缓效氮化合物及其他氮肥培训课件.docx

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1、缓效氮化合物及其他氮肥培训课件根据本章前面所述，显然合成的商品氮肥在土壤中各有归宿。结果，作物对所施氮肥中氮的利用率很少能超过60%70%o因氮肥生产耗能大，和对过量氮移到地表水和地下水中以及气态氮损失到大气中等环境问题的关注，所以现在正不断研究如何提高氮肥利用率。后面一章将进一步讨论这一问题。农业上的利益也鼓励人们为提高氮肥肥效而努力。如果有一种能在某一期间持续释放氮的化肥则再好不过，那样就不必多次施用传统的水溶性氮肥了。这种肥料也可能有其他优点，比如减少过量吸收氮和养分不平衡的机率，同时也减少在种子或种子附近施氮量大时损害种子萌发的危险性。较理想的产品应根据作物生育期的需求释出氮。大部分(

2、即使不是全部)已开发和评价出的能控制氮有效性的材料和工艺有以下几类：(a)低水溶性物质，它们要经化学或生物、或两者兼具的分解才可释出有效氮;(b)微溶矿物;(c)可溶或相对水溶性物质，它们可被逐渐分解；(d)经阻溶性处理的普通水溶性肥料；(e)离子交换树脂；(f)硝化和胭酶抑制剂。一、低溶性需分解的物质这是在水中或土壤溶液中微溶的一类化合物。氮从这类物质中释出的速率与其水溶性以及微生物的作用和化学水解速率有关。微生物和化学分解速率又与溶解速率有关，溶解速率取决于溶解性、粒径和其他因素。(一)甲醛尿素胭醛类化合物是这类化合物的主要代表，有其商业利用价值。尿素与大多数醛类反应可生产出含氮30%的微

3、溶化合物，在土壤中经化学或生物作用缓慢分解。这类产品中，最为人熟知的是甲醛尿素。美国约有6个甲醛尿素厂，其他几个国家也有。在催化剂作用下，尿素与甲醛反应便生成甲醛尿素，产品为白色固体。无味，含氮38%o甲醛尿素不是一个组成固定的化合物，由亚甲尿聚合物组成，聚合物的链长不同，较大分子的交联程度也不同，整个胭甲醛系列化合物，从易溶到完全不溶都有，视尿素对甲醛的分子摩尔比、反应的PH值、时间和温度而定。三甲基胭似乎是最适宜的一种能缓释氮的化合物。遗憾的是很难商品化生产较纯的三甲基腺。一般甲醛尿素含30%溶于冷水（25。C）的氮，这部分氮的硝化速率几乎和尿素一样快。在沸水中的溶解度可作为其余70%氮的

4、质量度量。不溶于冷水的氮中，至少有40%溶于热水，它们有合适的农业效应；典型的应溶解50Q70虬美国农业化学家协会用一种活性指数来评价服甲醛化合物的适用性，定义为：Ia=1Gin(%)-in(%)Cwin(%)100式中，IA为活性指数；C呻为不溶于冷水(25C)的氮百分数；Hm是不溶于热水(98100C)的氮百分数。作为化肥，这类化合物的适应性取决于下列因素：(a)不溶于冷水氮的数量，这是缓效氮的来源；(b)不溶于冷水氮的质量，以活性指数表示，反映了冷水不溶态氮将变成有效态的比率。甲醛尿素除能供氮外，也可在含磷、钾等其他养分的复合肥配方中应用。甲醛尿素溶液当初用于生产混合肥料，现在已改为在草

5、坪保养事业中直接施用。美国甲醛尿素的年用量约5万吨，这不包括复合肥生产中所用的甲醛尿素液。它大多数用在非农场市场上，如草皮、风景、装饰、园艺、温室作物和用于针叶树苗移栽过程中出现损伤时的补救措施。(二)丁烯叉二胭(CDiJ)这种缓效化合物由尿素和巴豆醛或乙醛反应生成，粉状CDU含氮30%,已直接用作肥料。由90%CDU和10%N03-N组成的颗粒产品F1oranid含氮28%o用含氮75%的CDU制造颗粒NPK肥料品级为20-5-10o已知微生物转化CDU中的化学键合氮依赖于温度。（三）异丁叉二胭（IBDU）IBDU在日本已作为商品肥料生产。它是尿素与异丁醛的缩合产物，摩尔比为2：1。纯IBD

