化肥与环境

2016化肥与环境张淑展一、化肥的种类二、化肥施用与土壤生态环境（1）重金属污染（2）有机成分污染（3）氟污染（4）放射性污染（5）土壤硝酸盐的积累三、化肥的施用与大气生态环境四、化肥的施用与水生态环境氮肥氮肥是含有作物营养元素氮的化肥。元素氮对作物生长起着非常重要的作用，它是植物体内氨基酸的组成部分、是构成蛋白质的成分，也是植物进行光合作用起决定作用的叶绿素的组成部分。氮还能帮助作物分殖，施用氮肥不仅能提高农产品的产量，还能提高农产品的质量。氮肥，也为无机盐的一种。化肥的种类氮肥有以下几种：铵态氮肥：包括碳酸氢铵(NH4HCO3)、硫酸铵{(NH4)2SO4}、氯化铵(NH4Cl)、氨水(NH3.H2O)、液氨(NH3)等；硝态氮肥：包括硝酸钠(NaNO3)、硝酸钙{Ca(NO3)2}、硝酸铵(NH4NO3)等；铵态硝态氮肥：包括硝酸铵、硝酸铵钙、硫硝酸铵；酰胺态氮肥：尿素{CO(NH2)2}，含N46.7%，是固体氮中含氮最高的肥料。磷肥全称磷素肥料。磷肥以磷为主要养分的肥料，磷肥肥效的大小(显著程度)和快慢决定于磷肥中有效的五氧化二磷的含量、土壤性质、放肥方法、作物种类等。磷肥有以下几种过磷酸钙：能溶于水，为酸性速溶性肥料，可以施在中性、石灰性土壤上，可作基肥、追肥、也可作种肥和根外追肥。钙镁磷肥：是一种以含磷为主，同时含有钙、镁、硅等成分的多元肥料，不溶于水的碱性肥料，适用于酸性土壤，肥效较慢，作基肥深施比较好。磷酸一铵和磷酸二铵：是以磷为主的高浓度速效氮、磷二元复合肥，易溶于水，磷酸一铵为酸性肥料，磷酸二铵为碱性肥料，适用于各种作物和土壤，主要作基肥，也可作种肥。钾肥钾肥全称钾素肥料。以钾为主要养分的肥料，植物体内含钾一般占干物质重的0.2～4.1%，仅次于氮。钾在植物生长发育过程中，参与60种以上酶系统的活化，光合作用，同化产物的运输，碳水化合物的代谢和蛋白质的合成等过程。肥效的大小，决定于其氧化钾含量。钾肥有以下几种：氯，吸湿性小，不易结块，物理性状良好，施用方便，是很化钾:含氧化钾为50%～60%。主要以光卤石，钾石盐和苦卤为原料制成。氯化钾易溶于水，20摄氏度时溶解度为34.7%，100摄氏度时为55.7%，是速效性肥料，可供植物直接吸收。氯化钾吸湿性不大，通常不会结块，物理性质良好。硫酸钾:硫酸钾是无色结晶体好的水溶性钾肥。硫酸钾是化学中性、生理酸性肥料,是一种无氯、优质高效钾肥；它也是优质氮、磷、钾三元复合肥的主要原料。硝酸钾：硝酸钾在农业市场用途十分广泛，硝酸钾属于二元复合肥。硝酸钾是无氯钾、氮复合肥料，植物营养素钾、氮的总含量可达50%左右，具有良好的物理化学性质。磷酸二氢钾:磷酸二氢钾属新型高浓度磷钾二元素复合肥料，其中含五氧化二磷52%左右，含氧化二钾34%左右。磷酸二氢钾产品广泛适用于各类型经济作物、粮食、瓜果、蔬菜等几乎全部类型的作物。复合肥包括硝酸钾、磷酸二氢钾、磷酸二氢铵、磷酸一氢铵等；复混肥是上述两种或两种以上化肥混合在一起的肥料.化肥施用不当或过量施肥将对土壤环境产生不利影响，表现在：对土壤中硝酸盐的累积的影响；对土壤肥力和性质的影响；对土壤卫生状况的影响。另外，由于生产化肥的原料、矿石的杂质以及生产工艺流程的污染，化肥中常常含有不等量的副成分或杂质，它们是重金属元素、有毒有机化合物以及放射性物质等。施入土壤后会发生一定程度的积累，造成土壤的潜在污染。化肥施用与土壤生态环境（一）重金属污染人们通常将密度大于4.5克/立方厘米、原子量大于55的金属，称为重金属，而从环境污染方面所讲的重金属，通常是指汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)、砷(As)等有毒有害物质。