第二章 氮 肥
氮肥是农业生产中需要量最大的化肥品种，它对提高作物产量，改善农产品的品质有重要作用。了解氮肥的种类、性质及其施入土壤后的变化，从而采用合理的施用技术，对减少氮素损失及减轻氮肥对环境的危害，不断提高氮肥利用率，有着重要的现实意义。
第一节 氮肥的种类、性质和施用
一、概述
现代氮肥工业生产所用的原料主要是合成氨。生产合成氨的哈伯（Haber）法装置于1913年建成，并在德国首先实现工业化，成为氮肥工业的基础。氨合成的原理是将氢和氮按3：1的比例混合进行反应，其基本反应式如下：
上述反应必须在高温、高压及有催化剂的条件下进行，因为4个分子的原料气体合成2个分子的氨，需要加压；而生产一个分子的氨，同时放出53.2 kJ的热量。低温有利于反应向生成物方向进行，但反应速率慢。为了加速反应，需用加温且有触媒催化，并需将合成的氨从气体混合物中分离，以利反应继续进行。
合成氨所需的氮气来自空气，氢气来自水或燃料(煤、石油或天然气)。合成氨经氧化即可制取硝酸(HNO3)，它也是氮肥工业的原料。其反应式为：
合成的氨可直接做氮肥施用，也是生产其他氮肥的基本原料。迄今为止，除石灰氮外，
其他的化学氮肥均由合成氨加工而成，如下图所示。
化学氮肥有多种分类方法：其一是按含氮基团进行分类，将化学氮肥分为铵态氮肥、硝态氮肥、酰胺态氮肥和氰氨态氮肥4类，这种方法较为常用；其二是根据肥料中氮素的释放速率，可将氮肥分为速效氮肥和缓释/控释氮肥，缓释/控释氮肥的性质不同于一般的化学氮肥，是当今化学氮肥重要的发展方向之一，故在本章作为一类肥料加以介绍。此外，根据化学氮肥施入土壤后残留酸根与否，可将其分为“有酸根氮肥”和“无酸根氮肥”，有酸根氮肥如硫酸铵、氯化铵，这类肥料长期、大量施用会破坏土壤性质；无酸根氮肥主要有尿素、硝酸铵、碳酸氢铵和液体氮肥，这类肥料对土壤性质无不良影响和副作用，可广泛用于多种土壤和作物，因此，目前世界上这类氮肥的产量及销量都较大，其中美国以液氨和由液氨配制的液体复混肥为主，欧洲以硝酸铵较多，日本生产尿素较多，我国最主要的氮肥品种是碳酸氢铵和尿素。现将几类主要氮肥的性质及其合理施用叙述如下。
二、铵态氮肥
凡氮肥中的氮素以NH4+或NH3形态存在的均属铵态氮肥。根据肥料中铵(氨)的稳定程度不同，又可分为挥发性氮肥与稳定性氮肥。前者有液氨、氨水和碳酸氢铵，后者有硫酸铵和氯化铵等。一般具有下列共性：①易溶于水，肥效快，作物能直接吸收利用；②肥料中NH4＋易被土壤胶体吸附，部分进入黏土矿物的晶层被固定，不易造成氮素流失；③在碱性环境中氨易挥发损失，尤其是挥发性氮肥本身就易挥发，若与碱性物质接触会加剧氨的挥发
损失；④在通气良好的土壤中，铵(氨)态氮可经硝化作用转化为硝态氮，易造成氮素的淋失和流失。下面分别介绍几种常见铵态氮肥的性质与施用。
(一) 碳酸氢铵 (NH4HC03)
碳酸氢铵(ammonium bicarbonate)简称碳铵，它是用CO2通入浓氨水，经碳化并离心干燥后的产物。碳铵是我国小型氮肥厂的主要氮肥品种，具有投资少、生产工艺简单、能量消耗低等特点。碳铵生产线的建立，对我国早期氮肥工业的发展起了积极作用，在我国目前的氮肥生产中，仍占有重要地位，产量约占氮肥总产量的45%以上，居氮肥品种之首。但由于碳铵的化学性质不稳定，氮肥利用率不高，今后必将逐步为含氮量高、稳定性好的氮肥品种所取代。
