氮素及氮肥

氮素及氮肥—企业培训教材中海化学科技部沈兵1.1 植物和土壤中的氮素植物必需的营养元素中，氮是影响植物生长和产量形成的首要元素。

而我国的土壤普遍缺氮，氮肥的用量远远超过磷肥和钾肥。

在氮、磷、钾中氮肥肥效一直居于首位。

空气中氮气占五分之四，是取之不尽的氮源。

可惜植物不能直接利用空气中的氮，必须通过工业或生物的途径，将空气中的氮合成为氮的化合物，才能被植物利用。

前者主要是生产合成氨，后者主要是豆科植物的生物固氮。

氮占植物体干重的0.3%－5%，平均含量约为1.5%，是除C、H、O外含量最高的营养元素。

它的生理功能主要有以下几方面：①是蛋白质和核酸的主要组成元素。

蛋白质中含氮16%－18%，核酸中含氮15%－16%。

蛋白质是构成植物细胞原生质的基础物质，没有氮就不能形成蛋白质，植物就不能维持生命。

氮素是一切生物体不可缺少的，故有生命元素之称。

核酸及其与蛋白质结合的核蛋白，在植物生活和遗传变异过程中有特殊的作用。

②是叶绿素的组成元素。

绿色植物利用光能将二氧化碳和水合成有机物质，称光合作用。

缺少氮素会影响有机物的合成。

③是植物体内许多酶的组成元素。

酶是一类特殊的蛋白质，是植物体内各种物质转化的催化剂，控制着各种代谢过程。

此外，氮还是一些维生素和生物碱的组分。

氮素不足或过量容易从作物长相上看出来。

氮素不足时植株矮小，叶片小而薄，叶色浅绿甚至发黄，植株常出现早衰，禾谷类作物穗小，籽粒不饱满。

氮素在植物体内可再度利用，缺氮时老叶中的蛋白质分解，氮素可供幼叶利用。

因此，植株下部叶片先黄化，逐步向上部扩展，可作为判别作物缺氮的显著特征之一。

氮素过量时作物叶片肥大，颜色深绿，柔软多汁，茎秆细弱，贪青晚熟，易倒伏。

棉田因叶片相互遮荫，通风透光差，蕾铃脱落严重。

瓜果则糖分下降，不耐贮藏。

马铃薯、甘薯则地上部旺长，结薯小而少。

因此，必须合理施用氮肥。

除豆科作物能与根瘤菌共生，固定空气中的氮素外，绝大多数作物所需要的氮素来自土壤。

土壤中的含氮化合物可分为有机态和无机态两大类。

在耕层土壤中有机态氮占90%以上。

因此，土壤有机质含量高的土壤，氮素含量也高。

有机态氮主要存在于土壤腐殖质、动植物和微生物残体、施入的有机肥料中。

有机态氮不能被作物直接吸收利用，必须经过土壤微生物分解为无机态氮才对作物有效。

按分解的难易有机态氮可分为易溶于水、分解快的氨基酸和酰胺类，易溶于弱酸、弱碱的简单蛋白质和比较稳定的不易分解的腐殖质、结构复杂的蛋白质。

土壤无机态氮有铵态氮和硝态氮，是作物可以直接吸收利用的氮，称为速效氮。

有机态氮的矿化是作物所需氮素的重要来源。

土壤和肥料中氮的转化包括水解作用、氨化作用、硝化作用、反硝化作用和生物固定。

水解作用是指蛋白质在微生物分泌的蛋白质水解酶的作用下，逐渐分解为各种氨基酸。

氨化作用是指土壤中的含氮有机物(如氨基酸)经微生物作用分解产生氨(NH3)的过程。

氨溶于水生成铵离子(NH4+)，可以被作物吸收，也可被土壤胶体吸附。

硝化作用是指氨或铵盐在土壤硝化细菌作用下，转化为硝酸的过程。

这个过程分两步进行，先在亚硝化细菌作用下，氨氧化成亚硝酸，在土壤通气良好的条件下，亚硝酸很少在土壤中积累，随即在硝化细菌作用下进一步氧化成硝酸。

硝酸态氮也是作物容易吸收的氮，但硝酸离子(NO3-)不易被土壤胶体吸附，容易随水流失。

反硝化作用是指硝酸离子被还原成亚硝酸，进一步还原成氮的氧化物(NOx)和氮气而挥发损失的过程，所以反硝化作用又叫脱氮作用。

