创新复合肥技术科学利用不同形态氮素

2012-4创新复合肥技术科学利用不同形态氮素段继贤2012年4月主要内容一、氮素的形态二、铵态氮和硝态氮的特点三、作物对不同形态氮的利用特点四、创新复合肥技术，科学利用不同形态氮一、氮素的形态氮素的循环1.1氮素的循环氮素是所有生物体最重要的生命元素。植物吸收无机态氮，在体内转变成蛋白质等有机态氮；动物吸收和利用植物制造的含氮有机物，并分解、转化成动物性含氮有机物；微生物则兼具吸收无机态和有机态氮，并将有机态氮化合物转换成无机态氮，由此氮素在不同生物界间持续再循环。氮氧化物与氮氢化物1.2氮的不同形态氮素在自然界和生物界之所以如此重要，如此活跃，是因为氮能形成不同氧化价或还原价的氮氧或氮氢化合物。处于氧化态和还原态两端的NO3-和NH4+，是作物能直接吸收而常态下稳定的氮化物。自然环境中和生物体内广泛存在硝态氮、铵态氮和其他不同价态的氮化物。不同无机态与有机态氮化物间的相互转化，常态条件下由酶催化的生化反应机制完成。如生物固氮，铵的硝化或硝态氮的还原等。十分重要的是，只有绿色植物才能将无机氮转化为丰富多样的有机氮化合物。因此，农作物能直接吸收两种形态的氮源，在促进其氮营养和体内含氮物质的转化、代谢等方面，有着诸多的必要性和互补性。1.3化学氮肥的形态施用化学氮肥是土壤氮素的一个重要来源，化学氮肥按含氮基团进行分类，可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，酰胺态和氰氨态氮施入土壤后，少量以分子形态被土壤胶体吸附外，大部分在土壤中各类酶的作用下，转化为铵态氮被吸收。在此我们重点讨论作物直接吸收的两种氮素形态：铵态氮和硝态氮。NO3-NH4+二、铵态氮和硝态氮的特点2.1铵态氮1）铵态氮都以铵盐形式存在，铵盐易溶于水，作物能直接吸收利用，在水田土壤中无机氮几乎全部以铵态氮存在。2）铵态氮能参与土壤中的各种反应。2）易被土壤胶体吸附，部分进入黏土矿物的晶层被固定，移动范围小，不易造成氮素流失，连年使用的铵态氮较多集在上层土壤，上下层土壤中含量差异较大。被土壤吸持的铵，可被作物根系接触交换而直接吸收，也可被其他阳离子置换进入土壤溶液后被作物吸收。3）需要在土壤微生物的作用下转化成硝态氮后才能被吸收，有比较长的持效性。4）长期而大量使用会造成相应的酸根积累，增加根际土的酸度。2.2硝态氮1）是植物最佳氮源。2）硝态氮中的氮呈高度氧化态，在旱作土壤中硝态氮属于速效性氮素，能够迅速地被植物根系吸收，所以硝态氮的含量高低在一定程度上反映了复合肥的速效性。3）不挥发性，不要求必需土施，可以用作追肥和叶面施肥，便于操作。4）因土粒呈负电性，不能吸持负电性的硝态氮，在土壤中移动快，直接被植物吸收，效率最高，但是容易随水流失。5）硝态氮协同促进阳离子的吸收，如钾、钙、镁，而铵与这些离子竞争吸收位点。6）可以被植物立即吸收，而不需要任何的转化，而尿素和铵在被植物吸收之前都要经过转化。7）硝态氮转化成氨基酸的过程在叶片上发生，以太阳能为能源，是个节能过程；铵必须在根部被转化成有机氮化合物，这一过程需要消耗碳水化合物，会影响植物的其它生理过程，如植株生长和果实充实。8）施用硝态氮肥，不会导致土壤酸化。9）能够限制作物对有害物的大量吸收，比如氯化物。10）施用过多的硝态氮会造成硝态氮的淋失，还会导致硝酸盐在植物体内的迅速积累而影响农产品的品质。2.3铵态氮和硝态氮的相互转化★任何土壤都同时存在硝态氮、铵态氮和两种氮源的相互转化与平衡。★土壤中的铵态氮或尿素转化形成的铵，在硝化细菌的作用下通过硝化作用转变成硝态氮，其中包括亚硝化作用（生成NO2-）和硝化作用（生成NO3-）两个阶段的生化反应。★硝态氮也可还原成氮气（脱氮作用）或铵（还原作用）。由于这些反应都是酶促生化反应而受到土壤通气性、土壤pH、气温、微生物种群和反应物数量等因素的很大影响。