课题2　化学肥料教学设计范文

人教版义务教育课程九年级化学教学设计

第十一单元 盐 化肥

课题2 化学肥料

成都市第二十中学校 谢宁

[课题选择背景]我国是一个农业大国，从中央到地方都相当重视

“三农” 问题。“庄稼一枝花，全靠肥当家”，说明农业生产离不开肥料。化学肥料是农村学生比较熟悉的一类物质。选择学生熟悉的物质，紧密联系生产、生活实际进行教学，使学生能将所学的知识运用到实际生活中去，提高知识的运用能力，对于提高劳动者的素质和能力有很实际的意义。

[课题内容分析]本课题分为两部分，一是化肥简介。主要以介绍为主，以常用的氮、磷、钾肥为例，具体介绍氮、磷、钾在植物生长过程中所起的重要作用；同时介绍使用化肥所带来的问题——化肥对环境的污染，从环境的角度提及了农药的使用。在介绍知识的同时培养学生环境意识和树立辩证的观点。二是化肥的简易鉴别。教材中安排了初步区分氮肥、磷肥和钾肥的方法的“活动与探究”，以学生探究活动为主线，利用其物理和化学性质学会初步鉴别几种常见化肥的方法。使学生对“氮肥的简易鉴别”资料的学习以及“调查与研究”家乡近几年来使用化肥的情况（包括品种和用量），土壤质量及作物产量情况等，并对这些资料和调查情况进行归纳、分析，对当地化肥使用是否合理提出看法和建议。其目的是让学生了解化肥和农业发展的一些趋势，树立一些观念。教学中教师可以适当补充一些相关资料，如化肥发展的概况和趋势，氮的固定特别是模拟自然固氮的美好前景的展望等，结合课题后的“调查与研究”发动学生收集资料，拓宽视野，激发学习积极性，树立报效祖国的远大目标。

[教学目标]

1．知识与技能

(1)了解化学元素对植物生长的重要性及常见化肥的种类、作用、保存及施用时的注意事项。

(2)了解化肥、农药对环境的影响。

（3）通过实验探究，初步学会区分氮、磷、钾肥的方法。

2. 过程与方法

通过对化肥实物的搜集、化肥知识的调查和课堂讨论交流，培养学生收集、处理信息的能力和交往、合作能力。

3．情感态度与价值观

认识化肥及农药对环境的影响，提高环境意识，培养解决实际问题的能力。

[教学重点] 初步区分氮肥、磷肥、钾肥。

[教学难点]

归纳初步区分氮肥、磷肥和钾肥的步骤和方法。

[课时安排] 2课时

[教学方法] 调查、自学、讨论、交流、实验探究、归纳

[课前准备]（学生调查，收集）

1

1．你家使用过或你知道哪些肥料？收集几种常用的肥料及其外包装袋。

2．你所认识的植物生长过程中所出现的诸多问题如植物生长缓慢、植物叶子泛黄、植物易倒伏、植物表面有虫附着等，请教自己父母或邻居，该如何解决。

[教学过程] 教学

流程

创设情景

第一课时

<引入> 我国是一个农业大国，从中央到地方都相当重视“农村、农业、农民”的“三农” 问题。“庄稼一枝花，全靠肥当家”，说明农业生产离不开肥料。你家使用过或你知道哪些肥料？

人的成长离不开营养，植物的生长也是一样，需要充足的养分。请同学们阅读教材P77页第一、第二段并思考、讨论下列问题：

（1）农作物所必需的营养元素有哪些？

（2）什么叫化肥？刚才同学展示的肥料属于哪一种化肥？

<讲解> 农作物所必需的营养元素种类很多，其中氮、磷、钾需要量较大，因此氮肥、磷肥、钾肥是最主要的化学肥料。合理施肥已成为农业增产的重要手段。今天我们一起来学习有关化学肥料的知识。

