刘老师讲过氮代谢是农业生产中的一个非常重要的概念，必须要理解和了解氮代谢的过程。
最近朋友群中的一个话题是硝态氮肥+DMPP的意义何在？如果有产品的标签上如此标注了，您该如何理解呢？
第二个话题就是脲醛的作用是啥？ 为何要用脲醛在氮肥里面呢？
唉，这个寨子的暗道太多了！想当一个合格的土肥技术员还真不是一件容易的事。 不过也不用过分焦虑。 看看下面这篇短文，您的知识还真能有个提高。
玉米生产用氮肥和稳定剂
作者：农学经理 Mark Jeschke 博士
关键点
管理玉米生产中氮肥力的一个主要挑战是氮容易因挥发、浸出或反硝化而损失。
北美玉米生产最常用的氮肥是无水氨、尿素和尿素硝酸铵溶液。
尿素被土壤细菌水解，释放出两个氨分子（NH3），如果这种反应发生在土壤表面，这些氨分子就会流失到大气中。
土壤中的铵离子 (NH4+) 在土壤细菌的作用下转化为硝酸盐形式 (NO3-)，这一过程称为硝化作用。
硝酸盐存在因浸出或反硝化而损失的风险，这是一系列将硝酸盐转化为氮气的反应。
当硝酸盐没有完全转化为 N2 时，产生的副产物是一氧化二氮 (N2O)，一种温室气体。
氮稳定剂是可与氮肥一起使用的添加剂，通过减缓土壤中发生的化学反应速率来降低氮损失的风险。
氮稳定剂已被证明可以有效增加土壤氮保留和减少一氧化二氮排放。
氮——玉米的关键输入
氮肥是玉米生产的关键投入。 成功管理氮的最具挑战性的方面之一是，肥料中的氮可能会在玉米作物吸收之前从土壤中流失。 在长时间潮湿的田地条件和温暖的温度下，氮可能会通过淋滤（硝酸盐在根区以下向下移动）或反硝化（厌氧条件下土壤反应引起的损失到大气中）而损失。 如果不通过耕作或降雨将表面施用的氮吸收到土壤中，也可能会因氨挥发而损失。 氮流失不仅浪费资源，还会对环境产生负面影响。 氮稳定剂是与氮肥一起使用的添加剂，有助于减少土壤中的氮损失。
氮肥
北美玉米生产中最常用的氮肥形式是无水氨、尿素和尿素硝酸铵 (UAN) 溶液。
表 1. 北美玉米生产最常用的氮肥。
肥料
形式
% 含氮量
无水氨
气体，从加压罐以液体形式使用
82
尿素
固体
46
UAN溶液
液体
28 - 32
无水氨（NH3）是氮肥的最基本形式。 氨是大气压下的气体，必须压缩成液体才能运输、储存和使用。 因此，它是从加压罐中施用的，并且必须注入土壤中以防止其逸出到空气中。 施用时，氨与土壤水发生反应并转变为铵形式 NH4+。
大多数其他常见的氮肥都是通过额外加工转化的氨的衍生物，这增加了它们的成本。 由于其生产成本较低、氮含量高（82%）可最大限度地降低运输成本以及在土壤中的相对稳定性，无水氨是北美玉米生产中使用最广泛的氮肥来源。
尿素是一种含氮量高（46%）的固体肥料，可以轻松施用于多种作物和草坪。 易于处理、储存和运输； 多种设备使用方便； 与其他固体肥料混合的能力使其成为世界上使用最广泛的氮肥来源。
尿素是通过 CO2 与 NH3 在两个平衡反应中反应来制造的：
2NH3 + CO2 → [NH4]NH2CO2（氨基甲酸铵）
[NH4]NH2CO2 → CO(NH2)2 + H2O（尿素 + 水）
脲分子具有两个由羰基 (C=O) 官能团连接的酰胺 (NH2) 基团。
尿素硝酸铵（UAN）溶液是将尿素和硝酸铵（NH4NO3）溶解在水中制成的液体肥料。 常见N溶液的成分如表2和表3所示。