碳铵纯品含氮17.7%，因生产过程中含水和某些杂质，实际含氮量为16.5%~17.5%，农业部颁布的质量标准见表2-1。
碳铵为无色或白色细粒晶体，易吸湿结块，易挥发，有强烈的氨味，易溶于水，20℃时的溶解度为21%，40℃时为35%，水溶液呈碱性(pH8.2 ~8.4)。碳铵的化学性质不稳定，即使在常温下(20℃)，也易分解为氨、二氧化碳和水，因此造成氮素的挥发损失。其反应式如下：
影响碳铵分解的主要因素是环境温度和肥料本身的含水量。在常温下，当温度达70℃时，碳酸氢铵可全部分解。据测定，在气温为20℃露天存放碳酸氢铵时，1d、5d和l0 d的损失率分别为9%、48%和74%；在气温为30℃露天存放时的损失率更高，其相应的数值分
别为19%、68%和94%。一般来说，含水量＜0.5%的碳酸氢铵，称为干燥碳酸氢铵，常温下比较稳定；当含水量<2.5%时，分解较慢；当含水量>3.5%时，分解明显加快。由于碳铵生产过程中不能用常法加热干燥，所以农用碳铵一般含水5.0%左右，这就增加了碳铵的不稳定性。较高的含水量导致碳铵在贮存、运输中易潮解、结块(一种缓慢的分解)，原因在于碳铵所含游离水分子使固体表面形成一层饱和溶液层，其中的碳铵先电离为NH4+和HCO3-，并产生水解反应，导致分解作用自行加剧。
为了克服碳铵易挥发、结块的缺点，在碳铵生产过程中可通过一定的工艺措施，提高其产品质量，如在碳铵结晶时，添加阴离子表面活性剂(如十五烷基磺酰氯或十烷基苯磺酸铵等)使晶粒增加，表面活性降低，含水量降低，氨的挥发减少。此外，通过机械压粒、化学改性等方法也可提高碳铵产品质量。机械压粒是将粉状碳铵压成重约1g的颗粒状，使产品粒度增大，表面积减少，结块、挥发程度降低。化学改性是指在碳铵中加入一定量的磷酸铵和氧化镁以吸收碳中的吸湿水，形成磷酸镁铵，使碳铵的含水量降低，稳定性增加。反应式为：
通过上述方法可明显增加粒度，降低含水量，提高碳铵产品质量，降低氮素挥发损失。此外，在碳铵的贮存、运输中保持低温、干燥，严密包装和有计划的开包等，都有利于防止碳铵潮解、结块，减少氮素损失。
模拟试验的结果表明，在不同类型土壤上(潮土、红壤和水稻土)与其他氮肥品种比较，土壤对碳铵中铵的吸附量最大，以碳铵被吸附的相对值为100，则硫酸铵为73~74，氯化铵为64~87，硝酸铵为58~79，尿素为8~11。其原因可能是由于碳铵中HCO3-的负电性弱，酸根的电离度小，HC03-分解CO2形式逸散，有利于NH4+离子被土壤吸附。因此，施入土壤后碳铵的模拟淋失量只占施入量的5%~13%，相当于硫酸铁的1/3或尿素的1/15~1/l00坚持深施覆土，可使碳铵中氨的挥发明显减少，不论在酸性、中性或石灰性土壤上，其肥效都和硫酸铵相近。此外，在土壤溶液中碳铵解离，生成HCO3-，还能以CO2的形式为作物提供碳源，碳酸氢铵由于不残留酸根，长期施用对土壤性质无不良影响。
碳铵可做基肥和追肥，但不能做种肥。坚持深施并立即覆土是碳铵的合理施用原则，施