组织学生阅读教材P77-78页，小组讨论完成表格。

〈表格〉

类别

名称

化学式

对植物所起的作用

缺少时的症状

氮肥

磷肥

钾肥

复合肥

教师活动

学生活动

学生展示肥料样品

讨论交流

阅读教材

思考回答

让学生通过阅读教材，解决基本问题

从学生熟悉的物质出发，引出课题

设计意图

导入新课

认真听讲

自然的引出化学肥料，合乎学生的认知规律。

阅

读

教

材

讨

论

交

流

结合表格，培养学生阅读、归纳、阅读教材

处理信息的能力

小组讨论

采用知识抢答的形式活跃课堂气氛，激发学习兴趣，注重知识的实际应用

完成表格

〈抢答〉

学生展示收集的不同病态的植物，让学生给植物看病。进行抢答

以抢答的形式回答：如何对症下药？

思考

激发兴趣，拓展学生知识面，提高分析能力

〈过渡〉

教师有句俗语叫“雷雨发庄稼”。同学们知道是什么含义过渡

吗？

〈讲解〉

2

空气中含有大量的氮气，大部分植物不能把氮气转化成可吸收的氮肥。在雷雨的作用下，氮气与氧气、水发生一系列反应，生成植物能吸收的氮肥。因此，雷雨过后，就等于是给庄稼施了一道肥。

