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植物施肥原理
1. 植物需要肥料供应：
植物在生长过程中需要吸收营养物质来维持其生命活动。
土壤中的肥料是植物获取养分的重要来源之一。
2. 肥料的主要成分：
肥料的主要成分包括氮、磷、钾等营养元素，以及微量元素如锌、铁、铜等。
这些元素在植物生长过程中发挥重要的作用，例如氮元素促进植物的生长与发育，磷元素促进植物的根系生长，钾元素提高植物的抵抗力等。
3. 肥料的种类和选择：
根据植物对营养元素的需求，可以选择不同类型的肥料进行施肥。
有机肥料是由动植物的残体或排泄物制成，含有丰富的有机质和养分。
无机肥料则是由化学合成制成，养分含量相对较高。
根据植物生长的不同阶段和所需养分特点，可以选择合适的肥料类型。
4. 施肥的时间和方法：
施肥的时间应根据植物的生长习性和季节变化来确定。
一般来说，植物在生长期间需要较多的养分，因此生长旺盛的春季和夏季是适合施肥的时间。
施肥的方法可以通过将肥料撒在土壤表面，或深入土壤中进行基肥或追肥。
5. 施肥的注意事项：
在施肥过程中，应根据植物的需求和肥料的使用说明合理施肥量，避免施肥过量导致肥料残留或土壤污染。
此外，应注意选
择适合植物生长和土壤环境的肥料种类，避免对生态环境造成不良影响。
同时，合理的灌溉和排水也是保证肥料有效利用的重要环节。
6. 施肥的效果和监测：
适量施肥可以提高植物的生长效果和产量，但如果施肥不当，可能会导致营养过剩或缺乏，影响植物健康。
因此，在施肥后应及时观察植物的生长情况，并通过土壤测试或植物营养指标监测来判断肥料的吸收和利用情况，以调整施肥策略。
肥料生产的基本原理第五、第六和第七章讨论了各种含氮、磷、钾肥料物质的特性及应用。
本书目的不是详细阐述这些肥料的生产工艺，因其是肥料技术课程上讨论的内容。
然而，了解肥料生产中的基本反应，有助于更好地认识其对土壤肥力的重要作用及在农业中的地位。
本章将讨论氮肥、磷肥和钾肥生产所涉及的各种反应及工艺。
只有几种化合物的生产对第五、第六和第七章中论述的许多产品是必不可少的，因此本章叙述了生产这些基础材料的化学反应。
另外，本章还将介绍用基础肥料物质配制多养分固体和液体肥料产品的工艺，讨论掺混固体和液体肥料中各方面的问题，考察肥料-农药混成品，还介绍了有关肥料法规和管理的内容及消费者利益的保护等有关知识。
第一节 氮肥在这一节，我们主要讨论氮肥合成的基本过程。
所有合成氮肥的生产都必须固定大气中的氮。
就此目的而言，占大气成分近80%的氮可谓取之不尽。
实际上，直到19世纪末，这一无限丰富的氮资源才以化合物态为人类所利用。
当然，共生细菌、非共生细菌以及大气放电也固定了一部分氮，但大规模的商业性固氮还仅是近些年的事。
固定单质氮有三种基本方法：①合成氨法，由氮和氢合成氨气；②氰氨法，氮与碳化钙反应；③氮的直接氧化法。
一、合成氨法目前，所用合成氨法几乎都是1910年德国发明的哈伯-勃赤法（Haber-Bosch process ）的改良工艺。
氮与氢于1200℃在以加有钾、氧化铝和钙的磁铁矿（Fe 3O 4）为催化剂的作用下反应合成氨。
因采用的改进方法不同，反应所需压力介于200~1000大气压之间。
该反应化学方程式如下：3H 2 + N 2 → 2NH 3一般这两种反应底物的17%~28%可转化为氨。
反应所用氢可由数种来源获得，其主要来源列于表10-1。
在讨论蒸汽转化问题之后，还将谈到其他含氢原料。
另外，如果能使用成本低廉的水力电能，也可用电解水法制取氢。
值得注意的是，1971年前的40年间，加拿大不列颠哥伦比亚省特雷尔生产氨用的都是电解氢。
施肥原理之一——矿质营养学说1840年，德国学者李比希（Justus von Liebig，1803-1873），在伦敦英国有机化学年会上发表了题为“化学在农业和生理学上的应用”的著名论文，提出了矿质营养学说，并否定了当时流行的腐殖质营养学说。
他指出，腐殖质是在地球上有了植物以后才出现的，而不是在植物出现以前，因此植物之原始养分只能是矿物质。
这就是矿质营养学说的主要论点。
施肥原理之二——养分归还学说1840年，李比希在提出矿质营养学说的同时，进一步提出了养分归还学说。
