1 氨挥发 尿素水解生成的碳酸铵、碳酸氢铵和氢氧化铵都是不稳定化合物,一定条件下,会有相当数量的氨气逸出,成为尿素损失的主要途径。朱兆良[4]汇集国内外微气象学方法的测定结果,氨挥发损失的氮量可占稻田施入氮量的5%～47%,主要受土壤性质(pH值、ECE)、气象条件(大气湿度、风速)、氮肥使用时期、施肥深度与其它肥料的配合等因子的影响。国内外研究结果表明,尿素水解后产生的氨,可使稻田水层pH值明显上升(有时可达910以上),加上水层中藻类快速生长大量利用二氧化碳,使水中的氢氧根难与二氧化碳结合,氨挥发可能会进一步加剧,达到施入氮量的30%以上,约占水田氮损失总量的50%～80%。因此,尿素即使是用于酸性土壤水田, 同样也存在着氨挥发问题。受土壤表面或水田表面氨分压和风速的影响,尿素于不同作物、不同地理位置表施所引起氨的挥发损失平均占施N量的23%,高的可达50%以上[5]。夏季高温高湿条件下,尿素用于玉米种植中氨挥发损失占全年的70%～85%[6]。近年来的研究发现,氨对大气有污染,逸失氨的10%和氢氧根反应生成NO2占进入大气中NO2总量的10%,其对大气变暖的间接效果将大于直接效果[7]。
2 硝化反硝化作用 尿素水解后可能积累大量NH+4,使土壤局部pH值升高2～3个单位。硝化细菌在足够氧气供应时,迅速硝化NH+4,生成NO3N被作物利用。未被作物吸收的NO3N富集于土壤被降水淋失,成为地下水的主要污染物;或反硝化逸失N2O,破坏臭氧层。陕西灌溉地区土壤中硝态氮的淋失问题严重[8],陕北黄绵土淋出根区的硝态氮含量占施入量的40%,关中 土占30%。反硝化损失因缺乏田间原位观测方法而难以估计,从总损失与氨挥发之差计算,表观 硝化反硝化损失为15%～41%。环境中氮素过量会导致水域富营养化。但是富营养化过程中氮的作用仍难定量评价。硝化反硝化过程中产生的N2O近年来受到人们的普遍关注,它对温室效应的贡献约5%～10%,其潜在的增强作用是二氧化碳的200倍。
尿素转化的控制及提高尿素利用率的途径 尿素在土壤中的溶解、氨化、硝化三大过程需时较短,氮损失严重,植物对氮素的利用率一般为30%～40%。水田中施用尿素,氨挥发损失集中在10%～30%,约占水田氮损失量的50%～80%。旱地施用尿 素,氨挥发损失主要发生在pH>715的石灰性或碱性土壤,损失量可占施入氮量的12%～60%。尿素氮的植物利用率低,主要原因一是其特殊的农化性状;二是施用技术缺乏合理性和科学性。添加脲酶抑制剂 国外对脲酶抑制剂的研究始于20世纪40年代。我国从20世纪80年代对此开始研究,取得与国外较为一致的结果,基本弄清抑制剂对尿素水解进程和尿素氮在土壤中的一系列转化及其与作物氮素利用率的关系,肯定了脲酶抑制剂在抑制尿素水解减少氨挥发损失中的作用。近10年来国外的研究热点集中于O苯基磷酰二胺(PPD)和N丁基硫代磷酰二胺(BTPT)。研究发现,施用PPD可显著减少氨挥发,施肥15天后,氨挥发仅为对照的1���4～1���10,Bymes [9] 在水田中施用含有1%或5%PPD的标记尿素发现,氨挥发损失可减少20%。尿素配施1%的BTPT后氨挥发量占施氮量的313%,比对照下降517个百分点。我国研究较多的是氢醌(HQ),油菜田间试验中施用氢醌,氨挥发为对照的30%～75%;小麦试验使用氢醌后,氮素挥发损失率下降5～10个百分点。值得注意的是,脲酶抑制剂的抑制效果大多很短。在尿素中添加1%(W���M)的PPD一般仅使尿素水解延迟1～4d,减少氮素总损失量并不稳定,在大多数田间试验中也未表现出明显的增产效果,其原因是多方面的,值得进一步研究。2・2 配施硝化抑制剂 硝化抑制剂在一定程度上能抑制铵盐的硝化速率,减缓铵态氮向硝态氮转化,减少氮素反硝化损失和硝酸盐的淋溶损失,可能降低果蔬等作物中硝酸盐的积累。我国试验较多的是双氰胺(DCD)与3、4二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)。非石灰性土壤上施用硝化抑制剂减少肥料氮损失的效果明显优于石灰性土壤,这可能是由于施用硝化抑制剂后,石灰性土壤 ・77・2005年第20卷第2期 董 燕等 尿素在土壤中的转化与植物利用效率 中存留有较多的铵而引起氨挥发损失加重所致。近年来,脲酶抑制剂和硝化抑制剂的配合施用受到重视。与单施脲酶抑制剂相比,二者配合能有效延缓土壤中尿素水解,帮助水解后形成的铵在土壤中较长时间保持较高水平,降低土壤硝态氮的富集、氨挥发损失及氮氧化物的生成。与单施尿素或尿素加氢醌相比,氢醌配施双氰胺可使土壤保持更高的氮回收率(比单施尿素高16178%),总损失量仅占施入氮量的19199%[10]。添加脲酶抑制剂和硝化抑制剂的缓释尿素作底肥施用,氮素利用率达50%～80%,有效期较普通尿素长数周至数月。2・3 尿素包膜及改性 包膜的肥料有效氮释放速度、利用率均较普通尿素有不同程度的改善。硫衣尿素在这类缓释肥中占有特殊地位,其含氮量一般为36%～37%,适于生长期较长的农作物,氮素有效利用率比普通尿素提高1倍。尿素加过磷酸钙加氯化钾制成的磷包尿素总养分在30%以上,增产达2112%,优于长效尿素。树脂聚合物包衣尿素能大大减少土壤硝酸盐淋失量,维持作物生长后期耕层较高的无机氮含量水平,提高尿素利用率约10个百分点[11]。以尿素为基体与醛类反应而形成低水溶性聚合物,在水中溶解度小,肥料氮在土壤中释放慢,可减少氮的挥发、淋失、固定以及反硝化脱氮引起的损失;且肥效稳长,能源源不断地供给作物整个生育期对养分的要求。目前在国外作为商品出售的品种有脲甲醛、脲乙醛、脲异丁醛和草酰胺等,但这类肥料因价格较高,未能在国内推广。尿素颗粒的大小对尿素肥效也有明显影响,试验表明,作物对尿素氮的吸收随着尿素颗粒的增大而增加。大颗粒尿素的肥效期较普通尿素长约1倍,氮素利用率可高达85%[12]。2・4 表面膜技术的应用 近年来,我国和澳大利亚有关研究者探索如何将表面膜技术应用于水田中尿素水解转化过程氨挥发的田面水控制技术[13]。宁夏灌区节氮节水试验表明[14],抑氨膜能明显减少氨挥发损失,节约氮肥25%,氮素利用率提高718%～914%。但是表面膜易 被微生物分解,或受到风速的影响,需要定期加入,以长期维持覆盖效果。
