Улетучивание аммиака из мочевины - Ammonia volatilization from urea

Мочевина (46-0-0) на его долю приходится более пятидесяти процентов мировых азотных удобрений.[1] Встречается в гранулированном или прил форма, которая позволяет легко хранить, транспортировать и применять мочевину в сельскохозяйственных условиях. Это также самая дешевая форма гранулированного азотного удобрения. Поскольку мочевина не является окислителем при стандартной температуре и давлении, с ней безопаснее работать и меньше риск для безопасности, чем с другими распространенными азотными удобрениями, такими как нитрат аммония. Однако, если мочевина вносится на поверхность почвы, значительная часть азота внесенных удобрений может быть потеряна в атмосферу в виде газообразного аммиака; это происходит только при определенных условиях.

Распад мочевины

Чтобы растения могли поглотить азот из мочевины, его необходимо сначала расщепить:

[2]


Уреаза это встречающийся в природе фермент, который катализирует гидролиз мочевины до нестабильного карбаминовая кислота. Быстрое разложение карбаминовой кислоты происходит без ферментативного катализа с образованием аммиака и диоксида углерода.[2][3] Аммиак, скорее всего, улетучится в атмосферу, если не вступит в реакцию с водой с образованием аммония (NH4+) согласно следующей реакции:


Это важно, потому что аммоний является доступным для растений источником азот а аммиака нет.[4] Кроме того, формирование гидроксид ion может привести к тому, что почвы вокруг нанесенной частицы мочевины будут иметь pH около 9,0, что увеличивает улетучивание аммиака. Этот район также очень токсичен из-за повышенной концентрации аммиака в течение нескольких часов, поэтому рекомендуется не вносить удобрения на основе мочевины или не окутывать посевные семена в количестве, превышающем 10–20 кг / га, в зависимости от вида сельскохозяйственных культур.[5] Важно, чтобы было достаточное количество влаги, потому что до тридцати процентов доступного азота может быть потеряно из-за атмосферного улетучивания в течение семидесяти двух часов после нанесения.[6]

Соображения по поводу управления

Улетучивание аммиака снижает экономическую эффективность систем выращивания сельскохозяйственных культур. Либо снизится урожай, либо возникнут дополнительные расходы на внесение азотных удобрений. Количество улетучивающегося аммиака зависит от нескольких факторов окружающей среды, включая температуру, pH и влажность почвы. Кроме того, количество остатков на поверхности и время между нанесением мочевины и осаждением также имеют решающее значение. Вообще говоря, улетучивание будет ниже, когда мочевина применяется в более влажных и прохладных условиях, которые обычно возникают ранней весной (март и апрель). Однако высыхание поверхностной почвы и повышение температуры с наступлением весны увеличивают вероятность испарения аммиака.[1] В идеале, менеджер должен попытаться внести азот непосредственно перед умеренным дождем (0,1 дюйма), чтобы мочевина растворилась и попала в почву. Однако, это не всегда возможно. PH почвы также оказывает сильное влияние на степень улетучивания. В частности, очень щелочные почвы (pH ~ 8,2 или выше) увеличивает гидролиз мочевины. Одно исследование показало полный гидролиз мочевины в течение двух дней после применения на таких почвах. В кислых почвах (pH 5,2) мочевина гидролизуется в два раза дольше.[7] Поверхностные остатки, такие как солома и стерня растений, проявляют повышенную уреазную активность. Почвы с высоким содержанием органических веществ также имеют тенденцию иметь более высокие концентрации уреазы. Больше уреазы приводит к большему гидролизу мочевины и улетучиванию аммиака, особенно если мочевина не попадает в почву.[8]

Ингибиторы уреазы

Удобрения часто вносятся, когда полевые условия не оптимальны, особенно при крупномасштабных операциях. Большинство исследований,[1][9] указывают на то, что потери азота могут быть уменьшены в этих ситуациях, когда в удобрение вносится ингибитор уреазы. Ингибиторы уреазы предотвращают расщепление мочевины ферментом уреазой. Это увеличивает вероятность того, что мочевина будет абсорбирована почвой после дождя, а не улетучится в атмосферу. Это вызывает последующий гидролиз под поверхностью почвы и снижает атмосферные потери. Использование ингибиторов также уменьшает локализованные зоны с высоким pH, характерным для необработанной мочевины.[10]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c Шваб, Г.Дж. и Л.В. Мердок. Ингибиторы трансформации азота и мочевина с контролируемым высвобождением. Отчет о расширении. Лексингтон, Кентукки: Сельскохозяйственный колледж Кентукки, 2005 г.
  2. ^ а б Tisdale, Samuel L .; Nelson, Werner L .; Битон, Джеймс Д. (1985), Плодородие почвы и удобрения, Нью-Йорк: Macmillan, стр. 161–168, ISBN  0-02-420830-2
  3. ^ Бенини, Стефано, Войцех Р. Рипневски, Кейт С. Уилсон, Сильвия Милетти, Стефано Чурли и Стефано Мангани. 1999. Новое предложение о механизме уреазы, основанное на кристаллических структурах природного и ингибированного фермента Bacilus pasteurii: почему гидролиз мочевины стоит два цента. Структура 7: 205-216.
  4. ^ Брэди, Найл К. и Рэй Р. Вейл. Природа и свойства почв. Нью-Йорк: Прентис-Холл, 2001.
  5. ^ Уэллс, К.Л., Л.В. Мердок и Х.Ф. Миллер. Мочевина как источник азота для удобрений сельскохозяйственных культур в Кентукки. Отчет о расширении. Лексингтон, Кентукки: Сельскохозяйственный колледж Кентукки, 1978.
  6. ^ Макиннес, К.Дж. и др. «Полевые измерения потерь аммиака при нанесении раствора мочевины на голую почву». Журнал агономии (1986): 192-196.
  7. ^ Кристиансон, К. Б. и др. «Реакции на микроплощадках мочевины-nBTPT удобрения на поверхности почвы». Биология и биохимия почвы (1993): 1107-1117.
  8. ^ Торелло В.А. и Венер Д.Д. «Активность уреаза в газоне мятлика Кентукки». Агрономический журнал (1983): 654-656.
  9. ^ Маккарти, Г.В., Дж. М. Бреммер, Х.С. Чай. «Влияние триамида N- (н-бутил) тиофосфорной кислоты на гидролиз мочевины растительными, микробными и почвенными уреазами». Биология и плодородие почв (1989): 123-127.
  10. ^ Уотсон, С.Дж. и др. «Скорость и способ применения ингибитора уреазы N- (н-бутил) тиофосфорного триамида на улетучивание аммиака из поверхностно нанесенной мочевины». Использование и управление почвами, Британское общество почвоведения (2008): 1-7.