尿素利用率不足30%，導致資源浪費、環境汙染，如何提高利用率？

什麼是必要的氮損失

尿素是目前世界上和我國農業生產中應用最廣、數量最多的氮肥品種，約佔50%的世界氮肥生產及消費市場。

尿素含氮量高，達到46%，但是尿素受化學和肥料學性質所限 （易溶於水，易釋放，易損失等 ） ，水解、氨化、硝化耗時較短，作物氮素利用率通常低於30% ，其餘70%氮素透過氨揮發、硝化、反硝化等途徑損失，造成農業生產資料的浪費，成為環境氮汙染的主要來源。 因此，控制尿素在土壤中的分解速率和轉化途徑是提高其氮素利用率，降低農業生產成本及控制環境汙染的關鍵所在。

一、尿素在土壤中的轉化

1 影響尿素在土壤中轉化的因素

尿素在土壤中的水解速率受土壤脲酶活性、 pH值、溫度、水分、質地、尿素起始濃度等因素的影響，以脲酶最為關鍵。

1。1 脲酶

脲酶對尿素轉化的影響最為關鍵。研究表明，尿素分解速度隨脲酶用量和作用時間增加而加快。10分鐘內，2ml 脲酶分解尿素27。2%，10ml脲酶幾乎全部分解尿素；2ml脲酶作用1小時可分解尿素 63%，20小時分解 99%。

1。2 土壤pH值

在pH為4。5-5的酸性土壤中，當溫度為10℃時，尿素完全水解需要5-7天；pH值大於5。6的土壤，無論溫度高低，尿素3天即可完全分解。

1。3 溫度

隨著溫度升高尿素分解速率加快，春季在10-14℃條件下尿素分解的氨揮發高峰需時6天；夏季氣溫33-35℃時尿素3天即達氨揮發高峰。

1。4 土壤水分

當土壤水分含量為田間持水量的50%時施用尿素，較水分過多或過少時易分解；在田間持水量60%至淹水狀態，尿素水解基本穩定。此外，尿素水解反應與土壤水分的關係還與許多其它因素有關，如尿素施用濃度和方式，土壤溫度以及降水與施肥的時間等。因此，在耕作土壤中，尿素水解不一定受土壤乾燥的影響。

1。5 土壤的質地

不同質地土壤中尿素的分解速率以粘土大於砂土，因粘質土壤中脲酶的活性通常強於砂質土壤。由於腐殖質含量高的肥沃土壤的脲酶含量比貧瘠土壤高，在肥沃的土壤中，尿素完全水解只需4天時間，貧瘠的沙土則需要6個星期。

1。6 土壤的氧化還原狀態（Eh）

土壤氧化還原狀態與尿素水解關係密切。 氧化狀態土壤、還原狀態土壤和淹水土壤的尿素水解速度依次減弱。還原狀態土壤和淹水土壤缺乏氧氣，與土壤脲酶活性有關的微生物生存和繁殖受到抑制，從而降低了土壤脲酶活性，阻止了尿素水解。此外，脲酶抑制劑能調控土壤脲酶活性，可延緩尿素水解，延長施肥點尿素的擴散時間。

1。7 尿素的起始濃度

根據酶促反應動力學理論，酶濃度恆定，底物濃度減少，酶未飽和時，水解速度取決於尿素的起始濃度，二者為線性關係。在氮50-800μg/g濃度範圍，尿素水解速率隨起始濃度升高而增加，二者之間為顯著線性相關。

Bremner等研究表明，底物濃度氮為250-1000μg/g時尿素水解過程符合零級反應；氮超過1000μg/g後，則符合米氏方程。

2、尿素水解產物的去向（損失途徑）

2。1 氨揮發（主要途徑）

尿素水解生成的碳酸銨、碳酸氫銨和氫氧化銨都是不穩定化合物，一定條件下，會有相當數量的氨氣逸出，成為尿素損失的主要途徑。

中國科學院南京土壤研究所朱兆良院士研究表明，氨揮發損失的氮量可佔稻田施入氮量的5%-47%，主要受土壤性質（pH值、ECE）、氣象條件 （大氣溼度、風速）、氮肥使用時期、施肥深度與其它肥料的配合等因子的影響。

國內外研究結果表明，尿素水解後產生的氨，可使稻田水層pH值明顯上升 （有時可達9。0以上），加上水層中藻類快速生長大量利用二氧化碳，使水中的氫氧根難與二氧化碳結合，氨揮發可能會進一步加劇，達到施入氮量的30%以上，約佔水田氮損失總量的50%-80%。

