氮是植物生活中具有特殊重要意义的一个营养元素。氮在植物体内的的平均含量约占干重的1.5%，含量范围在0.3%～5.0%。(表2-1)
表2-1 主要农作物体内的氮含氮量
中国氮肥工业协会 作物 器官 N(%)
子粒 1.3～1.8
水稻 茎秆 0.5～0.9
籽粒 2.0～2.5
小麦 茎秆 0.4～0.6
籽粒 1.5～1.7
玉米 茎秆 0.5～0.7
籽粒 2.8～3.5
棉花 纤维 0.28～0.33
茎秆 1.2～1.8
籽粒 4.0～4.5
氮肥 油菜 茎秆 0.8～1.2
籽粒 4.0～6.5
豆科作物 茎秆 0.8～1.4
氮素 在植物体内的分布，一般集中于生命活动最活跃的部分(新叶、分生组织、繁殖器官)。因此，氮素供应的充分与否和植物氮素营养的好坏，在很大程度上影响着植物的生长发育状况。农作物生育的有些阶段，是氮素需要多，氮营养特别重要的阶段，例如禾本科作物的分孽期、穗分化期，棉花的蕾铃期，经济作物的大量生长及经济产品形成期等。在这些阶段保证正常的氮营养，就能促进生育，增加产量。进入作物体内的氮素，也可能经由可溶性氮的分泌(如水稻叶尖分泌的叶滴)，氮的挥发等方式而损失，这种损失主要发生在作物的顶部，尤其在开花至成熟期。
在实际生产中，经常会遇到农作物氮营养不足或过量的情况，氮营养不足的一般表现是：植株矮小，细弱；叶呈黄绿、黄橙等非正常绿色，基部叶片逐渐干燥枯萎；根系分枝少；禾谷类作物的分蘖显著减少，甚至不分蘖，幼穗分化差，分枝少，穗形小，作物显著早衰并早熟，产量降低。
农作 物氮营养过量的一般表现是：生长过于繁茂，腋芽不断出生，分蘖往往过多，妨碍生殖器官的正常发育，以至推迟成熟，叶呈浓绿色，茎叶柔嫩多汁，体内可溶性非蛋白态氮含量过高，易遭病虫为害，容易倒伏，禾谷类作物的谷粒不饱满(千粒重低)，秕粒多；棉花烂铃增加，铃壳厚，棉纤维品质降低；甘蔗含糖率降低；薯类薯块变小，豆科作物枝叶繁茂，结荚少，作物产量降低。
《氮肥生产安全操作技术》 作物具有吸收同化无机氮化物的能力。因此，除存在于土壤中的少量可溶性含氮有机物，如尿素，氨基酸，酰铵等外，作物从土壤中吸收的氮素主要是铵盐和硝酸盐，既铵态氮和硝态氮，被吸收到体内的铵态氮，可直接光合作用产物有机酸结合，形成氨基酸，进而形成其它含氮有机物。而硝态氮在体内还原呈铵态氮后才能被吸收利用。植物吸收的氨和硝态氮还原成的氨，在体内不能积累过多，否则会使植物中毒，氨中毒使植物的呼吸作用降低，蛋白质合成受阻。未经还原的硝态氮可以在植物体内积累，如养麦、烟草等旱作物和盐土上生长的耐盐植物，都能积累较多的硝酸盐，蔬菜也可在叶片中积累大量的硝酸盐。
由于作物体内与氨结合成氨基酸的有机酸，来源于光合作用产物，如丙酮酸(氨化后成丙氨酸)，Q-酮戊二酸(氨化后成谷氮酸)。因此，植物对氮素的吸收，在很大程度上依赖于光合作用的强度，这与群众在实践中认识的施肥效果往往在晴天较好较快的经验相一致。
缺氮的植株施用适量氮肥后，由于体内大量合成了高分子含氮有机物，使植株迅速生长和叶色变黑，因此在生产实践中，氮肥的效果最易从植株的长相和叶色改变中观察到。
虽然铵态氮和硝态氮作为植物氮源的价值相同，但在两种氮源可以选择的条件下，不同植物的相对吸收量仍有明显差异。这种差异受植物的种类、品种和生育期，土壤溶液的反应(PH)及溶液中各种离子的相对含量，两种氮源的浓度等因素的影响。在大田作物中，一般烟草、棉花等旱作物对硝态氮的反应较好，水稻则较多吸收铵态氮。
植物能经由叶面和根直接吸收尿素和某些铵盐作氮源。但尿素在体内的同化过程尚未完全搞清，一般认为，尿素在作物体内尿酶的作用下分解为铵态氮后被利用。
从农田生态系统中物质循环的角度看，土壤中的氮素流是一种不断转换形态，并有多通道循环的物质流。它的第一个基本特征是随着生物生产活动的不断强化和氮素的有机化，氮在土壤圈中将不断富集和表聚。