这种将氮气转化成氮的化合物的过程叫氮的固定。

细心体会

恍然大悟

树立辨正的观点

让学生明白无论做什么事都要讲科学

植物生长需要肥料。对植物多施肥是不是越多越好？讨论

介绍事例“70年代刚使用化肥时，生产队里种黄豆，发言

创设为确保增产，施用了大量尿素。夏天时，黄豆苗生长情景

非常旺盛，农民很高兴。结果，到了秋天，黄豆的结实率很低。相反，漏掉施尿素的地方，黄豆结实却较丰厚，令人哭笑不得。”这说明什么？

展开辩论

〈辩论〉

“使用化肥、农药的利与弊”为题进行辩论。

组织（指导阅读教材P79）

辩论

（归纳）化肥和农药对提高农产品的产量有重要作用，但不合理使用也会带来环境问题。

巩固知识

<第二课时>

教学

流程

引入

活

动

探

究

教师活动

一户农民家里往往有几种不同的化肥，有时包装表面的字样有些磨损。你能帮他区分吗？

〈过渡〉下面我们一起来探究初步区分氮肥、磷肥和钾肥的方法

〈方法指导〉

1、比较几种化肥的外观、气味和在水中的溶解性，填写教材P80的表格。

2、各取少量氮肥和钾肥（1）分别灼烧，（2）分别加少量熟石灰研磨，能否嗅到特殊气味？为什么？

学生活动

跃跃欲试

通过实验现象、讨论结果，解决问题。

交流总结

课堂练习：

课后练习：

思考并回答问题。

采用辩论赛的形式，促进大家参与，加深理解使用化肥农药的利与弊。

让学生在练习中巩固知识

设计意图

设疑

科学探究是获取知识的重要手段。培养学生分析问题解决问题的能力。

总结引导学生通过活动探究总结初步区分氮肥、磷肥和钾归纳

肥的方法

指导阅读

（资料）氮肥的简易鉴别

培养学生对知识的整理归纳能力

与自己归纳的方法进行比较，学会进行自我评价

阅读

3

解决问题

教师提问

调查研究报告

刚才同学们展示的化肥样品，你能够鉴别了吗？

胸有成竹

学以致用

如何正确使用几种不同的肥料？请学生展示收集的化讨论交流

肥外包装袋及使用说明，明白其使用注意事项的含义

课本第83页调查与研究

提出化肥农药合理使用建议

能认识标签

通过调查与研究，让学生更清楚地意识到所学知识是服务于社会的。

培养归纳的能力

归纳小结

知识拓宽

合理施用化肥和农药，提高它们的利用率，并注意减少污染。

植物离不开肥料。

豆科植物利用根部的根瘤菌能将氮气转化成可吸收的氮肥，这类植物无需或只需少量施肥。因此，有经验的农民常把其它植物与豆科植物种在一起。

如果能弄清植物根瘤菌固氮的原理并进行运用，请同学们设想对农业的推动作用。

1、

课堂练习：

2、

课后练习：

学生归纳

大胆假设推理

认识“科学技术是第一生产力的含义”，激发学习积极性

巩固

思考并回答问题。

让学生在练习中巩固知识

[板书设计] 课时1 课题2 化学肥料

1、氮肥、磷肥、钾肥是重要的肥料。

2、化肥和农药对提高农产品的产量有重要作用。合理施用化肥和农药，提高它们的利用率，并注意减少污染。

课时2 3、区分常见化肥的方法：

看外观

加水

灼烧

加熟石灰

氮肥

白色晶体

全部溶于水

可燃烧，熔化起泡或冒烟

不燃烧，跳动或有爆裂声

放出具有刺激性气味的氨气

无具有刺激性气味的氨气放出

钾肥

磷肥

灰白色粉状

大多不溶于水或部分溶于水

4、含铵根(NH4+)的氮肥不能施用于碱性土壤。

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[练习] 课时1 课堂练习：

1、教材P83习题1、2（1）

2、小明家的庄稼生长不旺盛，叶色淡绿，还出现了倒伏现象。小明根据所学化学知识，知道是由于缺少某些营养元素，于是他向父亲建议购买（

）

A．CO(NH2)2

B．KCl

C．Ca(H2PO4)2

D．CuSO4 课后练习：

1、某果农发现其种植的桔树出现生长迟缓、叶色淡黄的现象，经农技员诊断必须追加相应的复合肥料，你认为应选用( )

A．NH4HPO4 B．NH4Cl C．K2SO4 D．CO(NH2)2 2、小明家责任田里的庄稼生长不茂盛，叶色淡绿、茎叶细小，同时还出现了不同程度的倒伏现象．请问：

（1）小明家的庄稼缺两种营养元素，它们是________（填“N、“P”、“K”或“微量元素”）；

（2）某生产资料公司的化肥价格如下表：

尿素

化肥

价格

（元／吨）

磷矿粉碳铵

过磷酸钙氯化钾

硫酸钾

[CO(NH2)2]

1200 [Ca3(PO4)2

]

150 [Ca(H2PO4)2]

250 350 650 800 在考虑既经济实用又解决问题的条件下，你认为小明应购买的化肥是________（填化学式）．

课时2 课堂练习：

1、教材P83习题2（2）、3 2、某疏菜基地在种植蔬菜时，常采用下列方法。施用适量的氮肥可以使种植的蔬菜叶色浓绿。

（1）

下列化肥中，属于氮肥的是___________.（填字母）

A.碳酸氢铵[NH4HCO3]

B.草木灰[主要成分K2CO3]

C.磷矿粉[Ca3(PO4)2] （2）草木灰呈碱性，你认为它______“能”或“不能”与所选的氮肥混合使用，理由是____________________________。

课后练习：

1、某菜农原计划每亩菜田施用氮肥硫酸铵[（NH4）2SO4]13.2kg，后在科技人员的指导下，改施用尿素[CO(NH2)2]，如果要达到同样的施肥效果，则每亩菜田需施尿素为(

)

A.3kg

B.6kg

C.6.6kg

D.13.2kg 2、随着世界人口的增长，人类对粮食的需求量不断增大。俗话说，“庄稼一枝花，全靠肥当家。”请根据所学的知识，回答下列问题：

（1）农作物生长过程中，需求量最大的三种营养元素是 （填元素名称）。

（2）某农民准备配制一种复合肥50kg，该复合肥中含NH4Cl、NH4H2PO4和K2SO4的质量比为1：2：2，则需要NH4H2PO4的质量为 kg，该复合肥中氮元素的质量分数为 。