化肥中重金属对土壤的污染重金属元素是肥料中报道最多的污染物质。氮、钾肥料中重金属含量较低(表1)，而磷肥中含有较多的有害重金属。表1印度某些化肥的重金属含量土壤重金属污染的特点（二）有机副成分的污染从当前国际上使用的化肥种类来看，普遍认为有害的有机化合物有：硫氰酸盐、磺胺酸、缩二脲和三聚乙醛，它们对种子、幼苗或者土壤微生物有毒害作用。1、硫氰酸盐硫氰酸盐产生于煤制气和炼焦的生产过程中，在用煤气和炼焦厂的副产品制造的硫酸铵中有硫氰酸铵。硫氰离子的1~5mg/kg水溶液，对稻、麦的发芽有促进作用，在5mg/kg以上时则危害发芽。2、磺胺酸在利用制造尼龙原料的废硫酸生产的磷肥、氮肥中，含有磺胺酸盐。磺胺酸对植物有危害作用，但在制造过程中用亚硝酸盐加以分解除去，则可无害。3、缩二脲缩二脲和做种肥是易发生危害。故对尿素及其加工的肥料，宜在用前了解其中缩二脲的含量，以便采取预防措存在于尿素中。缩二脲易危害植物，尤其是根外喷施施。4、三聚乙醛三聚乙醛是生产某些农药、医药和其他有机合成物的原料。三聚乙醛及有关化学物污染农田危害作物的事故屡屡发生，对农业生产造成很大威胁。（三）氟的污染磷矿石中另一种有害物质是氟。长期使用磷肥会导致土壤中含氟量的增高。对某些原土壤含氟较高的地区更可能增加其氟污染的严重程度。（四）放射性污染由于原料中携带放射性核素，化肥施用将放射性扩散到广大农田环境，经过食物链，最终被人体摄取。化肥中放射性物质主要存在于磷肥和钾肥中。自然界分布的磷矿石中常伴生铀、钍（tu）、镭等天然放射性元素。而在磷肥的生产过程中，铀和磷一起进入磷肥，使磷肥中也含有微量的天然放射性元素。钾肥中的放射性核素是40K。经常施用磷肥和钾肥将放射性物质扩散到农田环境并不断积累，它们通过肥料→土壤→农作物→动物或经过食物链，最终被人体摄取而产生危害。（五）土壤硝酸盐的积累化肥氮肥主要品种为铵盐、硝酸盐、尿素、石灰氮及氨水等，它们施入土壤中，非铵盐及非硝酸态氮均要转化为铵态氮和硝态氮方可被植物吸收。铵态氮在土壤通气的情况下，经土壤生物的作用，可转化为亚硝酸盐（NO2--N）进一步氧化形成硝酸盐（NO3—N）。如果氮肥施用过多，不仅可造成作物贪青，甚至倒状，而且在土壤中转化为硝态氮的含量就会明显增加，作物根部从土壤中就要吸收大量的硝态氮，人类通过食用含硝酸盐过多的蔬菜或其他食物后，将硝酸盐一并食入。化肥对环境的影响主要集中在氮肥上，氮挥发及NOx的释放等会使大气中氮含量增加而带来一系列的影响。硝化及反硝化释放N2O到大气中造成温室效应，氮肥的使用对其他温室气体CH4及CO2的释放也有影响。而且CH4、CO2等气体在大气中浓度的增加，不仅能引起温室效应，而且还能引起臭氧层的破坏。（一）氮肥气态损失途径氮肥气态损失途径主要包括氨挥发和硝化、反硝化作用等途径，二者具有一定的互补性。如果条件有利于氨挥发反硝化损失量小，反之，则大。三、化肥的施用与大气环境1、氨挥发损失及其意义根据国内试验汇总，不同试验中氨挥发占施入氮量的5%~47%，占氮素总损失的18%~104%。NH3不仅以干湿沉降返回地表，加速水体富营养化，或再作为NO2和NO的二次源，而且还影响土壤作为甲烷汇。2、硝化作用的损失及其意义硝化作用过程中氮的损失，往往注重硝化产物硝态氨向水环境中的迁移。忽略N2O向大气中的损失，但它有时也比较可观，如从施用无水氮的土壤释放的N2O-N量可占到加入氮量的7%，所以某些施肥土壤在硝化过程中形成的NO2量也是不可忽视的，对温室效应也有一定的影响。