元素百科——氮，植物生长那些事儿

氮的发现

1772年英国化学家布拉克（J.Black）的学生卢瑟福（D.Rutherfard）把老鼠放进密封的器皿里，及至老鼠闷死后，发现器皿内空气的体积较前减少了十分之一，若器内剩余气体再用碱液吸收，则又继续失去十分之一的体积。用此法除去空气中的O2、CO2，并研究所余气体的性质，他发现它有不能维持动物生命和灭火的性质，且不溶于苛性钾溶液中，因此命名该气体为“蚀气”或“恶气”“Mephiticair”。它源自拉丁词“mephitic”，意为“有毒的气体”，但卢并不承认这种“蚀气”是空气的一种成分。英国牧师兼化学家普里斯特利（J.Priestley）也进行了实验，他和卢都称这种剩下来的气体叫“被燃素饱和了的空气”，意为它已“吸足了燃素”，因此失去了助燃能力。

1772年，瑞典化学家舍勒（G.W.Scheele）也从事这一研究，他用硫酐吸收大气中的氧气，取得氮气。他把空气中能维持生命的那部分气体称为“火气”（fireair），剩下的部分则称为“秽气”（foulair）。法国化学家拉瓦锡（A.L.Lavoisier）则把它称作“azote”（非生命气体）。它源自希腊语中的前缀a-（意为“没有”）和zoe（意为“生命”）。因此“azote”是没有生命的气体。德国人按照同样的原则将它称为Sticksttoff，在德语中的意思就是“窒息物质”。

1790年，法国化学家查普塔（J.A.Chaptal）把它称作“nitrogen”。意指它是某种可以构成硝石的东西，因这种气体构成了常见的化学物质“硝石”分子的一部分，法语中的“硝石”叫nitre。当时给新气体命名时都加上词尾“-gen”，来自希腊语中的后缀“-genes”，意为“出生”或“被产生出来”。因此，nitrogen一词的原意就是“从硝石中产生出来的东西”。

现在，汉语中将nitrogen和azote都译作“氮”。中 名曾为“淡气”。

植物在生长发育过程中需要多种营养元素，而氮素尤为重要。在所有必须营养元素中，氮是限制植物生长和形成产量的首要因素。它对改善作物品质也有明显的作用。

氮的营养功能

显微镜下的植物细胞

氮是植物体细胞原生质中的基本物质，也是植物内每个活细胞的重要组成部分。除此以外，氮还是制造叶绿素的重要物质，它能够促进植物叶片浓绿，使植物生长的更茂盛。还参与植物体内蛋白质和核酸的合成，促进植物细胞不断的分裂和增长，使植物枝叶的叶面积逐渐增大。

蛋白质的主要组成元素

蛋白质是构成细胞内生命物质的基础，其平均含氮量为16%~18%，在作物生长发育过程中，细胞的增长和分裂及新细胞的形成都必须有蛋白质参与。

缺氮时因新细胞形成受阻而导致植物生长发育缓慢，严重时甚至出现生长停滞。所以氮素是一切有机体不可缺少的元素，它也被称为生命元素。

核酸和核蛋白的重要成分

核酸和核蛋白在植物生活和遗传变异过程中有特殊的作用，一方面它是蛋白质的合成的模板，另一方面决定作物遗传信息的传递者。而氮在核酸中的含量为15%左右，当作物缺氮时，作物的生长发育和生命活动会受到严重阻碍。

叶绿素的组分元素

众所周知，绿色植物有耐于叶绿素进行光合作用，叶绿素的含量能直接影响光合作用的速率和光合产物的形成。当植物缺氮时，体内叶绿素含量下降，叶片黄化，光合作用强度减弱，光合产物减少，从而使作物产量明显降低。绿色植物生长和发育过程中没有氮素参与是不可想象的。

空气中含有近80%的氮气(N2),然而,植物无法直接利用这些分子态氮。只有某些微生物(包括与高等植物共生的固氮微生物)才能利用大气中的氮气，而植物所利用的氮源,主要来自土壤。

根瘤菌

氨化作用

有机态氮经微生物作用并分解产生NH3的过程，称为氨化作用，也是氮元素的矿化过程。参与氨化作用的微生物很广泛，在不同土壤条件下这一作用都能进行。氨化作用是促进氮元素有效化的作用，氨溶于水生成NH4+易被作物吸收。当土壤持水量在60%左右，土温保持30℃～35℃，土壤呈中性至微碱性条件时，氨化作用顺利进行。如尿素是有机态氮肥，是酰胺态氮。尿素要经过土壤微生物(尿酶)的作用，转化生成碳酸铵后，才能被作物吸收利用。

硝化作用

氨或铵盐在土壤硝化细菌的作用下，转化为硝酸称为硝化作用。硝化作用分2步进行，首先在亚硝化细菌作用下，氨氧化为亚硝酸，亚硝酸很少在土壤中积累，随即在硝化细菌的作用下，进一步氧化为硝酸。土壤通气好，持水量在60%左右，土温25℃～30℃，土壤呈中性时，硝化作用能顺利进行。

反硝化作用

硝态氮被土壤反硝化细菌还原为亚硝酸，并进一步还原为N2、NO2、NO等气体而挥发损失，称为反硝化作用，又称为脱氮作用。当土壤通气不良，土温为30℃～35℃，pH= 5～8和土壤含有较多的新鲜有机质时，最易产生反硝化作用。铵态氮在通气的土壤上层转化为硝态氮后，如果被淋溶到缺氧的深层或者土壤通气不畅，也会发生反硝化作用。

生物固定

有效氮被土壤微生物消耗，变为其躯体的成分而固定下来。这是土壤有效氮的无效化过程。然而，一旦微生物死亡，经过分解放出氮元素又可被作物吸收利用。生物固定是土壤氮元素无效化过程，但有利于土壤微生物活动和对氮元素的暂时贮存。

如何判断氮素

在植物体内的供给状况？

前 提到植物氮素多少与作物中叶绿素含量存在密切的关系。因此，我们可以根据植物在不同的生长阶段，叶片颜色深浅和叶片大小来判断氮素的供给情况。

作物缺氮的外部症状

作物缺氮的显著特征是植株下部老叶片从叶尖开始褪绿黄化，再逐渐向上部叶片扩展。缺氮也会造成作物产品品质下降，蛋白质和必需氨基酸、生物碱以及维生素的含量减少，整个植株生长受抑制，地上部受影响较地下部明显。

叶片呈灰绿色或黄色，窄小，新叶出得慢，叶片数少，严重时下部老叶呈黄色，干枯死亡。茎干矮短细小，多木质，分蘖分枝少。根受抑制较细小而短。作物花、果实发育迟缓，籽粒不饱满，严重时落果，不正常地早衰早熟，种子小，产量低。

当然，氮素多过，常使作物生育期延迟，贪青晚熟，对生长期短的作物，会造成生长期延长，易遭到早霜的侵害。

水稻氮过量贪青

氮素过多使营养体徒长，细胞壁薄，叶面积增加，叶色浓绿，细胞多汁，植株柔软，易受机械伤和引起植株的真菌性病害。作物群体密度大，通风透光不良，易导致中下部叶片早衰，抗性差，易倒伏，结实率下降。

番茄氮过量危害

氮素多过还会增加叶片中硝态氮、亚硝胺类、甜菜碱、草酸等的含量，影响植物油和其他物质的含量。造成作物品质下降、减产，甚至造成土壤理化性状变坏、地下水污染。所以在保护地栽培应重视合理施用氮肥。