上面提及的氮的转化作用，都是在土壤微生物和酶的作用下进行的，所以都受土壤条件的影响，要有适宜的水分、温度和酸碱度，还受通氧条件的影响。

例如硝化细菌是好气性微生物，要求土壤通气条件良好，土壤水分在田间持水量60％为宜，既有一定水分，又有足够的空气。

而反硝化作用是在土壤通气不良(如淹水)，又有新鲜有机物存在时容易发生。

氮的生物固定是指微生物在分解含氮有机物产生氨和硝酸过程中，也利用一部分供本身营养的需要，使氮素在微生物躯体中固定下来。

一旦微生物死亡，经过其他微生物的分解，氮素可再释放利用。

除了上述土壤氮素转化的生物化学过程外，某些物理的和化学的作用，如铵的吸附和解吸、铵的粘土矿物固定和释放，也应包括在氮素转化之列。

对土壤氮素转化的了解，有助于合理施用氮肥，减少肥料氮的损失，更好发挥氮肥的增产作用。

1.2 氮肥的种类和性质根据氮肥中氮素的形态可以分为：铵态氮肥：氮肥中氮素的形态是氨( NH3)或铵离子(NH4+)。

例如液态氨、氨水、硫酸铵、氯化铵、碳酸氢铵等。

硝态氮肥：氮肥中氮素的形态是硝酸根(NO3-)。

如硝酸钠、硝酸钾、硝酸钙。

硝、铵态氮肥：氮肥中含有铵离子和硝酸离子两种形态的氮。

如硝酸铵、硝酸铵钙、硫硝酸铵。

酰胺态氮肥：主要有尿素。

氰氨态氮肥：主要有石灰氮，其成分为氰氨化钙(CaCN2)。

所有化学氮肥，除石灰氮和天然的智利硝石(硝酸钠)外，都由合成氨加工而成。

2001年我国氮肥的总产量达2526.7万吨，占化肥总产量(3396.5万吨)的74.4%，其品种和产量如表2-1所示：表2-1 2001年国产氮肥品种构成情况品种产量(万吨) %尿素1454.8 57.6碳酸氢铵510.0 20.2氯化铵92.5 3.6硝酸铵80.0 3.2硫酸铵13.5 0.5磷酸铵含氮60.3 2.4硝酸磷肥含氮22.4 0.9其他293.0 11.6合计2526.7 100.0国产氮肥品种构成比较单一，主要是尿素和碳酸氢铵。

这些氮肥的主要化学、物理性质和入土后的农业化学性质如下：（一）尿素：因人尿中含有这种物质而得名，分子式是CO(NH2)2，含氮46%。

工业上用氨和二氧化碳为原料，在高温、高压下合成，经造粒塔生产的小颗粒尿素，颗粒直径0.85mm～2.80mm的占90%以上。

粒状尿素的容重为每立方米0.66吨，它易溶于水，20℃时100毫升水中可溶解105克，水溶液呈中性反应。

尿素中常含有少量缩二脲，因为它对作物生长有抑制作用，因此，国家标准规定它的含量不能越过1.5%。

施用尿素引起烧种、烧苗，除施用方法不当外，常与缩二脲含量过高有关。

尿素虽可用于叶面喷施，但施入土壤后要经过脲酶作用，水解成碳酸铵或碳酸氢铵后才能被作物吸收。

而水解快慢与土壤条件，尤其是温度和土壤中的脲酶活性有关。

在土温较低的情况下尿素的肥效往往比较迟缓，要提前施用。

尿素施用后没有酸根残留，适于各种土壤和作物。

为减少水解后氨的挥发，深施(离土表6cm～8cm)有较好效果。

国内近年已采用流化床技术，生产大颗粒尿素，直径为1.8mm～4.5mm，也可因农业生产需要，生产更大颗粒的。

它抗压和抗潮性好，有缓释性，肥效较长，是用作散装掺混肥(B.B.肥)的良好原料。

（二）氢酸氢铵：简称碳铵，分子式为NH4HCO3，含氮17%。

世界上只有我国大量生产这种氮肥。

它是由氨、二氧化碳和水反应生成，为白色或浅色，是细小的粒状、板状或柱状结晶，容重0.75吨/米3，比尿素(0.66)稍重，易溶于水，在20℃时每100毫升水可溶解21克，水溶液呈碱性反应。

