碳酸氫銨分解性能及其施肥方法探討*

錢 佳，房倩倩，韓效釗，劉 榮，鄭之銀

（1.泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 藥學(xué)院，江蘇 泰州225300；2.合肥工業(yè)大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，安徽 合肥230009；3.安徽六國化工股份有限公司，安徽 銅陵244000）

前 言

碳酸氫銨是最容易被土壤吸附的一種氮肥，不含有害的中間產(chǎn)物和最終分解產(chǎn)物，長期施用不影響土質(zhì)，是最安全的氮肥品種之一[1]。1958年侯德榜提出“碳化法合成氨流程制碳酸氫銨”新工藝，并在上?；ぱ芯吭航ǔ傻谝粋€8000噸示范廠，生產(chǎn)出第一批碳酸氫銨。碳酸氫銨是我國獨有的化肥品種，對我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展作出了不可磨滅的貢獻[2,3]。碳酸氫銨處理土壤或培養(yǎng)基，還能有效降低辣椒疫病發(fā)病率、抑制意大利青霉孢子萌發(fā)和菌絲體與尖孢鐮刀菌生長[4,5,6]。碳酸氫銨還用于食品工業(yè)作堿及發(fā)酵劑，與碳酸氫鈉合用作面包、餅干、煎餅等的膨松劑原料[7]。但碳酸氫銨性質(zhì)不穩(wěn)定，在36℃以上分解成二氧化碳、氨和水，對光及熱水皆不穩(wěn)定[8]。湖南雙季稻基施碳酸氫銨，早稻季處理田氨揮發(fā)損失率達30.12%，晚稻季處理田氨揮發(fā)損失率達31.93%[9]?？梢婇_展碳酸氫銨分解性能探討，對碳酸氫銨的貯存和使用都具有實際意義。

1 實驗材料與方法

主要藥品：碳酸氫銨（AR）。

實驗方法：將150mL錐形瓶置于電子天平上，向錐形瓶里滴加蒸餾水并準確計量；再準確稱取2.5000g碳酸氫銨樣品，將碳酸氫銨加入錐形瓶并輕搖，使碳酸氫銨均勻潤濕并平鋪于錐形瓶底部。再將錐形瓶固定在恒溫水浴鍋中，并連接好吸收裝置。用200mL的1mol/L的鹽酸吸收碳酸氫銨分解產(chǎn)物氨，用甲醛法測定吸收液中氮含量，計算碳酸氫銨分解速率和分解率。每隔20min用移液槍取4mL吸收液測定氮含量，再取4mL1mol/L的鹽酸補充到吸收瓶中，連續(xù)取樣5次，計算分解率和分解速率。

2 實驗結(jié)果

2.1 溫度對碳酸氫銨分解性能的影響

不同溫度下碳酸氫銨溶液的分解過程是不同的。隨著溫度的升高，銨的損失也升高；隨著碳酸氫銨溶液含水量的增大，銨的損失也升高，但升高的趨勢在不斷變緩[10]。碳酸氫銨有農(nóng)業(yè)級、工業(yè)級、食品級和試劑級，含水量都在6%以下。因此，固定含水量為6%，考察溫度對碳酸氫銨分解性能的影響。結(jié)果見圖1和圖2。

圖1溫度對碳酸氫銨分解率的影響Fig.1 The effect of temperature on the decomposition rate of ammonium bicarbonate

圖2溫度對碳酸氫銨分解速率的影響Fig.2 The effect of temperature on the decomposition speed of ammonium bicarbonate

由圖1和圖2可知，碳酸氫銨分解主要在前60min進行，20min內(nèi)分解速率達到最大；最大分解速率與分解率均隨溫度升高而增大；溫度在30℃以下分解緩慢，溫度在30℃以上，分解加速。為了能快速考察其它因素的影響，后續(xù)實驗溫度選擇在60℃。

2.2 含水量對碳酸氫銨分解性能的影響

固定溫度為60℃，調(diào)整加水量，考察含水量對碳酸氫銨分解性能的影響。結(jié)果見圖3和圖4。

圖3含水量對碳酸氫銨分解率的影響Fig.3 The effect of water content on the decomposition rate of ammonium bicarbonate

圖4含水量對碳酸氫銨分解速率的影響Fig.4 The effect of water content on the decomposition speed of ammonium bicarbonate

