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氮肥是怎样损失的?为什么氮肥利用率低?

 

铵态氮肥、硝态氮肥和酰胺态氮肥施入土壤之后,都是先溶解于土壤水中,其氮素分别以铵态氮、硝态氮和尿素分子的形态存在于土壤溶液中,直接参与土壤作物体系中的氮素循环(尿素需要先转化才能被吸收利用),其中一部分被植物和微生物吸收利用,一部分被土壤吸附固定,还有一部分经过了一系列的过程,以气态的形式进入大气或者以硝态氮的形式随水流失。以上这三部分就形成了土壤作物体系中氮素的吸收利用、土壤残留和氮素损失。掌握这三部分之间的关系,能够为我们合理利用氮肥提供很好的基础,促进氮素的吸收,降低氮素的损失,进而有利于提升氮素利用率,促进农业绿色发展。

下面我们以尿素为例,讲解氮肥在土壤中的转化,尿素在土壤中的转化可以分为以下几个过程:一、尿素水解,二、铵的吸附与固定,三、氨挥发,四、铵态氮的硝化作用,五、硝态氮的反硝化作用,六、硝酸盐的淋失与径流损失。其中,尿素水解只存在于含酰胺态的氮肥中,而氨挥发、硝态氮的反硝化作用、硝酸盐淋失与径流损失则属于氮素损失的三种方式。下面我们分别谈一谈。

一、尿素水解

施入土壤中的尿素在土壤中存在的尿酶的作用下进行分解转化,先形成碳酸氨,再进一步形成了碳酸氢氨,这个分解过程,受到了尿酶活性的影响,土壤温度、水分含量、土壤质地和土壤PH值对尿酶的活性都有着非常大的影响,尤其是土壤温度,对尿素的转化影响最大,一般在10℃的温度条件下,需要7至10天能够全部转化,而在20℃的条件下,只需要4至5天,在30℃的条件下,只需要两天就可以全部完成转化。

因此,尿素施入土壤之后,被作物吸收利用就要比铵态氮和硝态氮慢一些,这就要求我们,要根据作物需要提前施用尿素,以便于更好的发挥尿素的肥效。

二、铵的吸附与固定

土壤溶液中的铵离子,除了一小部分被作物吸收外,大部分会与土壤胶体上吸附的其他阳离子进行交换,从而被吸附在土壤胶体上,这种交换吸附对防止铵的淋失和挥发有重要作用。

土壤胶体带有负电荷,可以通过静电引力吸附土壤中的阳离子, 当土壤溶液中铵离子浓度增加时,一部分铵离子与土壤胶体上吸附的其他阳离子进行交换,从而变成吸附态铵离子,在酸性土壤上,土壤溶液中的铵离子容易与土壤胶体上的氢离子发生交换,在中性、微碱性和石灰性土壤上,可以与土壤胶体上吸附的钙离子发生交换。这种交换吸附,相当于是把铵态氮暂时固定在土壤胶体上,防止铵的淋失和挥发。当土壤溶液中铵态氮的浓度降低到一定程度的时候,这些吸附态的铵态氮又可以被置换进入土壤溶液,以维持土壤溶液中铵态氮的浓度,满足作物对氮素的需求,因此,吸附态的铵态氮,是作物非常重要的一个氮源。

另外一方面,铵态氮在土壤中还可以以非交换的方式进入2:1型粘土矿物的晶层,进而被矿物晶层所固定,这就铵的晶格固定,类似于钾的固定。在粘土矿物晶层边缘,新近固定的铵态氮,因为向外扩散的距离比较短,它的有效性,相比晶层内部被固定的铵态氮要高一些,所以容易被作物所吸收利用。

三、氨的挥发

氨的挥发是指氨态氮从土壤表面(旱地)、水表面(水田)或植物表面逸散到大气中的过程,是把铵根离子转化为气态氮的一个过程。在非石灰性的土壤上,铵根离子是先转变为溶解于水的氨分子,然后再转化为气态的氨,挥发到大气当中。而在石灰性的土壤上,铵根离子容易与土壤里面的碳酸钙发生反应,转变为碳酸氨,碳酸氨分解,氨挥发进入大气中。氨挥发的速率,跟土壤里面氨态氮的浓度、土壤PH值、环境温度、土壤水分和氮肥的种类、以及施入方式都有着很大的关系。氮肥表施、浅施或者一次施用量过大,是造成氨态氮挥发的重要原因。

四、铵态氮的硝化作用

土壤中的铵态氮在微生物的作用下,氧化成硝酸盐,硝酸根离子也可以直接被植物吸收利用。整个过程分为两步:一是铵态氮在亚硝化细菌的作用下,氧化为亚硝酸,二是亚硝酸被硝化细菌氧化为硝酸。硝化作用的影响因素有微生物的活性、土壤通气环境、土壤PH值、土壤温度、土壤有机质含量等。硝化作用是在好气的条件下的生物氧化过程,一般在通气好的旱地、水田土表面的氧化层中,硝化作用都能进行。由于硝态氮带负电荷,不能被带正电荷的土壤胶体所吸附,容易随水淋失。因此,在生产生产实践中,我们需要避免土壤中硝化作用过快,以免因灌溉或者是降雨量过大,造成硝态氮的大量淋失。

五、硝态氮的反硝化作用

土壤中的硝酸根离子在多种酶的作用下,逐渐变为氧化亚氮和氮气的过程。这一过程与土壤里面有机质含量、氧气含量、PH值、温度和硝态氮浓度有着很大的关系。反硝化作用必须在嫌气(土壤空气不足)条件下才能进行。反硝化作用加剧了土壤氮素的损失,产生的氮氧化物能够引发较大的温室效应,它对温室效应的“促进”作用要比二氧化碳大得多,并且还能够破坏大气当中的臭氧层。因此,在生产当中,要注意尽可能降低反硝化作用的发生。

六、硝态氮的淋失和径流损失

氮肥在土壤中除了气态损失,还有淋失和径流损失。淋失指土壤中的氮(主要是硝酸盐),随水向下移动至根系活动层以下而造成的氮素损失。径流损失指土壤中的氮随径流或田间排水,而自土壤表面流失造成的氮素损失。它受土壤硝酸盐的含量、灌溉、降雨、土壤结构特征等因素影响,造成氮素的大量损失,还容易引发水体污染。

改进肥料形态,改善施肥方式,有效降低氮素的损失,实现氮肥的高效利用,创造健康的农田生态环境,是我们今后的努力方向。

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