表 2. 100 磅常见 UAN 溶液中的总氮含量以及尿素、硝酸铵和水的数量。
UAN-28
UAN-30
UAN-32
28%
30%
32%
100磅溶液中各种成分的含量（磅）
尿素
30
32
35
NH4NO3
40
43
45
水
30
25
20
如表3所示，UAN溶液中总氮的1/2是源自尿素的酰胺N(NH2-)； 1/4是源自硝酸铵的铵N(NH4+)，1/4是源自硝酸铵的硝酸盐N(NO3-)。
图 1.硝化过程，显示关键细菌种类和酶。 单击此处或上图查看大图。
Ammoniamonooxygenase氨单氧化酶
Hydroxulamineoxidoreductase羟胺氧化还原酶
Nitriteoxidoreductase亚硝酸氧化还原酶
Nitrosomonas/Nitrosopira spp亚硝化单胞菌/亚硝化菌
Ammoniaoxidizing bacteria氨氧化细菌
Nitrobacter spp硝化杆菌属
Nitrite oxidizingbacteria亚硝酸盐氧化细菌
表 3. UAN 溶液中按类型划分的氮百分比。
UAN-28
UAN-30
UAN-32
28%
30%
32%
溶液中各种氮成分的含量（%）
酰胺(NH2-)
14
15
16
铵态氮 (NH4+)
7
7.5
8
硝态氮（NO3-）
7
7.5
8
尽管还有其他几种形式的氮肥，如硫酸铵、硝酸钙和磷酸二铵，但北美玉米 80% 以上的氮肥需求是通过无水氨、尿素和 UAN 溶液来满足的。
氮肥和土壤反应
无水氨
无水氨通过注入土壤表面以下 6 至 8 英寸的位置来施用，以最大程度地减少气态 NH3 逃逸到空气中。 NH3 是一种吸湿性很强的化合物，一旦进入土壤，就会迅速与水反应并转变为铵 (NH4+) 形式。 作为带正电的离子，铵与带负电的土壤成分（包括粘土和有机物）结合。 铵形式的氮保留在土壤交换复合物中，不随水移动。
土壤反应 – 铵离子在土壤细菌的作用下转化为硝酸盐 (NO3-) 形式，这一过程称为硝化作用（图 1）。 硝化是一个两步过程：1）氨（NH3）氧化成亚硝酸盐（NO2-），2）亚硝酸盐氧化成硝酸盐（NO3-）。 这两个步骤都是由土壤中的化能自养细菌进行的，这些细菌利用化合物的氧化作为自身的能量来源。 这些细菌在全世界大多数农业、牧区、天然草原和森林地区普遍存在。 氨氧化细菌的种类很多； 农业系统中记录最多的是亚硝化单胞菌属和亚硝化螺菌属。 亚硝酸盐氧化成硝酸盐是由硝化杆菌属细菌进行的。
与几乎所有生物反应一样，硝化速率很大程度上受土壤温度的影响。 在高于 75°F (24°C) 的土壤中，硝化作用不受温度限制。 寒冷的土壤温度会减慢硝化作用，当土壤温度低于 40°F(4°C) 时，该过程基本停止。
土壤pH值、含水量和氧气利用率也是影响硝化速率的主要因素。 硝化作用的最佳pH范围为6.5至8.8。 酸性土壤中的硝化率会降低。 高 pH 值土壤限制了该过程的第二步（亚硝酸盐氧化为硝酸盐），这可能导致亚硝酸盐在土壤中积聚。 由于硝化作用需要水和氧气，因此土壤湿度充足但不过量是理想的。 当土壤孔隙水饱和度超过60%时，硝化作用受到限制。
