专家解答：gChem公司的Darryl Ramoutar谈氮肥管理

Darryl Ramoutar博士，gChem公司全球农业技术总监

AgriBusiness Global：您能否介绍一下如何利用化学方法和有益微生物实现氮素稳定化？使用这种技术有哪些好处？这种技术最适用于哪些应用？

达里尔·拉穆塔氮是作物生产的基础营养元素，它能帮助植物构建结构组织，并维持驱动生长和产量的代谢过程。在自然系统中，土壤微生物通过固氮、矿化（氨化）和硝化作用，将大气中的氮和分解的有机物转化为植物可吸收的形式。虽然这些过程能够提供一部分氮，但不足以满足现代高产农业的需求。.

因此，补充氮肥已成为一种标准做法，也是全球粮食安全的关键组成部分。现代谷类作物，包括玉米、小麦和水稻，都经过培育以提高产量和生物量积累，所需的氮含量超过了土壤的自然供给能力。.

在商业农业系统中，合成氮肥以多种化学形式施用，每种形式都有其独特的处理、施用和吸收特性。常见的氮肥来源包括尿素（因其高氮浓度和成本效益而备受青睐）、无水氨（一种高浓度氮肥，需加压注入土壤）、硝酸铵（可提供快速吸收的氮，但需要谨慎处理）以及尿素硝酸铵（一种液态肥料，非常适合滴灌施肥和精准施肥）。.

ABG：对土壤健康和微生物多样性的长期影响是什么？

医生： 土壤可通过添加有益微生物来稳定氮素，其主要机制是通过生物固定和竞争性养分吸收。当引入微生物接种剂后，土壤微生物会吸收无机氮（如铵态氮和硝态氮）来构建细胞生物量，并暂时将其转化为不易淋溶或挥发的有机形式。随着微生物群落的更替和分解，这些固定的氮素会逐渐矿化并释放回根系区域，从而为植物提供缓释养分。需要注意的是，虽然微生物反硝化作用可能导致氮素流失，但高质量的土壤是建立在生物、化学和物理性质平衡的基础之上的。.

据陈先生说 等al. （2002, 2003）研究表明，土壤氮转化涉及多种关键的微生物过程。其中包括固氮细菌，例如根瘤菌，它们将大气中的氮气（N₂）转化为植物可利用的生物可利用的含氮化合物。此外，硝化细菌在氮循环中也发挥着至关重要的作用；氨氧化微生物（通常称为亚硝化菌）将铵氧化为亚硝酸盐，而亚硝酸盐氧化微生物（硝化菌）则进一步将亚硝酸盐氧化为硝酸盐。在自然和人工生态系统中，这些土壤微生物群落共同促进了高效的氮循环，提高了养分保持能力，并增强了氮有效性和植物需求之间的同步性。.

ABG：使用这类技术会遇到哪些挑战？如何克服这些挑战？

医生： 无论配方如何，所有氮肥都容易因挥发、淋溶和反硝化作用而损失。为了提高氮肥利用率并保护产量潜力，农民越来越依赖稳定化技术。脲酶抑制剂，例如N-(N-丁基)硫代磷酸三酰胺（NBPT），可以减缓尿素转化为氨气的速度，从而减少挥发损失；而硝化抑制剂，例如硝吡啶和双氰胺，可以暂时抑制微生物将铵转化为硝酸盐，从而减少淋溶和反硝化作用。此外，聚合物包膜肥料可以控制养分释放，使氮肥的有效供应更符合作物的吸收模式。.

尽管NBPT具有农艺价值，但由于其溶解度有限且化学性质不稳定，其制剂开发面临诸多挑战，需要使用强效溶剂体系才能制备出稳定、高浓度的商业产品。几十年来，N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）一直是NBPT制剂的首选溶剂；其强极性非质子性质使其能够很好地溶解NBPT及类似活性成分，从而制备出具有良好储存稳定性的高浓度浓缩物。然而，NMP已被列为生殖毒性物质，尤其是在欧盟，因此受到越来越多的关注，导致监管机构和市场都面临着逐步淘汰NMP的挑战。.

ABG：这项技术未来发展前景如何？有哪些相关趋势值得我们关注？

医生： 配方师们已转向安全性和可持续性更佳的替代溶剂体系。乳酸乙酯是一种源自可再生原料的可生物降解溶剂，因其低毒性和良好的环境特性而备受关注。另一种新兴选择是二氢左旋葡糖酮，这是一种通过木浆加工从纤维素中提取的偶极非质子溶剂。虽然这些材料在溶解强度和物理性质上与NMP有所不同，但通过适当的混合和配方策略，可以实现可接受的NBPT溶解度和稳定性。乙二醇，特别是丙二醇，也常被用作助溶剂或配方助剂。当与主要溶剂和稳定剂结合使用时，乙二醇可以增强互溶性、控制粘度、改善低温性能，并有助于延长保质期。它们广泛的监管认可使其成为现代稳定剂配方中极具吸引力的成分。.

二甲基亚砜 (DMSO) 是另一种潜在的极性非质子溶剂替代品，与 NMP 相比，它具有更强的溶解能力和更低的监管风险。DMSO 众所周知的渗透特性可能会影响土壤-植物系统中稳定氮的分布，但此类影响需要仔细评估，以确保其农艺效益并符合安全准则。总体而言，NMP 的淘汰加速了多组分溶剂体系的采用。成功的氮磷磷肥配方不再局限于单一溶剂的替代，而是越来越多地依赖于兼顾性能、安全性、法规遵从性和可持续性的定制混合溶剂，这反映了氮肥管理技术创新领域的更广泛趋势。.