由圖3和圖4可知，碳酸氫銨仍然在20min內(nèi)分解速率達到最大，最大分解速率與含水量幾乎成倍數(shù)關(guān)系增加?？梢姡妓釟滗@含水量低有利于儲存和使用。

2.3 室溫下含水量對碳酸氫銨分解性能的影響

室溫下（實驗時室溫變化范圍為14～22℃），分別取5只150mL的錐形瓶，每只瓶均含有4.0000g碳酸氫銨樣品，含水量分別為0%（試劑1）、0%（試劑2）、2%、4%、6%；將含水量0%（試劑2）、2%、4%、6%的4只錐形瓶敞口置于通風(fēng)良好、干凈整潔的房間內(nèi)，將含水量0%（試劑1）的錐形瓶敞口置于干燥器中。每隔24h準確稱重一次，計算失重率（即分解率）。結(jié)果見圖5。

圖5室溫下不同條件對碳酸氫銨分解率的影響Fig.5 The effect of different conditions on the decomposition rate of ammonium bicarbonate at room temperature

由圖5室溫下敞口儲存實驗結(jié)果可知，分解率隨著含水量的增加而增加、隨著時間的延長而提高；含水碳酸氫銨分解率與時間幾乎呈現(xiàn)線性關(guān)系，試劑級（含水量0%）碳酸氫銨分解率相對較低，且48h后分解率隨時間的延長提高很慢，保持在干燥器中的碳酸氫銨分解率最低。

3 結(jié)果與討論

碳酸氫銨分解速率與分解率隨著含水量的減少、溫度的降低而降低；溫度在30℃以下，分解速率與分解率明顯降低。低含水量和干燥環(huán)境具有抑制碳酸氫銨分解作用，可見，碳酸氫銨宜施用于含水量低的耕地。

一年當中，月平均最高氣溫，北半球出現(xiàn)在7月，南半球出現(xiàn)在1月；月平均最低氣溫，北半球出現(xiàn)在1月，南半球出現(xiàn)在7月。一日當中，土壤表層數(shù)厘米的溫度，日出后即逐漸升高，最高溫度出現(xiàn)在13:00～14:00，以后又逐漸下降[11]。圖6和圖7是深圳某地7月份一晝夜土壤溫度最低值與最高值垂直分布圖[12]。陰雨天最低地溫和最高地溫都在30℃以下，晴天20cm土壤層之內(nèi)溫度較高，20cm以下的土壤最高溫度低于碳酸氫銨的分解溫度。表1是根據(jù)天氣網(wǎng)（http://www.tianqi.com/qiwen/city-城市拼音-7）提供的2019年7月日均最低溫度與日均最高溫度平均值給出的2019年中國主要城市7月平均氣溫。深圳7月份平均氣溫為30.5℃僅低于6個省會城市與直轄市，也就是說中國絕大多數(shù)地區(qū)20cm以下的土壤溫度都低于30℃，這個溫度下，碳酸氫銨分解緩慢。

圖6夏季晴天一晝夜土壤溫度垂直分布圖Fig.6 The vertical distribution of soil temperature at day and night on a sunny day in summer

圖7夏季陰雨天一晝夜土壤溫度垂直分布圖Fig.7 The vertical distribution map of soil temperature at day and night on a rainy day in summer

表1 2019年中國主要城市7月平均氣溫統(tǒng)計表Table 1 The statistical table of average temperature in major cities in China in July 2019

4 結(jié)論

（1）溫度升高，碳酸氫銨分解速度加快，但在30℃以下分解緩慢，表1顯示我國玉米與小麥主產(chǎn)區(qū)[13,14]黑龍江、吉林、遼寧、安徽、河北、河南、江蘇、山東、甘肅、內(nèi)蒙古、寧夏、陜西、新疆、廣西、貴州、湖北、四川、云南一年當中月平均最高氣溫均不高于深圳，因此，這些地區(qū)玉米與小麥栽培季節(jié)20cm以下的土壤溫度都低于30℃；

（2）含水量升高，碳酸氫銨分解速度加快，低含水量或干燥的環(huán)境下，碳酸氫銨分解緩慢；

（3）干旱半干旱地區(qū)的玉米和小麥顯示出又多又深的根系[15]。小麥垂直方向上根系密集區(qū)在0～40cm[16]，玉米根系主要分布于縱向0～40cm深的土體中[17]。根系是吸收肥料養(yǎng)分的主要渠道，對于小麥和玉米，碳酸氫銨宜施肥于20～40cm的土壤層。