6、U含氮32%,在水中的溶解度与PH值和温度有关，一般只有01%0.01%.IBDU中氮转化成植物有效态的速率受肥料颗粒溶解性的控制，颗粒越小，溶解越快。对作物生长适宜的土壤PH值、温度和水分条件也加速IBDU在土壤中的矿化。肥料级IBDU大约含氮30%,可与可溶性NPK化肥混合造粒，生产各种复合肥料。IBDU已在美国市场上销售，商品名为“一次壮（VigoroOnce）。（四）尿素乙醛肥料（UZ）尿素和乙醛反应形成尿素乙醛肥料，产品为乙叉二版、二乙烯和一些未反应尿素的混合物。作为肥料的聚合物含氮33%38%,其中15%为水溶性，其余为缓溶性。它在土壤中分解释放氮比多数常见缓效氮肥快，这种肥料最初

7、在德国试验，现已不作商品肥料生产，但日本还有生产。（五）其他胭醛类缩合物糖代联胭为尿素和乙二醛的反应产物，微溶于水（30时只溶0.2%）,已获专利，可用作缓效氮肥。日本已用糠醛副产品生产少量二亚糠基三醛服。前苏联对尿素与甲醛、乙醛混合物的缩合产品MFU-A也很感兴趣。（六）草酰铁50年代末日本研究人员报道了草酰镂（即乙二酸二醛氨）是一种缓慢释放氮的理想化合物。结构式为：（图：图e结构式）NH2-C-C-NH2I1I1oo该化合物色白，不吸湿，含氮31.8%,不溶于冷水，25时的质量溶解度只有0.4%O草酰胺的溶解速度是颗粒大小和硬度的函数，与颗粒大小关系更大。随着溶解，草酰胺在微生物作用下C-

8、C键断裂发生水解，生成碳酸镂。粉状或细粒草酰胺硝化比硫酸镂快,与酸性土壤中尿素的硝化速率相当。由于没有较为经济的工艺生产草酰胺，所以至今它还不是商品肥料。TVA重新研究了草酰胺的合成。现正考虑几种较诱人的工艺。如果开发出较经济的工艺，草酰胺的消费量将很可观。这是一种不烧苗的氮肥，可用在草皮和园艺作物上，也可用于其他特殊用途。（七）三嗪（尿素干储物）三嗪是在有氨存在时将尿素加热而生成各种化合物。这些化合物中，三聚氟酸、三聚氟酸二酰胺、三聚鼠酸一酰镂和三聚氧胺的含氮量分别为32.4%、43.7%、49.4%和66.5圾虽然目前还不以商业规模生产，但因其含氮量高、溶解速度慢，且易合成，所以这种缓效氮

9、肥的应用前景很好。据报道,三聚鼠酸在硝化前期具有毒性。二、微溶矿物分子通式为MeNH1PO1.x0或MeKPO1.x0,其中Me指二价金属元素铜、钻、镒、铁、锌等。这类化合物中，磷酸镂镁最常见。所有这些化合物只微溶于水，其独到之处在于所含元素对植物都是必需的。这类化合物含氮量低，一般为5.7%9%,P2O5含量则为29%45%o硝化和营养元素释放速率可用粒径来控制，颗粒较大延缓这一过程。美国销售的商品磷酸镂镁主要为一水合物，含氮8%,P2O540%和MgO25%该产品商标为MagAmp,25时100毫升水可溶解0.014克，水溶氮为1.0%2.0%o磷酸镂镁可以表施，用量大时也不灼伤植物。其用

10、途广泛，可用于草地、树苗、观赏植物、柑橘、蔬菜和大田作物。在树苗苗床上施用效果最好，并可在移栽幼苗时基施。三、能逐渐分解的可溶物质硫酸眯基胭(GUS)和磷酸眯基胭(GUP)是惟一兼具水溶性和缓释特点的物质。它们被土壤胶体吸附后矿化速率很慢，尤其在好气条件下更慢。在水稻土等嫌气条件下其矿化速率快得多。GUS和GUP的含氮量各为37.0%和27.8%oGUS由鼠氨化钙直接酸化形成，它在日本施于水稻，但销售量不大。四、抗溶解处理普通水溶性产品很多天然或合成的聚合体(如聚氨基甲酸乙酯、聚乙烯等)、蜡、石蜡、沥青化合物和单质硫都是疏水物质，用它们做防水包衣或防水膜可有效控制养分从水溶性肥料颗粒中释放的速

11、率。包衣分三种类型：(a)半透膜。水通过膜扩散进来，并把核中的水溶性氮溶解，提高渗透压，迫使溶解的氮穿过包衣进入土壤溶液。(b)多孔不透膜。包衣膜上有很多针孔，允许水溶性氮向外渗透。(c)固态不透膜。这些物质可被土壤微生物降解产生孔，溶解的氮由此释放出来。(一)包被、包封和基质包衣包被、包封和基质包衣等物质都曾用于阻止水溶性含氮或其他植物养分化肥的溶解，Hauck和Koshino综合评价了缓释性和改良性肥料，并指出了下列三种常用的主要包被类型：(a)有许多微孔的不透性包衣，溶解的氮和其他组分可通过微孔扩散。(b)半透包衣，水可经半透膜扩散到内部，直到内部液压造成包衣破裂为止。(c)完整不透包衣