土壤是氮素多通道循环中一个最重要的库。随着农田单位面积生物产量的增加，土壤圈的氮素趋向积累；相反，随农田单位面积生物产量的降低氮素趋向减少。
土壤圈中伴随植物生长过程的氮的累积，谓之氮的生物学富集。这是一个农田系统中最经常发生的过程，是指相对惰性的气态氮(N2)及无机氮化物(NO5、NH4+)经由各种生物学途径逐渐转变成积极参与循环的有机氮(-NH2等)及其各种矿化和腐殖化的含氮产物。使用”富集”一词，显然还包含着人类希望增加土壤圈中含氮有机物的这样一个目的在内。
农田氮在土壤圈中的生物学富集，主要依赖于碳的富集(氮的有机化)，即依赖于光合作用或有机物第一性生产过程(绿包植物生产)的强度。通常需20份以上碳才能富集一份氮(碳氮比≥20)。
随着土壤圈中氮的生物学富集，土壤肥力不断提高，作物产量不断增加，氮素物质流中有机氮的比率不断增大，因而依靠第一性产品营养的第二性生产(动物生产)及相应的氮循环也随之被大大强化。在我国条件下，一亩农田氮的年收获量增加3公斤(约合150公斤粮食及相应的秸秆)，将其转化为饲料时即可多饲养一头猪，因此，农田系统中氮的生物学富集是发展农牧业生产的重要物质基础。
其次，伴随氮的生物学富集及有机化，氮在土壤中将日益表聚，氮素表聚主要与作物根系及相应的生物活动在土壤中由上而下呈锥型分布，植物残体及人类耕作施肥活动集中于土壤表层等因素有关。
氮的表聚现象，一般有利于当季生物产量，因而，如按土壤剖面的发生层次排列，表土层含氮越高，表层与亚层之间的含量差异越小，则土壤越肥沃，作物产量一般较高。
农田生态系统中氮循环的第二个基本特征是，与磷、钾等其他营养元素相比，氮在不同生态圈中存在的主要形态不一，几乎在所有通道的循环，都伴随氮的形态变化，且主要发生的不是化学变化，而是生物化学变化，因此，只有各种生物的参予，才能发生氮形态在各子系统的变化，保持气圈中分子态氮的绝对多数和一定生态条件下各种氮化物的相对稳定。即农田生态系统中氮循环的完成及其强度，紧密地依赖于生物链。从实际生产的要求出发，一方面，人们为了满足作物增产的需要，以各种形式对农田施用氮素，以期增加对光能的利用，最基本的手段是施用化学氮素和有机氮素，充分利用生物固氮；另一方面，人们也将充分利用作物生产的有机氮素，发展和强化动物生产，进而控制和利用各种含氮物质的微生物分解和生物化学反应的进程，提高生物氮素的系统效益。于是，随着作物生产量的增加，各个通道即氮循环也随之被强化。农田生态系统中的氮循环存在”高投入，高产出”和”低投入，低产出”等不同类型。因此，对农田生态系统投入氮越多，经由其各个通道循环的氮量也越多，损耗也越大。这是生产条件下氮素施入量与氮素收获量不成比例，且随施入量递增呈现报酬递减趋势的一个根本原因。
随着化学氮肥的增施，作物产量和氮素吸收量逐步增加，但单位氮素的增产量及边际效应却逐步降低。显然，未被作物利用的那些氮素，用于强化土壤中各个通道的氮循环了。因而，一方面土壤中残留氮的总量增加，能促进土壤中各种微生物活动，土壤氮素释放量和作物单产的增加。随着对农田施氮量的增加，同时也增加了土壤向气圈和水圈的氮素耗散，强化了能引起氮损失的各个通逍。因此，一般说对农田施氮量越高，氮循环强度也越高。与此相应，将形成作物高产和氮素低效高损耗这样两个方面相互相成的效应，反之亦然。有鉴于此，人们经常把农田氮素年收支状况，作为肥料氮量一定生态条件下氮循环强度的指标。作物一生中所吸收的全部氮素，50%～80%来自土壤，随作物类型、土壤供氮条件与施氮量，施肥时期等因素的不同而异。
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