（3）请写出鉴别NH4Cl和K2SO4这两种化学肥料的操作方法及实验现象： 。

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[扩充资料] 1、生物固氮

蛋白质是组成生命的最基本物质。合成蛋白质中最重要的元素是氮，可以说没有氮就没有蛋白质，就不存在生命。人和动物的氮是由食物供给的，那么植物的氮又是从那么来的呢？种地要施氮肥，如硫酸铵、硝酸铵、尿素等化学肥料都是提供氮素的肥料，人粪尿、饼肥等则提供有机氮素。

在农业生产中，氮被视为衡量土壤肥力的一个重要指标，它是农作物获得长期稳定高产的基本条件。氮气占空气体积的80％，每平方米空气柱里就有8吨氮。然而对于绝大多数的生物来说，这些分子态氮是不能被利用的，只有通过工业或生物固定转化成其他化合物，才能进入生物体系统。

固氮的方法主要有化学合成和生物固氮。化学合成氨是目前农业氮肥的主要来源。即使在500℃

、30MPa及催化剂的作用下，氨的体积分数只有26.4﹪。现在全世界有

580多万座大型氮肥工厂，每天消耗30多万吨石油。还要有大型的离心压缩机，投资大、耗能高，很不经济。

工业固氮需要高温（470—520℃）和高压（200－500个大气压）条件，而生物固氮作用可以在常温常压下进行。这是因为固氮微生物细胞中存在着一种特殊的生物催化剂——固氮酶。固氮酶由钢铁蛋白组成，是能量的转化器。它能将传递来的电子传递给N2，生成NH3并放氢。固氮酶是由固氮基因编码控制的。

可是人们惊奇地发现，自然界的豆科植物在常温、常压下就能将空气中的氮气转化为氨。于是科学家们决定向豆科植物学习，竭力弄清豆科植物固氮的机理，争取用化学的方法模拟生物固氮，来实现在温和条件下固定空气中的氮，这就是化学模拟生物固氮。

生物固氮是生命科学中的重大基础研究课题之一, 它在生产实际中发挥着重要作用。为植物特别是粮食作物提供氮素、提高产量、降低化肥用量和生产成本、减少水土污染和疾病、防治土地荒漠化、建立生态平衡和促进农业可持续发展。

化学模拟生物固氮

有些微生物利用自己独特的固氮酶系统．将从光合作用产物或其他碳水化合物得到的电子和能量传递给氮（N2），使其还原成氨，这就是生物固氮。生物固氮与工业固氮（即氮肥工业）相比，具有成本低、不消耗能源及无环境污染的特点，并在维持全球生态系统氮素平衡中起重要作用。

生物固氮主要包括自生固氮和共生固氮两大类。自生固氮是指有些固氮微生物在土壤或培养基中能够独立地完成固定大气中的分子态氮的作用，其固氮量远远低于共生固氮。共生固氮是指固氮微生物和寄生植物生活在一起，直接从寄生植物获取能源，完成固氮作用。由于其固氮能力强，在农业生产中的意义也最大，常见的如豆科植物的共生固氮，蓝绿藻与红萍的共生固氮等。

经过几十年的研究，科学家发现豆科植物根部长有根瘤，根瘤菌中存在固氮酶，正是由于根瘤菌的存在，豆科植物在常温常压下才能将空气中的氮气转化为氨。

现在科学家们对固氮菌的化学结构已经有了一个概貌性的认识。固氮酶的分子很大，结构也很复杂，它是由二氮酶和二氮还原酶两种蛋白质组成的。

固氮酶与一般的酶不一样，它很怕氧气，在空气中暴露30秒钟，二氮还原酶的活性就会丧失一半；在空气中暴露10分钟，二氮酶的活性就会丧失一半。

固氮酶如此怕氧，所以整个研究过程中必须严格无氧，这无疑给研究增加了难度。所以时至今日，固氮酶的固氮机理之谜还没解开。

随着分子生物学的进展，固氮的遗传工程受到了广泛重视，已成为目前最活跃的研究领域。遗传工程是用人工方法去改变生物体的遗传特性或者按照人们的意愿去创造新物种。对于固氮微生物来说，固氮基因操纵和调节固氮酶的合成，从而使固氮微生物具有固氮作用。如果将固氮基因进行人工转移，就可能获得具有固氮作用的新物种。

