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。