第1章 N循环与作物生态适应性
1.1 N素的功效与N素循环
N素是地球上全部生命的基本成分,它存在于许多有机分子中。而且,它是氨基酸的一个基本组分,氨基酸是所有蛋白质,包括酶、核酸的基本元素。N能刺激根系生长和作物发育,增加蛋白质含量,并促进其它基本植物营养元素的吸收。除可通过共生生物从大气中固N的豆科植物外,其它作物对施N反应迅速。缺N的主要症状是老叶叶色变黄、植株矮小,严重缺N会导致作物产量下降,蛋白质含量降低。在作物生长过程中,作物对N的需要量较大,土壤供N不足是引起农产品产量下降和品质降低的主要限制因子。
N是肥料消费中*重要的营养元素,N肥的合理施用可提高土壤肥力,保证农业可持续发展、食品**和营养**。相反,一旦N肥管理不当,N肥的施用就将引发一系列与环境和人类健康相关的负面影响,导致土壤肥力下降、作物产量和收获物中蛋白质含量下降、土壤有机质下降、土壤侵蚀以及在**情况下的土壤荒漠化等。过剩的硝酸盐可能转移至地下水和饮用水源,影响到人们的身体���康。地表水的富营养化与含N养分施用的日益增加有关,富营养化引发生态退化和资源消耗。在大气中,含N氧化物和微粒物质引发哮喘、心脏疾病等严重的人类健康问题。大气中N2O浓度的日益增加加剧了全球变暖趋势。
N从土壤转移到植物体,再从植物到土壤,这一过程的中间体主要是由动物或人类来充当的。由于含N化合物在土壤中要经历矿化、固定、硝化和反硝化等一系列转化,并在土壤和空气之间产生挥发、反硝化、生物固N、大气沉降,以及土壤圈和水圈之间发生淋溶、径流、灌溉等交换过程。在自然生态系统中,这一循环或多或少是封闭的,N的输入和N的损失是平衡的。然而,绝大多数自然生态系统中N迁移的小规模性限制了生物产量。在农业体系中,N素的这一循环被收获产品中大量N的移出所扰乱。N肥的施用在平衡投入产出、保持或提高土壤肥力、增加农业生产率等方面是必需的。
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