只有在硝化过程将铵转化为带负电的硝酸根离子（被土壤复合体中的粘土和有机质排斥）之后，大多数土壤中的氮才会通过淋滤或反硝化作用而流失。 植物可以吸收铵态氮和硝酸盐态的氮。 如果氮能以铵的形式保留下来直到被植物吸收，那么它损失的风险就很小。 （阳离子交换能力（CEC）非常低的沙土是一个例外，因为它们缺乏足够的交换位点来结合大量的铵。）
尿素
尿素易溶于水，包括土壤水； 因此，通过充足的降雨或灌溉，它可以融入土壤中（通常建议为 1/2 英寸）。 否则应通过耕作的方式掺入，以减少损失。
土壤反应 – 尿素水解成一个二氧化碳和两个氨分子（图 2）。
图 2. 尿素被土壤细菌水解，产生一分子二氧化碳 CO2 和两分子氨NH3。
尿素水解是由脲酶催化的，脲酶是一种由多种细菌和一些植物产生的酶，在土壤中普遍存在。 脲酶对尿素进行生物降解，释放出供植物使用的氮，也使其容易挥发（以 NH3 的形式），具体取决于反应是发生在土壤中还是发生在土壤表面上。 如果发生在土壤中，氨会迅速与土壤水反应形成 NH4+，然后与土壤结合。 如果发生在土壤表面，气态氨很容易流失到空气中。 如果土壤表面植物残体丰富，则会增加细菌数量、尿素酶浓度和尿素挥发损失。
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尿素硝酸铵 (UAN) 溶液是尿素、硝酸铵和水按不同比例混合而成的混合物。 所有常见的 UAN 溶液（28%、30% 和 32%）均配制为含有 50% 的实际 N 作为酰胺（来自尿素）、25% 作为铵（来自硝酸铵）和 25% 作为硝酸盐（来自硝酸铵） ）。
土壤反应 – UAN 溶液中尿素部分的反应与干尿素相同（请参阅前面有关尿素的部分）。 如果涂在表面，脲酶水解释放NH3时，溶液中的酰胺-N可能会因挥发而损失。 但是，如果通过耕作或充足的水掺入 UAN，则 NH3 会迅速与土壤水反应形成 NH4+。 这种铵以及溶液中硝酸铵衍生的铵 N 会粘附在施用地点的土壤成分上，并且不会在短期内损失。 就像以无水氨施用的氮一样，这种氮最终将以铵的形式被植物吸收，或者如果没有，最终会被土壤细菌转化为硝酸盐。
UAN 溶液中剩余 25% 的氮呈硝酸盐 (NO3-) 形式。 因为它带负电，所以它不会粘附在粘土和有机物颗粒（也带负电）上，而是以阴离子形式存在于土壤溶液中。 由于它随水移动，很容易被植物根部吸收，但也会因淋滤和反硝化而损失。
氮损失
氮流失对农业效率和可持续性构成重大挑战。 在全球范围内，农田施用的氮肥中不到一半被作物吸收。 这不仅在经济上造成浪费，农业土壤中活性氮的损失还与多种不利的环境后果有关，包括地下水和地表水污染、湖泊和河流中的藻华、沿海水域的缺氧死区以及一氧化二氮排放到海洋中。 气氛。
土壤中的一氧化二氮是农业温室气体排放的最大贡献者。 土壤排放的一氧化二氮大部分是在反硝化过程中产生的。 反硝化是一种微生物促进的过程，其中硝酸盐 (NO3−) 通过一系列中间步骤被还原并转化为氮气（图 3）。 当硝酸盐没有完全转化为氮气时，产生的副产物是一氧化二氮 (N2O)。
图 3.反硝化过程，显示步骤和关键酶。 单击此处或上图查看大图。
Nitratereductase硝酸还原酶
Nitritereductase亚硝酸还原酶