12、，须经化学、微生物或腐蚀作用的分解，水溶性成分才能释放。包衣可只作阻挡层，也可兼作植物营养源。很多物质已用来包裹肥料，包括胶、油、蜡、石蜡、焦油、沥青、硫和多聚物。选择的包衣材料应薄，否则它们在肥料颗粒上占很大体积，明显降低养分含量。多数肥料颗粒呈多孔、粗糙、表面不规则状态，很难做到均匀一致的包被。（二）可使养分扩散的有孔不透性包被这类长效肥料是用带孔不透膜包裹单粒或多粒水溶性肥料，有的肥料只含氮，有的兼含多种养分，曾用具有少量微孔的聚乙烯薄膜很好地包裹肥料。早在1965年，松树长期施用试验表明，可施用带有不同孔径微孔聚乙烯膜包被的常用商品肥料。一种采用该法包裹的商品肥料叫做Re）OtCont

13、aCtPakets,用于果树、园艺植物、观赏植物和森林树苗。（三）半透膜以长效肥料OSn1OCOte为例，其中含水溶性氮、磷和钾,用半透膜包裹后可允许水进入，直到内部液压增加，足以撑破包被。这种包衣由多层树脂聚合物组成，主要是二聚环戊二烯和乙二醇酯的共聚物。包衣的类型和厚度很大程度上决定了给定成分的释放特点。薄包衣释放速度快，只需几个月，而厚包衣释放慢，释放期长。现已商业化生产出释放期短到3个月至长达9个月之久的配方产品。这类肥料如遇低温或间歇性干旱，释出的氮或其他养分便减少，当早先湿润的包裹颗粒遇到长期严重干旱时，被包裹的养分会过早地释放。三种最广泛施用的Osmocote为14-14-14、

14、18-9-9和16-4-8o包衣占毛重的10%15%,建议将其用于草坪、花卉园艺、定植苗和高产值行播作物。（四）固态不透膜控制尿素等常见干肥料缓慢释放氮的有效方法之一是用相对不溶而且价廉的物质如单质硫做包衣。这种固态不透膜包衣需经土壤微生物或化学或机械作用使其分解破裂。1961年TVA首先在实验室或小型试验中生产出硫衣尿素缓效氮肥（SCU）。自此，TVA继续扩大研究处置该产品的方法和不同条件下施于不同作物的农用效果。目前，TVA正在实验厂生产这种产品，且运转良好，产品质量上乘。基本工艺包括在每粒尿素上形成一层硫壳，即尿素颗粒在转鼓内下落途中喷上一层已熔化的单质硫。在第二个转鼓内用熔化的密封剂（

15、聚乙烯和光亮油的混合物）密封硫衣上的微孔和裂纹。现在产品配方中含氮36%38%,均为尿素氮,且包衣控制尿素释出颗粒的时间和速率。如颗粒包衣不均匀，则硫衣尿素在土壤中见湿后释出尿素的时间便不同，改变包衣过程中的用硫量能调节硫衣尿素的释放速率。TVA用硫制成的硫衣尿素不抗机械碰撞或磨损。剧烈碰撞或磨损将破坏包衣，改变或损害产品缓释特点。为避免磨损，建议不用螺旋或刮板式输送机，尽量减少处置。用桨式或用配以倾斜螺旋输送机的拌合机混配生产散装混肥时包衣损坏程度很大。用配有高速风扇（8001500转/分）的扇式撒施机配以偏心式进料器施硫衣尿素也会引起严重机械磨损。需在生育期内多次施用水溶性氮肥的地区若改用

16、硫衣尿素会很适宜，特别在多雨或多次灌溉地区的砂土上施用效果更好。在甘蔗、菠萝、禾本科饲草、草皮、观赏植物、酸果、草莓、间断性淹水或长期淹水条件下的水稻上施用有好处。因分解作用而严重损失氮时也宜施用硫衣尿素。硫衣尿素的另一个优点是含硫。虽然包衣中的单质硫在施后头一年不能明显消除缺硫现象，但以后的年份便成为植物硫营养的一个重要来源。现在美国和加拿大各有一个公司正生产和销售硫衣尿素，英国也正制造该产品。（五）基质很多已获得专利的工艺能把含氮、磷、钾等养分的可溶性盐类肥料分散到沥青、蜡、石蜡、油、凝胶、聚合物和树脂中。甲醛尿素等水溶性差的含氮化合物也能混合到基质中，或混溶在膨胀型蛭石、珍珠岩、粘土、玻璃料及