有关这方面的研究目前主要在以下几方面进行探索：一是培育新的固氮微生物，以提高固氮效率或赋予非固氮微生物以固氮能力；二是改变结瘤的识别过程或将固氮基因转移到根

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瘤病杆菌中，以使非豆科植物结瘤固氮，扩大固氮作物的范围；三是应用遗传工程培育不依赖固氮微生物的自主固氮的植物。这些研究如能成功，将对农业生产产生深刻的影响。

固氮微生物由于具有固氮酶可以在常温常压下将氮气转变成氨，而工业合成氨却要在高温高压下进行。为了改变这种状况，科学家正寻找像固氮酶那样能在常温下将氮变成氨的催化剂。这就是化学模拟固氮。化学模拟固氮的研究，将为化学氮肥生产提供新型的催化剂，这对现代氮肥工业以及农业生产都具有极其重要的意义。

生物固氮建功勋

固氮菌之所以能够固氮，是因为其体内存在着固氮酶系，在ATP提供能量的条件下，经过固氮酶的催化，氮气和氢气经过一系列中间步骤变成了氨。尽管大气中存在着丰富的氮素，但只有固氮菌等固氮生物存在的前提条件下，才有可能将氮素转化成大多数生物可以利用的氨。豆科植物有了氨，就能进一步将它合成氨基酸和蛋白质了。

(一)国际生物固氮研究发展概况

生物固氮的研究已有一百多年的历史，自l974年以来，已经召开了11次国际固氮大会。l980一l996年间已召开了7次非豆科植物生物固氮国际会议。此外，欧洲、北美等地区性生物固氮国际会议几乎每年都有召开。l992年在菲律宾国际水稻所曾专门就水稻固氮问题，集中了30位国际著名的生物8周氮专家举行研讨会，拟订了研究计划，预期10年将水稻化肥用量的20％由生物固氮代替。1997年美国罗氏基金会组织了22位科学家在意大利召开题为“生物固氮：全球的挑战和未来的需要”国际研讨会，讨论了生物固氮的基础研究，制订研究行动纲领，并再次强调对水稻、小麦、玉米等粮食作物生物固氮的研究。据国外统计，1991年投入的研究经费就达10多亿美元。除各国政府给予资助外，已登记在册的5个国际性组织，如联合国科教文组织(UNESCO)和联合国粮农组织(FAO)等，以及有些大国的专一性组织和机构，如美国国际开发署(USAID)都对生物固氮研究给予了大力资助。