Nitricoxide reductase一氧化氮还原酶
Nitrousoxide reductase一氧化二氮还原酶
当土壤中存在硝酸盐形式的氮并且由于水饱和而土壤中的氧气可用性受到限制时，就会发生反硝化。 当土壤中的氧气有限时，多种细菌会利用硝酸盐分子中的氧原子进行呼吸。 反硝化作用是由降雨量足以饱和至少 60% 的土壤孔隙空间而引发的。 反硝化造成的最大氮损失通常发生在春季，此时降雨最为频繁，作物从土壤中吸收的氮相对较低。
当水饱和限制了土壤中细菌的氧气供应时，就会发生反硝化。
氮稳定剂
硝化抑制剂
硝化抑制剂是减缓铵转化为硝酸盐、延长氮以铵形式存在的时间并减少土壤中氮流失的化合物。 几种化合物已被证明对此目的有效，包括硝基吡啶、双氰胺 (DCD) 和硫代硫酸铵。
硝基吡啶（Nitrapyrin）或 2-氯-6-（三氯甲基）吡啶通过抑制和抑制亚硝化单胞菌的活性发挥作用； 具体来说，它会抑制氨单氧化酶 (AMO) 的活性，这种酶在硝化的第一步中将 NH4 氧化为 NH2OH（图 4）。 当以标记的用量用于农业土壤时，硝基吡啶对施用区域的亚硝化单胞菌群表现出抑菌活性
图 4. Nitrapyrin 通过抑制亚硝化单胞菌中的氨单加氧酶（催化硝化过程第一步的酶）来延迟硝化作用。
Nitrapyin硝苯吡啶
Ammonia monooxygenase氨单氧化酶
Hydroxylamine oxidoreductase羟胺氧化还原酶
随着硝基吡啶随时间的推移而降解，AMO 不再受到抑制，亚硝化单胞菌种群恢复硝化过程，将可用的氨转化为硝酸盐。 在温暖的土壤中，硝基吡啶在约 30 至 40 天内降解。 然而，它在凉爽的土壤中非常持久，这有助于其在秋季和冬季应用的有效性。 在有利于作物生长的温暖土壤中，针对亚硝化单胞菌的可测量活性通常会持续约六到八周，而在美国中西部深秋和冬季的凉爽土壤中，通常会持续 30 周或更长时间。
用于延迟氨肥和尿素肥料硝化的硝基吡啶产品包括 N-Serve® 和 Instinct NXTGEN®。 N-Serve 氮稳定剂是硝基吡啶硝基吡林的油溶性配方，与无水氨一起使用。 Instinct NXTGEN 氮稳定剂是一种水基硝基吡啶微胶囊制剂，可与尿素、UAN 溶液、硫酸铵、液体肥料、氨水、含氮液体肥料和含铵干肥料（MAP 或 DAP）一起使用。
DCD（双氰胺）——继在西欧和日本广泛使用后，DCD 在 20 世纪 90 年代末在美国变得更常用。 仅含有 DCD 的产品通常与氮溶液和液体厩肥一起使用。 DCD的使用量与施肥量有关，而不是与施肥面积有关。 这可能会限制其在低施肥量下的功效（例如分次施肥、侧施或需要低氮肥施用量的作物）。
DCD 与硝基吡啶一样，通过抑制亚硝化单胞菌中氨单加氧酶的活性来抑制硝化作用。 然而，DCD 是一种效力明显较低的抑制剂，需要更高的现场使用率才能有效，并且抑制硝化作用的时间较短。 根据矿物氮的施用量以及土壤的湿度和温度，DCD 可以稳定铵态氮约 4 至 10 周。
硝化抑制剂的价值
硝化抑制剂已被证明在增加土壤氮保留和减少淋滤和反硝化损失方面非常有效。 2004 年对不同环境中的数百项比较进行的荟萃分析发现，硝化抑制剂的使用使土壤氮保留量平均增加了 28%，并减少了 16% 的淋滤。 在这项研究中，一氧化二氮排放量平均减少了 50% 以上，表明硝化抑制剂可以成为减少农业温室气体排放的一种有价值的策略。