因此，尿素即使是用於酸性土壤水田，同樣也存在著氨揮發問題。 受土壤表面或水田表面氨分壓和風速的影響，尿素於不同作物、不同地理位置表施所引起氨的揮發損失平均佔施N量的23%，高的可達50%以上。

夏季高溫高溼條件下，尿素用於玉米種植中氨揮發損失佔全年的70%-85%。

近年來的研究發現，氨對大氣有汙染，逸失氨的10%和氫氧根反應生成NO2佔進入大氣中NO2總量的10%，其對大氣變暖的間接效果將大於直接效果。

2。2 硝化、反硝化作用

尿素水解後可能積累大量NH4+，使土壤區域性pH值升高2-3個單位。硝化細菌在足夠氧氣供應時，迅速硝化NH4+，生成NO3-N被作物利用。未被作物吸收的NO3-N富集於土壤被降水淋失，成為地下水的主要汙染物；或反硝化逸失N2O，破壞臭氧層。

陝西灌溉地區土壤中硝態氮的淋失問題嚴重，陝北黃綿土淋出根區的硝態氮含量佔施入量的40%，關中土佔30%，反硝化損失因缺乏田間原位觀測方法而難以估計，從總損失與氨揮發之差計算，表觀硝化、反硝化損失為15%-41%。

環境中氮素過量會導致水域富營養化。但是富營養化過程中氮的作用仍難定量評價。硝化反硝化過程中產生的N2O近年來受到人們的普遍關注，它對溫室效應的貢獻約5%-10%，其潛在的增強作用是二氧化碳的200倍。

二、尿素轉化的控制及提高利用率的途徑

尿素在土壤中的溶解、氨化、硝化三大過程需時較短，氮損失嚴重，植物對氮素的利用率一般為30%-40%。水田中施用尿素，氨揮發損失集中在10%-30%，約佔水田氮損失量的50%-80%。

旱地施用尿素，氨揮發損失主要發生在pH>7。5的石灰性或鹼性土壤，損失量可佔施入氮量的12%-60%。尿素氮的植物利用率低，主要原因一是其特殊的農化性狀；二是施用技術缺乏合理性和科學性。

3、尿素農化形狀的改進（製作工藝的改進）

3。1、新增脲酶抑制劑

我國從20世紀80年代對脲酶抑制劑開始研究，基本弄清抑制劑對尿素水解程序和尿素氮在土壤中的一系列轉化及其與作物氮素利用率的關係，肯定了脲酶抑制劑在抑制尿素水解減少氨揮發損失中的作用。

研究發現，施用苯基磷醯二胺（PPD）可顯著減少氨揮發，施肥15天后，氨揮發僅為對照的1/4-1/10。我國研究較多的是氫醌 （HQ） ，油菜田間試驗中施用氫醌，氨揮發為對照的30%-75%；小麥試驗使用氫醌後，氮素揮發損失率下降5-10個百分點。值得注意的是，脲酶抑制劑的抑制效果大多很短，一般僅使尿素水解延遲1-4 天，減少氮素總損失量並不穩定，值得進一步研究。

3。2、配施硝化抑制劑

硝化抑制劑在一定程度上能抑制銨鹽的硝化速率，減緩銨態氮向硝態氮轉化，減少氮素反硝化損失和硝酸鹽的淋溶損失，可能降低果蔬等作物中硝酸鹽的積累。

我國試驗較多的是雙氰胺（DCD）與 3、4二甲基吡唑磷酸鹽 （DMPP）。 非石灰性土壤上施用硝化抑制劑減少肥料氮損失的效果明顯優於石灰性土壤，這可能是由於施用硝化抑制劑後，石灰性土壤中存留有較多的銨而引起氨揮發損失加重所致。

近年來，脲酶抑制劑和硝化抑制劑的配合施用受到重視。二者配合能有效延緩土壤中尿素水解，幫助水解後形成的銨在土壤中較長時間保持較高水平，降低土壤硝態氮的富集、氨揮發損失及氮氧化物的生成。 新增脲酶抑制劑和硝化抑制劑的緩釋尿素作底肥施用，氮素利用率達50%-80%，有效期較普通尿素長數週至數月。

3。3、 尿素包膜及改性

包膜的肥料有效氮釋放速度、利用率均較普通尿素有不同程度的改善。 硫衣尿素在這類緩釋肥中佔有特殊地位，其含氮量一般為36%-37%，適於生長期較長的農作物，氮素有效利用率比普通尿素提高1倍。

尿素加過磷酸鈣加氯化鉀製成的磷包尿素總養分在30%以上，增產達21。2%，優於長效尿素。

樹脂聚合物包衣尿素能大大減少土壤硝酸鹽淋失量，維持作物生長後期耕層較高的無機氮含量水平，提高尿素利用率約10個百分點。目前在國外作為商品出售的品種有脲甲醛、脲乙醛、脲異丁醛和草醯胺等，但這類肥料因價格較高，未能在國內推廣。

