植物通常需要14种矿质元素以维持其正常的生长发育过程。其中,氮元素是植物需求量最大的矿质元素,是蛋白质、核酸、磷脂以及叶绿素和植物激素等有机大分子的基本组成元素,同时也是促进作物增产的重要因素之一。农业生产上一般通过大量施用氮肥来促进农作物生长,从而达到粮食增产的目的。据统计,全世界每年施用氮肥超过1.2亿吨,而我国消耗的氮肥量占世界氮肥总施用量的30%。我国平均化肥利用效率仅有35%左右,严重低于发达国家的化肥利用效率。可见,单纯依靠化肥投入来提高粮食产量已不是一条有效途径。氮肥大量施用不仅增加了农业生产成本,更为严重的是导致了包括气候变化、土壤酸化及水体富营养化等一系列环境灾难。与此同时,农业生产实践中大量施用氮肥导致作物“贪青晚熟”(开花和成熟延迟),尤其在高纬度地区,由于后期温度较低,过量的氮肥施用影响作物灌浆,导致作物产量的大幅降低。因此,提高作物氮肥利用效率(nitrogen use efficiency,NUE)并同时避免“贪青晚熟”一直是农作物氮利用研究中的难题。
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