腐植酸對(duì)尿素的增效及應(yīng)用

黃曉婷　張星　郎朗　李任豐

氮肥是農(nóng)作生長發(fā)育必不可少的一種肥料，對(duì)于促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展發(fā)揮著巨大的作用，由于尿素是最主要的氮肥種類，而且全世界每年尿素的消耗量約占氮肥總消耗量的一半，但是其利用率卻只達(dá)到了28%-41%，資源處于嚴(yán)重浪費(fèi)的狀態(tài)，根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)顯示，尿素流失的途徑較多，如揮發(fā)、與土壤發(fā)生水解反應(yīng)等，因此，工作人員必須加強(qiáng)對(duì)尿素的研究工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的充分利用。

由于腐殖酸是尿素的基本組成部分之一，其是各種動(dòng)物殘?bào)w經(jīng)過復(fù)雜的物理、化學(xué)以及生物等反應(yīng)后生成的一種化學(xué)物質(zhì)，具有良好的物理以及化學(xué)性能，可以通過改善土壤結(jié)構(gòu)，刺激農(nóng)作物的生長發(fā)育，并且還能和土壤發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，釋放出氮、磷、鉀等元素，促進(jìn)植物的生長。除此之外，將腐殖酸與尿素結(jié)合起來使用，不僅能夠降低尿素分解的速度，延長其作用時(shí)間，同時(shí)還能夠提升尿素的利用率，通常肥效可以增加約6.9%～11.9%，而農(nóng)作物增產(chǎn)高達(dá)10%～30%。因此，本文對(duì)腐殖酸的作用機(jī)理進(jìn)行研究，分析腐殖酸在農(nóng)業(yè)中的具體應(yīng)用，意在推動(dòng)我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的研究工作。

1、腐植酸與尿素的反應(yīng)機(jī)理

腐植酸與尿素的反應(yīng)主要發(fā)生在腐植酸分子中的羧基上。梁宗存等人認(rèn)為腐植酸是一種天然大分子芳香族羥基羧基的混合物，尿素是含氮的弱堿類物質(zhì)，二者可能通過腐植酸的羧基和酚羥基與尿素作用生成腐植酸-脲絡(luò)合物，隨后，其又通過用化學(xué)法和波譜法表征了腐植酸、尿素和水按照3：7：15比例混合所制備的腐植酸-尿素和尿素-腐植酸的復(fù)合物，發(fā)現(xiàn)，腐植酸的各活性含氧官能團(tuán)均能與尿素發(fā)生反應(yīng)，并形成具有較高穩(wěn)定性的化學(xué)鍵，其中以羧基對(duì)反應(yīng)深度影響最大。其中，腐植酸的羧基和酚羥基均能夠與尿素反應(yīng)形成氫鍵和域絡(luò)合配位鍵，同時(shí)，形成一定量的COO-NH4+離子鍵，但羧基的離子化傾向遠(yuǎn)強(qiáng)于酚羥基;腐植酸的羰/羧基與尿素的-NH2基發(fā)生作用，形成>C=N鍵;腐植酸的醌基則以自由基斷片形式與尿素反應(yīng)，形成離子鍵或共價(jià)鍵。

高樹青等人通過構(gòu)建風(fēng)化煤-尿素-水的反應(yīng)體系，發(fā)現(xiàn)腐植酸與尿素的結(jié)合后，體系中水溶性腐植酸含量和水溶性腐植酸轉(zhuǎn)化率增加、pH值和腐植酸的羧基含量降低，并認(rèn)為腐植酸能夠通過羧基的絡(luò)合作用結(jié)合尿素。隨后，王玲玲試驗(yàn)結(jié)果表明，在干燥和常溫的條件下，腐植酸與尿素是不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的;當(dāng)加水和加熱后，腐植酸與尿素開始緩慢發(fā)生反應(yīng)：當(dāng)溫度達(dá)100℃以上且加水量逐漸增加時(shí)，反應(yīng)速度加快。以上研究均認(rèn)為，反應(yīng)生成的水溶性腐植酸尿素復(fù)合物是一種長效緩釋肥料，這種化合物具有在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有氮利用率較高、肥效較長的特性。