近20年来，随着分子生物学的迅速发展，生物固氮研究在国际上已取得显著进展：

(1)固氮酶高分辨率的空间结构研究，已于l992年阐明了其活性中心原子簇及其周围蛋白分子的三维结构，化学模拟固氮酶温和条件合成氨的研究已见到了曙光。

(2)共生固氮的分子机理研究有重大进展，为提高根瘤菌的固氮效率和扩大宿主范围，特别是为粮食作物的共生固氮，提供了理论基础。

(3)与粮食作物联合固氮的固氮螺菌的固氮调节机制研究已逐渐明朗，为构建在有按条件下，也能固氮的基因工程菌株打下理论基础。

(4)在某些作物(如水稻和甘蔗等)体内发现了内生固氮菌，为作物生物固氮增添了新途经。

(5)不少国家，特别是美洲国家，尽量发展粮食作物与大豆轮作，以减少化学氮肥用量，取得明显效果。

(二)我国生物固氮研究的状况和问题

40一50年代，我国派往国外的留学生如陈华癸，樊庆丝、张宪武和胡济生等相继回国，他们是我国开展固氮研究的先驱。在大豆、花生和豆科绿肥(如紫云英)等根瘤菌的选育和接种应用方面作了大量工作，取得明显经济和社会效益，推动了我国生物固氮研究的发展。进入70年代，由于石油危机，氮肥价格高涨，全球生物固氮研究兴起高潮，我国也不例外。l972年中国科学院生物学部以生物固氮作为重大研究项目，组织我国著名科学家如唐敖庆、卢嘉锡、蔡启瑞等化学家和沈善炯等分子遗传学家，以及农业部门的一些专家，开展固氮酶结构与功能及其化学模拟和固氮基因精细结构等基础研究，并进一步推动根瘤菌的田间应用，取得很多成果。这种研究组织形式体现了多学科相互渗透和合作的特点，每年都举行生物固氮研讨会，生物学家、化学家和农学家相互学习和启发，促进了我国生物固氮研究迅速发展，堪称是一个好典型。在此基础上，l978年我国第一次派团赴美参加第三届生物固氮大会。卢嘉锡团长在大会上做了题为“中国固氮研究现状”的报告，引起与会学者的重视，认为我国在化学模拟生物固氮和固氮分子遗传学的研究工作已达到国际先进水平，尤其在化学

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模拟研究领域已领先国外。l981年又于美国召开“美中生物固氮研讨会”，进行双边学术交流。

遗憾的是，自80年代以来，我国报刊上一再不符合实际地宣传我国民间“发明家”已解决了生物固氮的大难题，如“非豆科植物人工接瘤固氮成功”和“生物肥料可以代替化学肥料”等，干扰我国生物固氮的基础研究，虽然在‘六五’、‘七五’、

‘八五’和‘九五’期间的“863计划”中列有生物固氮研究项目；国家自然科学基金保留了少数研究项目，但资助强度不大，每年由“863计划”和国家自然科学基金资助的经费总共不到一百万元，还不及美国一个课题的年资助费用；而应用基础研究，如根瘤菌应用技术的研究，因无处申请经费，已基本陷于停顿。‘八五’“攀登计划”的‘最佳结瘤固氮模式’重大课题，由于立项模糊和组织不当，除化学模拟的研究外，未取得应有成果而被取消。目前我国生物固氮基础研究已处于困境，队伍老化，青年科技人员外流，这样下去不能不令人忧患这个全世界都在关注的重大研究课题，在我国实难快速发展。即使在困难条件下，多数研究人员仍在坚持工作，努力孜孜以求，并作出一些高水平的成果。如：

1．在我国豆科植物根瘤菌和非豆科树木结瘤弗兰克氏菌

(Frankja)的资源调查和分类方面，已坚持工作20多年，逐步摸清了我国豆科植物根瘤菌和非豆科树木结瘤弗兰克氏菌的资源，并在国际权威杂志上发表了新属和新种。引起国际重视。

2．在花生、大豆和豆科牧草接种根瘤菌的应用研究方面，我国做了大量的工作，并取得了明显的经济和社会效益。

3．玉米联合固氮菌研究，在“863计划”资助下已坚持工作l2年，基本上搞活了固氮螺菌固氮酶基因的表达及其活性的调控分子机制，为构建我国抗铵固氮工程菌株，以降低化学氮肥用量打下基础。同时还构建了克氏杆菌抗铵固氮新菌株，已进入田间实验。

4．在固氮分子遗传学研究方面，我国处于世界先进行列。中科院上海植物生理学研究所固氮分子生物学研究室是国际上著名的实验室。70年代对固氮基因精细结构的研究上就已进入国际先进行列。80年代在固氮基因正调控基因nifA研究方面又有突出成果，并构建成不受按调控的组成性表达的nifA，引入阴沟肠杆菌用于接种水稻可获增产，进入90年代在苜蓿根瘤菌结瘤基因的表达和调控方面，发现结瘤基因nodD3的表达不受植物类黄酮物质的启动，为扩大宿主范围的研究提供了依据。此外，我国学者还首次化学合成了苜蓿根瘤菌的结瘤因子。