3、反硝化的损失及其意义反硝化程释放出的N2O量，对温室效应有强大的贡献力，与1分子CO2相比，1分子的N2O的温室效应增温潜力为300。（二）施肥与温室效应大气中CO2、CH4、和N2O是重要的温室气体。据估计，大气中20%的CO2，70%的CH4和90%的N2O来源于农业活动和土地利用方式的转换等过程。N2O是土壤硝化作用和反硝化作用过程中由微生物活动产生的，它既是温室气体，又对破坏臭氧层有责任；土壤中CH4的产生和消耗是微生物活动的结果，在厌氧条件下，甲烷菌分解土壤中的有机质，产生甲烷；CO2大部分来源于矿物燃料的燃烧，由土壤排放的CO2只占少量部分，而化肥的大量使用将会促进农田CO2的排放。（三）施肥对大气环境的其他影响1、氮氧化物NOx与酸雨氮的气态氧化物包括NO、NO2、N2O、N2O5、和N2O4等，最主要的是前三种。它们均有可能由化肥氮肥在农田生态系统中通过生物化学作用而产生。NOx也能够形成酸雨，对水生生态系统和陆地生态系统造成危害。2、N2O与臭氧层破坏N2O对臭氧层的破坏令世人瞩目。在农田生态系统中，由于化学氮肥的施用量过多，其中部分氮素在还原条件下通过反硝化作用产生N2O，它可以长期滞留在平流层，成为破坏臭氧层的催化剂，其光化学反应的方程式为：•N2O+O2→NO+N2O，NO+O3→NO2+O2•一旦臭氧层遭到削弱和破坏，过多的紫外线辐射将使人类和牲畜皮肤癌的患病率增加，还可能扰乱动植物的正常生长，并对其后产生不利影响。•此外，氮的气态氧化物在太阳光的照射作用下，将产生光化学烟雾。这种烟雾刺激人类的呼吸系统，并对肺脏组织产生刺激和腐蚀作用。（一）化肥水环境损失的途径化肥从农田流失到水域中的途径主要有：径流、农田排水和渗漏淋洗。1、地表径流天然降水和不适当灌溉形成的地表径流，将农田氮素转移带入到地表水体中，造成氮素的大量损失，包括通过水土流失和农田径流等所带走的养分。由于不利地形、植被状况及不当的农业生产措施，养分流量会很大。四、化肥施用与水环境2、农田排水在水田，常有插秧前的泡田弃水和雨后排水，使一部分氮流失到水体中，施肥往往使农田排水中氮的流失量增加，磷相对地表侵蚀和地表径流的损失，排水中的损失较小，人工排水能减少磷的流失。3、渗漏、淋洗土壤中的氮以及施入土壤的肥料氮，在降雨和灌溉水的作用下，部分直接以化合物形式(如尿素)淋洗到土壤下层，大部分最终以可溶性的NO3-，NO2-和NH4+形式淋洗到土壤下层。氮淋洗损失受气候、土壤、植物、施肥等多种因素的制约。农田系统中的磷流失的另一个途径是磷在土壤剖面向下淋洗，磷可以通过土壤剖面或优先通过一些大的孔隙(如土壤裂缝、跟通道、蚯蚓空洞)慢慢向下淋洗。磷淋洗的多少与农田管理、土壤特性和气候条件有关。在常规施磷肥条件下，大多数土壤上不会发现磷的明显淋洗。（二）施肥与地面水体富营养化水体富营养化通常是指湖泊、水库和海湾等封闭性的水体，以及某些滞留（流速在1m/min以下者）河流水体内的氮、磷和碳等营养元素的富集，导致某些特征性藻类主要为蓝藻、绿藻等的异常增殖，使水体透明度下降，溶解氧降低，水生生物随之大批死亡，水味变得腥臭难闻。水质富营养化不仅使水体丧失应有的功能，而且使水生生态环境向着不利于人类的方向演变，最终势必影响经济建设和社会发展。（三）施肥与水体硝酸盐污染自上世纪70年代以来，地表水尤其是地下水NO3-浓度的增加，引起了欧美国家的注意。已经证实，饮用水和食品中过量的硝酸盐会导致高铁血红蛋白症。此外，硝酸盐进入人体后被还原成亚硝酸盐，可有致癌的危险。THANKS