碳铵在常温常压下易分解为氨、二氧化碳和水，分解的速度和碳铵本身的含水量，贮存地点的温度和空气湿度有关。

碳铵怕“热”怕“湿”，温度高湿度大分解速度加快。

在工艺上应控制水分在 3.5%以下，加大结晶颗粒，用塑料袋密封贮存。

碳铵施用后无酸根残留，适用于各种土壤和作物，肥效比尿素快，适合做基肥和追肥，但施用后要覆土。

碳铵入土后铵离子比其他铵态氮肥更易被土壤吸附。

根据我们1983～1986年在华北地区小麦、玉米上的大量试验，碳铵深施的增产效果与尿素相同，优于尿素表面撒施。

（三）氯化铵：简称氯铵，分子式为NH4Cl，含氮24%～26%。

在我国氯化铵大多是制碱工业的副产品，每生产一吨纯碱，同时联产一吨氯铵。

氨铵为白色或微黄色结晶，物理性状较好，20℃时每100毫升水可溶解37克，溶液呈微酸性反应。

施用后因作物吸收NH4+多，吸收Cl-少，有较多的氯根残留，称为生理酸性肥料。

在干旱和排水不良的地区和盐碱地上不宜施用，在烟草上不能施用，否则降低烟叶的品质。

在茶树、葡萄、薯类、糖料作物和柑桔上要控制用量，否则会降低糖度和淀粉含量。

（四）硫酸铵：简称硫铵，分子式为(NH4)2SO4，含氮21％。

硫铵由氨和稀硫酸中和反应生成，为白色结晶。

目前农用硫铵大部分是炼焦工业等的副产品，为淡灰绿色或淡黄色，容重0.86，物理性质稳定，不易吸潮，0℃100克水中可溶解70克。

硫铵除含氮外，还含有24％的硫，在缺硫土壤上有很好效果。

但在淹水条件下SO42-易还原成H2S，对作物根系有毒害作用。

硫铵也是一种生理酸性肥料。

（五）硝酸铵：简称硝铵，含氮33％～35％。

目前的主要生产方法是将氨在高温、高压和铂催化下生成硝酸，再由硝酸吸收氨生成硝铵。

硝铵是一种很好的氮肥，尤其适用于旱地作物、烟草、蔬菜和果树等。

但它的缺点是极易吸潮。

在20℃溶解度为65.2%。

同时在贮运过程中遇高温、火源和严重撞击，可能引起燃烧或爆炸。

因此，一些国家将其改性，添加稳定和惰性物质，并造粒，以克服上述缺点，硝酸铵钙就属于这类产品。

此外，国外还施用氮溶液，是一种用氨与其他固体氮肥(硝铵、尿素等)混合而成的液体肥料，含氮30％～40％，在我国尚未得到发展。

国内外都在研究和开发长效氮肥，又称缓释氮肥，由于成本较高，目前只有少量生产。

1.3 氮肥施用技术我国氮肥的产量和用量均居世界第一位，但是施用后利用率不高，损失很大。

据中国科学院南京土壤研究所综合全国528个水稻上的试验结果，氮肥的平均利用率为33%－38%，254个麦类(小麦、大麦、元麦)上的试验结果，氮肥的平均利用率为28%－41%；并估计出氮肥的损失率在水田超过50%，在旱地为45%左右。

氮肥利用率的高低，一般与肥效(施用单位养分的增产量)的高低是一致的。

因此，合理施用氮肥就是要提高氮肥的利用率和肥效，现将氮肥施用主要技术列举如下。

一、氮肥与磷、钾肥等配合施用，做到平衡施肥。

在20世纪50年代前后，单施氮肥就有很高的肥效。

此后由于土壤磷、钾的消耗，已不能满足作物高产的需要，成为提高作物产量的养分限制因子。

在这种情况下单施氮肥往往难以凑效，必须与磷钾肥同时施用。

例如中国农业科学院土壤肥料研究所在河北省景县一块比较瘠薄的潮土地上做了一个小麦氮肥(尿素)用量试验。

由于该地块的土壤严重缺磷，单施氮肥几乎不增产，而在每亩施用7.5千克P2O5(过磷酸钙)的基础上再施用氮肥，取得了显著的增产效果。

氮肥与磷肥之间并有正的交互作用。

江西上饶地区农科所在一块速效磷、钾含量均较低的田块，连续三季水稻单施氮肥(每亩N10千克)，平均亩产275千克，氮肥配施磷肥(每亩P2O53千克)，平均亩产324千克，氮肥配施钾肥(每亩K2O6千克)平均亩产317千克，氮磷钾肥配合亩产344千克。