养分归还学说的核心内容是，植物从土壤中吸收矿质养分，使土壤养分逐渐减少；为了保持土壤肥力，就必须把植物带走之矿质养分和氮素以施肥的方式归还给土壤；否则将导致土壤贫瘠。
养分来源在植物的16种必需营养元素中，碳、氢、氧源于空气和水，其余13种元素则依赖于土壤供给。
人类从事植物生产，在从土地上移出植物产品的同时，也移出了植物从土壤中吸收的养分。
土壤中各种养分元素的含量是有限的，如果只是移出而不予以归还，土壤中的养分势必将越来越少。
长此以往必将导致地力衰减，植物产量下降。
因此，为了保持地力，稳定植物产量，就必须将随植物产品移出的养分以肥料的形式归还给土壤，使土壤的养分亏损和返还之间保持平衡。
如欲提高地力，增加植物产量，则需加大施肥量，使养分输入大于移出。
养分归还学说框定了土壤养分移出需要归还的大原则，但并不需要同时归还全部移出养分。
原因是各种营养元素在土壤中的含量不同，植物对各种营养元素的需求量亦差别很大。
因此，在生产实践中采取的养分归还策略不是全部归还，而是有重点地部分归还。
养分移出养分归还施肥原理之三——植物必需营养元素一般植物鲜体含有65%～95%的水分和5%～35%的干物质。
干物质主要由碳、氢、氧、氮和灰分元素组成，它们在植物体内依次约占干重的45%、42%、6.5%、1.5%和5.0%。
在5.0%的灰分中含有几十种元素，但其中只有一部分是植物所必需的。
复合肥原理复合肥是一种将多种营养元素混合而成的肥料，它能够提供作物生长所需的多种营养物质，是现代农业生产中常用的一种肥料。
复合肥的原理是将多种营养元素按照一定的比例混合而成，以满足作物在不同生长阶段对营养物质的需求，从而提高作物的产量和品质。
下面我们将详细介绍复合肥的原理。
首先，复合肥的原理是根据作物对营养元素的需求量和比例来确定混合配比。
不同的作物在不同的生长阶段对氮、磷、钾等营养元素的需求量和比例是不同的，因此，复合肥的原理就是根据这些需求量和比例来确定混合配比，以满足作物在不同生长阶段的营养需求。
其次，复合肥的原理是通过混合配比来实现多种营养元素的均衡供应。
作物在生长过程中需要的营养元素是多种多样的，而且它们之间存在着相互作用和影响，因此，复合肥的原理就是通过混合配比来实现多种营养元素的均衡供应，从而保证作物在生长过程中能够获得全面、均衡的营养供应。
另外，复合肥的原理是通过混合配比来实现施肥的科学施用。
复合肥中的各种营养元素是按照作物在不同生长阶段的需求量和比例进行混合配比的，这样一来，就可以实现施肥的科学施用，避免了单一肥料施用时营养元素的过量或不足，从而提高了施肥的效果。
最后，复合肥的原理是通过混合配比来实现施肥的便利性和经济性。
复合肥中包含了多种营养元素，只需一次施用就可以满足作物在不同生长阶段的营养需求，这样一来，就提高了施肥的便利性和经济性，减少了施肥的频次和施肥量，节约了施肥成本。
综上所述，复合肥的原理是根据作物对营养元素的需求量和比例来确定混合配比，通过混合配比来实现多种营养元素的均衡供应，实现施肥的科学施用，提高了施肥的便利性和经济性。
因此，复合肥是一种非常有效的肥料，对于提高作物产量和品质具有重要的意义。
牛粪发酵有机肥的工作原理牛粪发酵有机肥是一种以牛粪为主要原料，经过发酵、脱水、堆肥等工艺处理而成的有机肥料，具有肥效稳定、营养全面、含有丰富的微生物等特点，在农业生产中得到越来越广泛的应用。
牛粪发酵有机肥的工作原理体现在以下几个方面。
一、利用微生物转化有机物质牛粪发酵有机肥的一个重要工作原理是利用微生物将有机物质转化成可供植物吸收利用的营养成分。
牛粪中含有的有机物主要是秸秆、粪便和尿液等，其中秸秆含有的木质素和纤维素难以被植物吸收，而粪便和尿液中含有的氮、磷、钾等元素是植物所需的基本养分。
通过牛粪的发酵处理，可以促进微生物的繁殖和代谢，生产出一些有机酸和酶类物质，分解固定在秸秆中的木质素和纤维素，使之变成植物易吸收的氮、磷、钾、钙、镁、硫等元素，从而提高了肥料的利用效率和农作物的生产力。
二、增强土壤理化性质牛粪发酵有机肥的另一个工作原理是增强土壤的理化性质，改善土壤质量。
在牛粪的发酵过程中，产生的有机酸能够降低土壤的pH值，使之趋向于中性或微酸性，有利于土壤微生物的繁殖和活动。
有机酸还具有良好的配位作用，能够与土壤中的一些难以被植物吸收的铁、锰、铜、锌等微量营养元素结合，使之变得可供植物吸收利用。
