch等，1957；Holt和Fisher，1960；Olson等，1964a）。氮的有效性调节到最佳时则可增加总根量，促进根系伸展的深度。根的伸展有利于吸收其生长所需水分和其养分。典型的例子是当深层心土含有水分时可以抵抗干旱（Keller和Smith，1976；Linscott等，1962），当施用NH4+态肥料时能明显地提高植物对P肥的吸收。施用N肥和其它养分可使产量增加而水分消耗则增加很小。由于产量增长远远超过了相应的水分消耗的增