尿素顆粒的大小對尿素肥效也有明顯影響，試驗表明，作物對尿素氮的吸收隨著尿素顆粒的增大而增加。大顆粒尿素的肥效期較普通尿素長約1倍，氮素利用率可高達85%。

3。4 表面膜技術的應用

近年來，我國和澳大利亞有關研究者探索如何將表面膜技術應用於水田中尿素水解轉化過程氨揮發的田面水控制技術。寧夏灌區節氮節水試驗表明，抑氨膜能明顯減少氨揮發損失，節約氮肥25%，氮素利用率提高7。8%-9。4%。但是表面膜易被微生物分解，或受到風速的影響，需要定期加入，以長期維持覆蓋效果。

4、尿素施用方法和技術的規範（農民在施用過程中需注意的事項）

4。1 尿素施用時期和方法

傳統農業中尿素常在秋季施入，造成氣態氮損失或有效氮被土壤固定，其損失達24%-31% ，而春季施肥氮素損失僅11%-21%，因此，秋季施用尿素時應選擇合理的施用方法。

尿素深施是目前提出的減少氮素損失，提高其利用率的最好且較穩定的方法，尿素忌撒施。

旱地尿素深施10-15cm利用率最高，平均達到52。62%；水田條件下，尿素以深施10cm利用率最高，比表施利用率提高18。04%。水稻栽培中水肥綜合管理是一項提高尿素利用率的有效措施，水肥綜合管理可使利用率提高12-16個百分點，每千克氮增產的稻穀量為5。1-3。9kg，增產率達到8。5%-11%。

4。2 尿素與其它肥料配合施用

我國農田土壤磷素供應不足，大部分土壤缺鉀。氮磷鉀或氮磷的配合施用，已成為發揮氮肥增產潛力的一項重要的施肥原則。磷是作物吸收氮素的最主要的限制因子，在缺磷條件下，尿素氮利用率只有5。1%。

鈣鎂磷肥與尿素混施具有降低銨態氮揮發和提高氮素利用率的顯著作用，在輕度鹼化水稻土進行的水稻分栽試驗表明，鈣鎂磷肥尿素使銨態氮揮發損失率降低了27。62%-33。46%。過磷酸鈣與尿素混施對脲酶也有一定的抑制作用，能有效降低水稻生長期田面水的pH值。有機無機肥配施可使尿素氮利用率提高10-20個百分點，達到42%-49%。

4。3 葉面噴施尿素

尿素分子體積小，容易被葉片吸收，是最適合葉面噴施的化肥。葉面噴施針對性強，吸收速度快，不受土壤環境因素影響，養分利用率高，且施肥量少，增產效果顯著，尤其在土壤環境不良，水分過多或乾旱，土壤過酸或過鹼造成根系吸收作用受阻和作物急需氮素營養以及作物生長後期根系活力衰退時，採用葉面噴施可以彌補根系吸肥的不足。

三、農民使用尿素的5大禁忌

1、忌與碳銨混用

尿素施入土壤後，要轉化成氨才能被作物吸收，其轉化速度在鹼性條件下比在酸性條件下慢得多。碳銨施入土壤後呈鹼性反應，pH 值為8。2-8。4。農田混施碳銨和尿素，會使尿素轉化成氨的速度大大減慢，容易造成尿素的流失和揮發損失。因此，尿素與碳銨不宜混用或同時施用。

2、忌地表撒施

尿素撒施在地表，常溫下要經過4-5 天轉化過程才能被作物吸收，大部分氮素在銨化過程中被揮發掉，利用率只有30%左右，如果在鹼性土壤和有機質含量高的土壤撒施，氮素的損失更快更多。所以，氮素不能地表撒施。

3、忌作種肥

尿素在生產過程中，常產生少量的縮二脲。縮二脲含量超過2%，就會對種子和幼苗產生毒害。尿素進入種子和幼苗中，會使蛋白質變性，影響種子發芽和幼苗生長。

4、忌施後馬上灌水

尿素是氨態氮肥，施後必須轉化成氨態氮才能被作物吸收利用。轉化過程因土質、水分和溫度等條件不同，時間有長有短，一般在經過2-10天才能完成，若尿素施後馬上灌排水或旱地在大雨前施用，尿素就會溶於水而流失。

5、忌與鹼性肥料混施

尿素施後須轉化成氨態氮才能被作物利用。氨態氮在鹼性條件下，大部分氮素會變成氨氣揮發掉，所以尿素不能與石灰、草木灰、鈣鎂磷肥等鹼性肥料混施或同時施用。