三、作物对不同形态氮素利用的特点硝态氮和铵态氮是作物能直接吸收的两种有效态氮源，作物既可直接吸收正离子态NH4+，也可直接吸收负离子态NO3-；氮素一旦被吸收进入植物体内，将很快转变成各具重要生理功能的多种含氮化合物。两种氮源对植物氮营养的效用等价，但在不同营养环境下，植物对两种氮源的吸收、储存和代谢存在着差异。3.1作物对铵态氮和硝态氮的吸收和存储铵态氮进入植物细胞后必须尽快与有机酸结合，形成氨基酸或酰胺，铵态氮以NH3-的形态通过快速扩散穿过细胞膜，氨系统内的NH4+的去质子化形成的NH3-对作物毒害作用较大。硝态氮在进入作物体后一部分还原成铵态氮，在细胞质中进行代谢，其余部分可“贮备”在细胞的液泡中，有时达到较高的浓度也不会对作物产生不良影响，硝态氮在作物体内的积累都发生在作物的营养生长阶段，随着植物的不断生长，体内的硝态氮含量会消耗净尽，至少会大幅下降。对铵、硝态氮吸收情况除与作物种类有关外，外界环境条件也有着重要的影响。其中溶液中的浓度直接影响吸收的多少，温度影响着代谢过程的强弱，而土壤pH影响着两者进入的比例：在其他条件一致时，pH低，有利于硝态氮的吸收；pH高，有利于铵态氮的吸收。同时两种氮源被作物吸收过程中，也会影响到营养环境的pH反应。这是由于作物对氮肥中相反电荷养分离子的生理吸收率存在差异而引起。例如：★作物施用电中性的氮肥硫铵，通常根系对含氮正离子NH4+吸收较多，而对伴随施入的负离子SO4-2吸收较少。残留在营养环境中较多的SO4-2将与由铵置换出的H＋结合，使营养环境逐渐酸化，pH值降低。这在使用无土营养液培养时尤其明显。★土壤中施用硝态氮时，作物对硝态氮肥中NO3-的较多吸收也会使其伴随的阳离子较多残留营养环境。上述由作物对不同电荷养分离子的生理不平衡吸收引起的pH反应改变，称作生理性反应，故硫酸铵被称为生理酸性肥料，硝酸钾、硝酸钙称作生理碱性化肥，但应注意的是，由于作物对NO3-和K+、Ca+2等阳离子的相对吸收量差异较少，且残留的阳离子很易被负电性的土粒所吸持。因此，虽然也把硝酸钾、硝酸钙称作生理碱性化肥，但施用后对土壤实际产生的生理碱性反应较小，一般不会碱化土壤。3.2植物对铵态氮和硝态氮的嗜好由于铵态氮和硝态氮的不同正负离子状态，使得这两种氮源吸收过程存在着吸收陪补养分离子的特点。一般认为，作物根系吸收不同养分离子的第一步，是由其呼吸作用产生的CO2，在溶液中与水结合成碳酸，解离出H＋和HCO3-，用以分别交换营养环境中相同电荷的养分离子并吸附于根表，进而被吸入体内，即根系用H+交换NH4+、K+、Ca+2等阳离子，用HCO3-去交换NO3-、H2PO4-等阴离子，并使吸收过程保持作物和营养环境的电中性。当作物根系吸收较多铵态氮，则会相应吸收较多H2PO4-等阴离子以陪补（补偿）作物和营养环境至电中性；反之，若吸收较多硝态氮，则会相应吸收较多K+，Ca+2等阳离子以补偿其至电中性。这种吸收陪补养分离子的特点使得一些作物对两种氮源吸收表现出不同的嗜好。例如：★适应酸性土壤生长的嫌钙植物和适应低氧化还原势土壤条件下生长的植物（如水稻）嗜好铵态氮，有些植物如马铃薯，适于低pH，供应铵态氮，可使介质pH降低，对植株，特别对根系生长有明显优点。★喜钙植物和适于高pH石灰性土壤生长的植物，优先利用硝态氮，大多数旱地作物，如玉米，对硝态氮偏好，在等氮量供应情况下，硝态氮的增产效果更突出。★烟草是一种对硝态氮反应良好的作物，施用硝态氮不但能提高其产量，也能改善其品质，因为烟草吸收NO3--N较多，伴随吸入的K+等阳离子也会较多，K+有利于全面提升烟叶的内在质量。3.3作物吸收两种氮源的肥效评价铵态氮和硝态氮对作物氮营养的价值和效用相等，且两者优势互补。但在某一具体的营养环境下，在某种作物的某一生育阶段去观察和评价对两种氮源的吸收利用，仍常会出现不同程度的肥效差异。硝态氮因其不被土粒吸持，流动性好，肥效快速的特点，是中晚期旱作物或对受霜冻为害的作物，或为营养液栽培，冲施，滴灌、喷灌的等肥灌方式首选氮源。若栽培水稻，或对栽培在石灰性土壤上作物施用基肥和早期追肥，往往铵态氮较好。