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氮素及氮肥—企业培训教材 中海化学科技部 沈兵 1.1 植物和土壤中的氮素 植物必需的营养元素中，氮是影响植物生长和产量形成的首要元素。而我国的土壤普遍 缺氮，氮肥的用量远远超过磷肥和钾肥。在氮、磷、钾中氮肥肥效一直居于首位。 空气中氮气占五分之四，是取之不尽的氮源。可惜植物不能直接利用空气中的氮，必须 通过工业或生物的途径，将空气中的氮合成为氮的化合物，才能被植物利用。前者主要是生 产合成氨，后者主要是豆科植物的生物固氮。 氮占植物体干重的0.3% －5%，平均含量约为1.5%，是除C、H 、O 外含量最高的营养 元素。它的生理功能主要有以下几方面：①是蛋白质和核酸的主要组成元素。蛋白质中含氮 16%－18%，核酸中含氮15%－16%。蛋白质是构成植物细胞原生质的基础物质，没有氮就 不能形成蛋白质，植物就不能维持生命。氮素是一切生物体不可缺少的，故有生命元素之称。 核酸及其与蛋白质结合的核蛋白，在植物生活和遗传变异过程中有特殊的作用。②是叶绿素 的组成元素。绿色植物利用光能将二氧化碳和水合成有机物质，称光合作用。缺少氮素会影 响有机物的合成。③是植物体内许多酶的组成元素。酶是一类特殊的蛋白质，是植物体内各 种物质转化的催化剂，控制着各种代谢过程。此外，氮还是一些维生素和生物碱的组分。 氮素不足或过量容易从作物长相上看出来。氮素不足时植株矮小，叶片小而薄，叶色浅 绿甚至发黄，植株常出现早衰，禾谷类作物穗小，籽粒不饱满。氮素在植物体内可再度利用， 缺氮时老叶中的蛋白质分解，氮素可供幼叶利用。因此，植株下部叶片先黄化，逐步向上部 扩展， 可作为判别作物缺氮的显著特征之一。氮素过量时作物叶片肥大，颜色深绿，柔软 多汁，茎秆细弱，贪青晚熟，易倒伏。棉田因叶片相互遮荫，通风透光差，蕾铃脱落严重。 瓜果则糖分下降，不耐贮藏。马铃薯、甘薯则地上部旺长，结薯小而少。因此，必须合理施 用氮肥。 除豆科作物能与根瘤菌共生，固定空气中的氮素外，绝大多数作物所需要的氮素来自土 壤。土壤中的含氮化合物可分为有机态和无机态两大类。在耕层土壤中有机态氮占 90% 以 上。因此，土壤有机质含量高的土壤，氮素含量也高。有机态氮主要存在于土壤腐殖质、动 植物和微生物残体、施入的有机肥料中。有机态氮不能被作物直接吸收利用，必须经过土壤 微生物分解为无机态氮才对作物有效。按分解的难易有机态氮可分为易溶于水、分解快的氨 基酸和酰胺类，易溶于弱酸、弱碱的简单蛋白质和比较稳定的不易分解的腐殖质、结构复杂 的蛋白质。土壤无机态氮有铵态氮和硝态氮，是作物可以直接吸收利用的氮，称为速效氮。 有机态氮的矿化是作物所需氮素的重要来源。 土壤和肥料中氮的转化包括水解作用、氨化作用、硝化作用、反硝化作用和生物固定。 水解作用是指蛋白质在微生物分泌的蛋白质水解酶的作用下，逐渐分解为各种氨基酸。氨化 作用是指土壤中的含氮有机物(如氨基酸)经微生物作用分解产生氨(NH ) 的过程。氨溶于水 3 生成铵离子(NH4+) ，可以被作物吸收，也可被土壤胶体吸附。硝化作用是指氨或铵盐在土壤 硝化细菌作用下，转化为硝酸的过程。这个过程分两步进行，先在亚硝化细菌作用下，氨氧 化成亚硝酸，在土壤通气良好的条件下，亚硝酸很少在土壤中积累，随即在硝化细菌作用下 进一步氧化成硝酸。硝酸态氮也是作物容易吸收的氮，但硝酸离子(NO3-)不易被土壤胶体吸 附，容易随水流失。反硝化作用是指硝酸离子被还原成亚硝酸，进一步还原成氮的氧化物 (NOx)和氮气而挥发损失的过程，所以反硝化作用又叫脱氮作用。上面提及的氮的转化作用， 都是在土壤微生物和酶的作用下进行的，所以都受土壤条件的影响，要有适宜的水分、温度 和酸碱度，还受通氧条件的影响。例如硝化细菌是好气性微生物，要求土壤通气条件良好， 土壤水分在田间持水量 60 ％为宜，既有一定水分，又有足够的空气。而反硝化作用是在土 壤通气不良(如淹水) ，又有新鲜有机物存在时容易发生。氮的生物固定是指微生物在分解含 氮有机物产生氨和硝酸过程中，也利用一部分供本身营养的需要，使氮素在微生物躯体中固 定下来。一旦微生物死亡，经过其他微生物的分解，氮素可再释放利用。除了上述土壤氮素 转化的生物化学过程外，某些物理的和化学的作用，如铵的吸附和解吸、铵的粘土矿物固定 和释放，也应包括在氮素转化之列。对土壤氮素转化的