Corteva Agriscience 进行了数年的田间试验发现，使用硝化抑制剂可使玉米产量平均提高约 6 蒲式耳/英亩。 硝化抑制剂的最高价值应在因浸出或反硝化而导致硝酸盐损失的高风险的情况下实现，包括以下条件：
淋溶潜力高时的瓦片排水土壤
潮湿或排水不良的土壤
在秋季或春季播种前施氮肥的田地
脲酶抑制剂
脲酶抑制剂是通过减缓尿素水解来减少施用到土壤表面的尿素挥发损失的化合物。 为了使植物能够利用尿素中的氮，它必须经历水解，这是一种将尿素分子的酰胺基团转化为氨 (NH3) 的化学反应。 土壤中普遍存在的脲酶催化这种水解反应。 如果这个过程发生在土壤表面，氨就会流失到空气中。 然而，如果这一反应延迟到表面施用的尿素通过耕作、降雨或灌溉融入土壤，则氨损失的风险就会大大降低。
V4 生长期玉米植株旁边土壤表面的尿素颗粒。 在不使用脲酶抑制剂的情况下，未掺入的尿素可能会因挥发而损失。
脲酶活性随着温度升高而增加。 水解通常在 40°F (4°C) 温度下十天内完成，在 85°F (29°C) 温度下两天内完成。 水解还与土壤的有机质、全氮和阳离子交换能力（CEC）高度相关； 随着这些因素中任何一个的增加而增加。
已知某些化合物可以抑制脲酶的水解作用，从而延迟尿素水解。 农业中最广泛使用的脲酶抑制剂是 N-丁基硫代磷酸三酰胺 (NBPT)。 NBPT 是尿素的结构类似物，因此通过阻断酶的活性位点来抑制脲酶。 NBPT 是 PinnitMax® TG 氮稳定剂的活性成分。
PinnitMax TG 是一种与尿素和尿素硝酸铵溶液一起使用的添加剂。 研究表明，表面施用的尿素造成的氮损失可能很大。 损失量取决于天气状况； 温暖、多风的天气和潮湿的土壤表面时损失最大。 NBPT 可保护尿素和 UAN 施用长达 14 天免于挥发，有助于确保氮到达植物根部区域。 最终，NBPT 在土壤中降解，使尿素水解恢复。 这是必要的，这样植物才能吸收并利用尿素中的氮。 然而，一旦形成 NH4+ 形式，这种氮就会被硝化成 NO3，这种形式可能会从土壤中流失。
氮稳定剂的性能
氮稳定剂/添加剂已经经过多年的广泛测试，并被证明可以有效增加土壤氮保留。 然而，玉米产量的增幅可能为 0-20%。 这并不奇怪； 当一段时期内的条件有利于氮损失，并且稳定剂在该时期内使用并有效时，可以预见会产生巨大的效益。 另一方面，在不利于氮损失的条件下，预计优势不大。
由于氮流失的风险始终存在，种植者应采取适当的预防措施，以减少这种重要作物养分的流失。 这可以通过选择合适的氮源并尽可能在作物吸收时间施用，或者在施用时间远离作物需求期时使用氮稳定剂来实现。 氮肥管理决策应考虑影响特定田地损失风险的所有因素，包括当地气候条件、地形、土壤类型、残留水平、氮肥施用形式以及相对于作物生长的施用时间。 氮稳定剂可以为许多易受影响的田地的氮损失风险提供保险。
注意文章中各种形态氮肥进入氮代谢的起始点。 也主要看看不同形态氮肥是如何流失的。 那么有针对性地避免造成流失的因素，阻断形成流失前的代谢过程，控制进入氮代谢的数量和速度就会提高您用肥的效率。最终还是归结到成本的控制上。