2、腐植酸對(duì)尿素的增效作用

利用腐殖酸對(duì)氮肥進(jìn)行改性，其主要原理就是降低氮肥分解的速度，避免其流失，實(shí)現(xiàn)對(duì)氮肥的高效利用，根據(jù)相關(guān)的研究顯示，腐殖酸通過與尿素、碳酸氫銨以及氯化銨等發(fā)生反應(yīng)，能夠有效避免氮肥的流失。這是由于腐殖酸中含有大量的羧基以及酚羥基等活性基團(tuán)，不僅表面積大，同時(shí)還擁有良好的離子交換能力以及離子吸附能力，一旦其與腐殖酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可以有效減少氨元素的揮發(fā)。根據(jù)調(diào)查研究顯示，可以減少約5%-23%的氮肥流失，例如，當(dāng)尿素在與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后，會(huì)生成NH4+，而由于腐殖酸的特性，其吸收了大量的NH4+，并且進(jìn)一步發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而生成穩(wěn)定狀態(tài)的復(fù)合硝酸鹽，經(jīng)過一系列的化學(xué)感應(yīng)后，不僅減少了氨肥的損失，同時(shí)由于其產(chǎn)物的解離能力較弱，不易與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，也增強(qiáng)了氮肥的穩(wěn)定性。另外，根據(jù)研究顯示，腐殖酸有利于提高尿素的性能，分析造成這種現(xiàn)象的主要原因就是，腐殖酸中的活性基團(tuán)可以和尿素中的氨元素發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，但是一旦尿素被施灑到土壤中后，其就會(huì)與脲酶發(fā)生水解反應(yīng)，釋放出大量的NH3和CO2，致使氮肥嚴(yán)重流失，而在尿素中添加了大量的腐殖酸，其與尿素進(jìn)行絡(luò)合反應(yīng)，反應(yīng)后不僅減少了腐殖酸中的活性基團(tuán)，而且還提高了腐殖酸的水溶性，抑制尿素與土壤之間發(fā)生的水解反應(yīng)，使尿素緩慢釋放，充分發(fā)揮其作用。通常來說，腐殖酸的作用時(shí)間約為100天，在農(nóng)作物前期生長時(shí)，其可以有效地降低尿素在土壤中水解的速度，最大限度避免由于尿素?fù)]發(fā)以及淋溶而帶來的損失，而在農(nóng)作物生長的中后期，由于腐殖酸抑制水解反應(yīng)的能力逐漸減弱，從而土壤中的氮元素不斷增加，有利于生長期農(nóng)作物對(duì)于氨元素的需求。

3、腐植酸尿素在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

腐植酸尿素可以增加作物產(chǎn)量、提高氮肥利用率的重要措施應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。研究表明，在潮土區(qū)冬小麥生產(chǎn)中，施用腐植酸尿素可作為，與普通尿素相比，籽粒產(chǎn)量提高11.08%～11.10%;土壤堿解氮提高16.54%～18.27%。

李偉在水稻上的研究表明，含有腐植酸的尿素和普通尿素相比其平均增產(chǎn)10.4%，表觀利用率和氮肥農(nóng)學(xué)效率顯著提升。李兆軍等（2005）等在玉米增效試驗(yàn)中的研究表明，腐殖酸的施用有助于玉米增產(chǎn)豐收，與普通尿素進(jìn)行對(duì)比，產(chǎn)量約增長了35.1%;腐植酸氮肥能顯著提高玉米產(chǎn)量和氮肥利用率，促進(jìn)玉米對(duì)土壤氮素的吸收利用，顯著增加0-20cm土壤氮素殘留量和0-40cm土壤無機(jī)態(tài)氮含量，減緩氮素向深層土壤遷移，從而減少淋溶損失。閆雙堆等通過腐殖酸-尿素絡(luò)合的模擬實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，在培養(yǎng)第42d時(shí)，腐植酸尿素用量為15%的處理，土壤中的無機(jī)氮含量最高;在培養(yǎng)的第112d時(shí)，與其他處理相比，超過15%處理的腐植酸尿素土壤中無機(jī)氮含量較高，氮素?fù)p失量低，因此適量的腐植酸對(duì)反硝化有一定的抑制作用。李軍等在玉米上的研究表明，添加1%-20%的腐植酸對(duì)尿素具有較好的增效作用，在這個(gè)范圍內(nèi)，腐植酸添加量越多，越能提高玉米的產(chǎn)量，同時(shí)還能增加玉米籽粒對(duì)氮素的吸收量。同時(shí)較普通尿素可以實(shí)現(xiàn)用量減少20%。

（作者單位：1.471000洛陽正大農(nóng)牧有限公司;2.453700河南心連心化學(xué)工業(yè)集團(tuán)股份有限公司）