氮肥的种类、性质以及在土壤中的转化过程
学术
2024-11-22 00:38
福建
根据含氮基团的不同，可以将化学氮肥分为铵态氮肥、硝态氮肥、酰胺态氮肥3类。凡氮肥中的氮素以NH4+或NH3形态存在的均属铵态氮肥。包括液氨、氨水、碳酸氢铵氯化铵、硫酸铵等。一般具有下列共性：b 肥料中的NH4+易被土壤胶体吸附，部分进入粘土矿物的晶层被固定，不易造成氮素流失；c 在碱性环境中氨易挥发损失，若与碱性物质接触会加剧氨的挥发损失；d 在通气良好的情况下，铵态氮可经硝化作用转化为硝态氮，易造成氮素的损失和淋失。e 作物吸收过量的铵态氮对钙、镁、钾的吸收有一定的抑制作用。凡肥料中的氮素以NO3_形态存在的均属于硝态氮肥，包括硝酸铵、硝酸钙、硝酸钠等。这类氮肥一般具有以下共性：b 吸湿性强，易结块，空气湿度较大时，吸水后呈液态，造成施用上的困难；d NO3_不能被土壤胶体吸附，易随水流失，水田一般不易施用，多雨地区和雨季地区要适当浅施；e NO3_可通过反硝化作用还原为NO、NO2、N2，引起氮素损失。尿素是一种化学合成的有机态氮肥，其氮素以酰胺（CO-NH2）形态存在，属于酰胺态氮肥。酰胺态氮属于有机氮肥，经过土壤中的脲酶作用，水解成碳酸铵或碳酸氢铵后，才能被作物吸收利用，水解前，土壤中以分子形式存在，只有20%被土壤吸附，要注意深埋。尿素为白色结晶体，含氮量为42%~46%，是固体氮肥中含氮量最高的氮肥品种。在造粒过程中当温度过高时会产生缩二脲，当缩二脲含量超过2%时，会抑制种子发芽，危害作物生长，因此尿素不能用作种肥。尿素施用到土壤中应适当深施或施用后立即灌水，可以减缓尿素的水解，延长肥效时间，减少损失。
不同的化学氮肥施用到土壤中后溶解于水，氮素以NH4+、NO3_或尿素分子存在于土壤溶液中，直接参与土壤-植物体系中的循环。植物对氮的吸收率一般为30%~50%，大部分氮肥经过各种途径损失到环境中参与氮素循环。铵态氮肥或尿素施入土壤中，通过不同途径产生NH4+，由于大部分土壤带负电荷为主，因此NH4+以静电引力被土壤胶体吸附，并发生阳离子交换吸附。当土壤中的NH4+浓度降低时，交换性NH4+又被解吸进人溶液中，以维持土壤溶液中NH4+的浓度。NH4+在土壤中还可以以非交换方式进入2：1型粘土矿物晶层间晶穴内而被固定，通常称为铵的晶格固定。土壤对NH4+的固定能力主要取决于土壤粘土矿物的类型，其中蛭石固铵能力最强，伊利石和蒙脱石次之，贝得石和云母也有一定的固铵作用。土壤由湿变干时，NH4+的固定增强；交换性钾含量高时，专性吸附位被钾饱和，NH4+的固定减少；土壤有机质多时，由于有机物在黏粒表面的吸附，阻塞了离子通道，铵的吸附量也会减少。土壤中铵态氮肥或尿素形成得铵，在硝化细菌的作用下氧化为硝酸，氧化过程分两步进行，首先是铵在亚硝化细菌的作用下，氧化为为亚硝酸，随后亚硝酸再被硝化细菌氧化为硝酸，反应式如下：2HN4++3O2 2NO2- +2H2O +4H+ 每氧化一个HN4+转化为NO3-要释放2H+，是引起土壤酸化得重要来源。生物氧化过程得强弱与土壤中硝化细菌得数量和活性有关，而这又受到土壤通气条件，pH值、质地、水分含量和施肥等因素得影响。硝化作用是在好气条件下进行的，PH＞8或＜4.5，硝化作用不能进行。硝化作用产生的NO3-是作物的主要氮源之一，但它不能为土壤胶体吸附，过多的硝态氮易随水流失，再南方多雨地区，硝酸盐的淋失是旱作土壤氮素损失的重要途径。反硝化作用是硝态氮还原的一种途径，即NO3-在嫌气条件下，经反硝化细菌的作用下还原为NO、NO2、N2的过程，其反应过程如下：反硝化作用实质上是硝化作用的逆过程，其条件需要严格的土壤嫌气环境。因此在淹水土壤、通透性差或排水不良的土壤，易发生反硝化作用，反硝化作用适宜的pH值为5~8，适宜温度为30~35℃。氨挥发易发生在石灰性土壤上，特别是表施铵态氮和尿素等化学氮肥时，氨挥发损失可达氮肥总量的30%以上，这是因为土壤中的NH3和NH4+存在下列平衡。 随土壤溶液pH的升高及NH3的增加，NH3的分压也加大，溶液中NH3分子的挥发取决于NH3分压和大气中NH3分压之差，通常大气中NH3浓度很低，当溶液中NH3浓度加大时，就导致NH3分子向大气逸散。土壤粘粒和腐殖质能吸附NH4+离子，阻止氨的挥发，在阳离子交换量低的砂质土上施铵态氮，其氨的挥发损失比粘粒大。因此改化学氮肥表施为深施，粉施为粒施，可以减少氨的挥发损失。