5．关于固氮酶催化机理和化学模拟研究，我国学者于80年代初，证明在有D2无—N2的条件下，固氮酶不能催化HD形成，对国外学者发表的不依赖N 2也可形成HD的观点提出异议。90年代初，论证了在生理条件下固氮酶每还原l摩尔N 2所放出H2的摩尔数不是l，不符合通常的生物固氮化学反应计量式，因而提出了固氮酶双位点放H2的假说。早在70年代我国科学家就分别提出了福州和厦门两个固氮酶活性中心原子簇的结构模型，引起国际重视。近来又根据现已明确的活性中心原子簇三维结构与其周围多肽环境的关系，进一步优化了模型，提出了固氮酶还原底物有两条质子通道的设想。这些研究成果对合成高效无机催化剂和实现温和条件合成氨的研究有重要指导意义。

(三)建议

我们认为在当今科技迅速发展的时代，与生命科学和持续农业以及环境保护密切有关的生物固氮的基础研究必须加强。不然，作为农业大国实难自立于世界大国之林。为此我们建议：在国家重要基础研究发展规划中，列入“生物固氮及其化学模拟研究”项目，给予必要的经费支持，不失时机地组织有关学科的专家，调动他们的积极性，充分发挥各自的聪明才智，分工协作，联合攻关，在发展我国生命科学和持续农业中做出应有的贡献。

非豆科植物固氮

空气中含有大量的氮素，但并不能直接为高等植物吸收利用，只有在某些土壤微生物与植物共生，通过体内固氮酶的作用，将大气中氮还原成氨等氨化物，植株才能利用大气氮。农业生产中常见的豆科植物根系上着生大量的根瘤菌，可以从空气中吸收和固定大量的氮素，这种作用称为生物固氮作用。大部分农作物由于缺乏共生固氮菌的作用，必须依赖氮肥供应才能生长。

长期以来，生物固氮是世界科学家关心和研究的重点。人们总是期望广大农田的粮食作物中能和

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豆科作物一样有固氮自肥的能力，以减少对化肥的依赖。所以，科学家最感兴趣的题目，是把豆科植物的根瘤菌奇妙的固氮能力转移给其他非豆科农作物，使之从空气中固定氮素以获取作物高产。

20世纪70年代中期，随着遗传工程的兴起，首先实现了细菌之间的固氮基因转移，为人们达到这种梦寐以求的目标展示了美好的前景。固氮遗传工程的主要研究目的是用遗传操作技术，将固氮微生物的固氮基因转移到非固氮微生物或农作物中，以扩大生物固氮的新资源。

20世纪80年代后期，美国科学家应用豆科宿主植物的提取物驯化出新根瘤菌转变菌株，用以处理小麦、水稻、高粱等7种非豆科植物能结瘤固氮。这些新菌株已分别命名为小麦根瘤菌、水稻根瘤菌等。

中国和德国的科学家进行合作研究，选用固氮根瘤菌作菌种，通过2，4－D诱导其在小麦根部结瘤定殖，结果测定出诱发的根瘤有明显固氮酶活性。此后，我国科学家将固氮螺菌导入小麦根部结瘤，也测出固氮酶活性。通过15N同位素稀释法检测盆栽试验中诱发结瘤的麦苗固氮能力，连续4年5次试验测定证明，平均可从空气中固定15％氮素；15N同位素标记法检测证明，所固定的氮素中有1／3左右的氮素已转移到植株茎叶中。这些研究结果证明，目前非豆科作物结瘤固氮研究在结瘤和固氮两大关键技术方面已有全面突破，不仅可将根瘤菌移植到小麦根部结瘤，而且还突破了禾木科植物天然缺乏豆血红蛋白不能和根瘤共生固氮的障碍，终于使人工诱发的非豆科作物根瘤表达固氮能力。

日本国立遗传研究所的科学家成功地将豆类作物固氮基因移植到水稻根际微生物中。这种水稻新品种，约有20％的氮素来自根际微生物的固氮作用。澳大利亚科学家用强力诱变剂处理大豆，培育出一种新型的“超级分枝豆”，其根系固氮能力比普通大豆高出35倍，可以显著地提高土壤肥力，增加大豆产量。生物固氮研究工作一旦有了新的突破，农业生产上就可能摆脱对氮肥的依赖，并把产量提高到一个新的水平。