随着外界浓度升高，硝态氮作氮源的优势明显增加，铵态氮抑制作物生长的效应也更明显。大量试验结果表明两种氮源配合施用，能收到优势互补的更好肥效。实际生产中，在确定氮肥的品种和施用量，施肥时间和深度等措施时，都宜充分考虑目标土壤的硝化力，即硝化作用进行的可能强度和速率，并使施肥措施与之相适应，以让作物即使在完全施用铵态氮源下也能吸收到一定比例的硝态氮，获得两种氮源配施的效果。4.1国内外科学施肥发展历程与启示1840年德国农业化学家李比希发表了划时代的著作《化学在植物生理及农业中的应用》，为化肥的生产与应用奠定了科学的理论基础，从此人类开创了使用化肥的新纪元。近200年来，世界科学施肥发展经历了三个阶段：一是1843年至20世纪中叶，以产量为目标的科学施肥时期；二是20世纪中叶至80年代，以产量和品质为目标的科学施肥时期；三是20世纪90年代至今，以产量、品质和生态为目标的科学施肥时期。我国施用化肥100多年来，也大体经历了上述三个阶段，但在技术水平上，与发达国家还有一定差距。从养分角度来讲，经历了两个阶段：一是单质养分；二是平衡施肥，即各种养分的复合阶段。现在进入了养分的复合与不同养分形态的科学配置的新阶段。四、创新复合肥技术科学利用不同形态氮素4.2芭田公司对不同形态氮素研究芭田公司长期以来研究植物营养元素需求及营养元素不同形态的吸收能力，重视不同区域、不同土壤和不同作物对不同养分形态的需要，重点研究各种养分形态在肥料中的搭配，及与施用方法之间的联系。芭田公司成立了四大研发中心的创新平台，从工艺技术、农艺技术及IT技术等方面研究植物营养元素间的相互配合及同一元素不同形态的合理配置的研究，使芭田复合肥不断创新，产品质量不断提高。芭田公司对于不同形态氮的研究，经历了3个阶段：2000年，芭田在国内率先推出“芭田蓝复肥”，肥效快速，风靡华南，特别适用叶菜作物，叶色靓丽，口感好，能够使叶菜提早上市。2003年，芭田在国内首家推出“高塔硝硫基”，开创了高塔工艺生产硝基肥料，肥效卓越，畅销大江南北；2008年，芭田创新推出“芭田1+1”升级产品，肥效升级，广获赞誉；4.3芭田公司硝基产品的发展芭田公司近几年来致力打造硝基肥族第一品牌，在注重不同营养元素相互搭配及三种氮源的合理配置的基础上，充分利用工艺技术、农艺技术和IT技术，研究不同养分形态的相互转化、增效及不同添加剂的应用提高作物营养吸收，改善土壤环境及生态环境，提高农产品产量和质量。在功能和品种上下功夫，研究开发适宜不同土壤条件、不同作物的多个系列产品。不论芭田的常规复合肥，还是芭田灌溉肥料、缓控释以及生物肥料，都应用了不同形态氮和其它不同养分的合理配置，使芭田肥料不断创新，肥效高，农产品品质高，生态环境好。4.2.1“芭田1+1”升级产品特点芭田1+1升级产品融合缓释、螯合、酶等技术，含有的新型长效控制因子能够降低各种形态氮素在土壤中的溶解转化峰值，减少肥料氮素释放高峰值的损失，延长氮素不同形态的转化时间，增加土壤吸附氮素的能力，减少氨的挥发损失，促进提高作物的吸收量，肥料养分供应平稳而延长，使复合肥中的养分释放时间比同类、同含量产品肥效延长，肥效更加持久，精确满足作物不同生育期的不同需求特点的养分供应，实现一次性施肥免追肥，减少追肥次数，降低劳动强度，减少人工投入，省工、省时、更省心，同时还可减少化肥对面源和水资源的污染，保护环境。硝化抑制剂尿酶抑制剂土壤中的酶氮的硝化反硝化氨的挥发+添加剂=长效、缓释4.2.2芭田“水肥一体化”肥料的特点芭田公司充分利用硝态氮和铵态氮的特点，进行水溶性肥料的开发和推广，同国内外知名专家合作，努力探索与实施，创新了多项专利技术。既有先进的工艺技术,又有农艺的高科技配方,还有配套的推广应用模式,具体的讲，工艺技术上有四大创新，产品有五大特点，应用上采用芭田公司独有的“三位一体”模式。工艺技术上有四大创新1、创新料浆全溶技术和高塔工艺技术生产水溶性肥料技术；2、创新应用普通磷铵生产水溶性肥料技术；3