2、化肥、农药的利弊及合理施用

化肥和农药对提高农产品的产量有重要作用，但不合理的施用化肥和农药，不仅难以实现增产效益，还会带来环境问题。因此，应注意根据当地的实际情况合理施用化肥和农药，以尽量少的化肥和农药投入，尽量小的对环境的影响，来保持尽量高的农产品产量及保障食品品质，走可持续发展的道路。

固定氮是任何生命所必需的。

本世纪以前，所有的固定氮都是来自两个自然过程：一是土壤中存在的某些细菌能固化空气中游离状态的氮；二是空气发生的闪电能产生氮的化合物,也就是氮气与氧气在闪电的作用下化合。另外，土壤中还存在其它一些细菌，它们能把化合态的氮还原成游离态的氮。本来，这三种过程大致处于一种平衡状态，使生物圈中大体上不存在多余的氮化合物。但是从本世纪30年代以来，由于复合化肥的广泛应用和石油的大量开采，原有的氮平衡遭到破坏。

现在，土壤中的细菌已不能完全吸收和降解因人类活动而产生的氮化合物，越来越多的氮化合物流入湖泊、河流、港湾和海洋之中，给人类带来了很多问题。据专家测算，每年沉积在土壤中的氮元素60%是人为产生的。根据对湖泊营养化的研究，认为无机氮大于300毫克/立方米（或总数大于20毫克/立方米）时，水体属于富营养化。富营养化引起水中藻类植物过度繁殖，这些植物死亡以后在水底被细菌分解，几乎耗尽了水中的氧气，窒息了深水区的鱼。如果富营养化发生在近海，则会引起夜光虫、腰鞭毛虫、束丝藻等小浮游生物的过量繁殖，密度很大时还会使海水变色，从而形成臭名昭著的“赤潮”，使鱼类、贝类、虾类大批死亡，给渔业生产带来极大的损失。

除了污染水域，过多的氮对陆地植物也会造成危害。为什么本该对植物有益的氮反而对植物有害哪？一种可能的机制是：石油燃烧产生大量的氮氧化物，通过酸雨渗透到森林的表层土壤中，溶出土壤中的镁、钙、钾等元素，形成可溶性的硝酸盐而流失，导致森林中的土壤越来越贫瘠。最近的研究还表明：氮的氧化物和氨能直接从空气中进入树叶和树根。研究人员是通过测量山毛榉木质部液体中的硝酸盐和酶的含量得出这个结论的。这种液体能输送包括氨基酸在内的植物养分，通常不会含有硝酸盐。但是在氮元素排放过多的区域，木质部的液体含有大量的硝酸盐，这些硝酸盐被认为是从植物的地面以上部分进入植物体

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内的。植物能调节根部吸收的氮，但不能有效地调节从枝叶进入的氮。这些过多的氮使的植物加速生长，但由于缺乏其它营养，它们都很虚弱而且易于受到病虫害的侵袭。

氮的化合物排放过多还会使得少数植物大量繁殖，而其它不能适应环境变化的生物将日趋消亡，这将严重影响生物的多样性。此外，亚硝酸根（硝酸根在消化系统中被还原）能与人体内血红蛋白作用形成高铁血红蛋白，从而使血红蛋白丧失输血能力。硝酸盐和亚硝酸盐还是形成亚硝氨的反应物，而亚硝氨使致癌、致异变和致畸的物质，所以水中的硝酸根离子和亚硝酸根离子的浓度应受到严格控制。

目前，解决氮失衡问题有几种可以考虑的途径。一种途径就是更加谨慎地使用化肥，就像管制杀虫剂一样管制化学肥料的使用；第二种途径是把水稻和有固氮功能的作物进行杂交，以减少对化肥的需求；第三种途径是制造排废气量更小的汽车。

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