牛粪发酵有机肥中含有丰富的微生物，可以作为土壤生物肥料，增加土壤生物量和生物多样性，稳定土壤结构和改善土壤通气性、保水性等理化性质。
三、减少土壤污染牛粪发酵有机肥还具有减少土壤污染的作用。
牛粪是一种含有较多致病菌、杂草种子和重金属等有害物质的有机废弃物，如果不经过处理直接施用，会对土壤环境和农业生态系统造成不良影响。
而通过将牛粪进行发酵、脱水、堆肥等处理，可以有效地杀灭致病菌和杂草种子，减少土壤中的重金属含量，降低土壤中的污染物质的浓度，从而保护土壤质量和农业生态环境，促进健康的农业生产。
牛粪发酵有机肥的工作原理是通过微生物将牛粪中的有机物质转化为可供植物吸收的营养成分，同时增强土壤理化性质和减少土壤污染，从而提高土壤肥力和农作物产量。
有机肥料的生产一般都必须经过堆肥发酵过程。
堆肥是在一定条件下通过微生物的作用，使有机物不断被降解和稳定，并产出一种适宜于土地利用的产品的过程。
堆肥这种古老而简便的处理有机废弃物和制造肥料的方法，随着研究的深入和方法的改进，其应用很受各个国家的重视。
有许多报道指出，用腐熟堆肥制备种子苗床能抑制土传病害；并且在堆肥过程的高温阶段过后接踵而来的拮抗性细菌，可使菌数达到很高水平；堆肥过程中各有机物在微生物作用下，达到不易分解、稳定、作物易吸收状态；同时微生物作用在一定范围内减少重金属毒害作用。
可见，堆肥是制造生物有机肥的简便而有效的方法，有益于生态农业的发展。
我国国内大多数有机肥料产品只堆肥发酵15-20天，这样的产品只能达到无害化标准，而优质的有机肥料堆肥发酵过程一般需要45-60天的时间。
这是因为在堆肥前期的升温阶段以及高温阶段会杀死植物致病病原菌、虫卵、杂草籽等有害微生物，但此过程中微生物的主要作用是新陈代谢、繁殖，而只产生很少量的代谢产物，并且这些代谢产物不稳定也不易被植物吸收。
到后期的降温期，微生物才会进行有机物的腐殖质化，并在此过程中产生大量有益于植物生长吸收的代谢产物，这个过程需要45-60天的时间。
经此过程的堆肥可以达到三个目的：一是无害化；二是腐殖质化；三是大量微生物代谢产物（如各种抗生素、蛋白类物质等）。
有机肥发酵原理堆肥过程中有机质的转化堆肥中的有机质在微生物作用下进行复杂的转化，这种转化可归纳为两个过程：一个是有机质的矿质化过程，即把复杂的有机质分解成为简单的物质，最后生成二氧化碳、水和矿质养分等；另一个是有机质的腐殖化过程，即有机质经分解再合成，生成更复杂的特殊有机质——腐殖质。
这两个过程是同时进行的，但方向相反，在不同条件下，各自进行的强度有明显的差别。
1、有机质的矿化作用（1）不含氮有机物的分解多糖化合物（淀粉、纤维素、半纤维素）首先在微生物分泌的水解酶的作用下，水解成单糖。
肥料生产的基本原理第五、第六和第七章讨论了各种含氮、磷、钾肥料物质的特性及应用。
本书目的不是详细阐述这些肥料的生产工艺，因其是肥料技术课程上讨论的内容。
然而，了解肥料生产中的基本反应，有助于更好地认识其对土壤肥力的重要作用及在农业中的地位。
本章将讨论氮肥、磷肥和钾肥生产所涉及的各种反应及工艺。
只有几种化合物的生产对第五、第六和第七章中论述的许多产品是必不可少的，因此本章叙述了生产这些基础材料的化学反应。
另外，本章还将介绍用基础肥料物质配制多养分固体和液体肥料产品的工艺，讨论掺混固体和液体肥料中各方面的问题，考察肥料-农药混成品，还介绍了有关肥料法规和管理的内容及消费者利益的保护等有关知识。
第一节 氮肥在这一节，我们主要讨论氮肥合成的基本过程。
所有合成氮肥的生产都必须固定大气中的氮。
就此目的而言，占大气成分近80%的氮可谓取之不尽。
实际上，直到19世纪末，这一无限丰富的氮资源才以化合物态为人类所利用。
当然，共生细菌、非共生细菌以及大气放电也固定了一部分氮，但大规模的商业性固氮还仅是近些年的事。
固定单质氮有三种基本方法：①合成氨法，由氮和氢合成氨气；②氰氨法，氮与碳化钙反应；③氮的直接氧化法。
一、合成氨法目前，所用合成氨法几乎都是1910年德国发明的哈伯-勃赤法（Haber-Bosch process ）的改良工艺。
氮与氢于1200℃在以加有钾、氧化铝和钙的磁铁矿（Fe 3O 4）为催化剂的作用下反应合成氨。
因采用的改进方法不同，反应所需压力介于200~1000大气压之间。
该反应化学方程式如下：3H 2 + N 2 → 2NH 3一般这两种反应底物的17%~28%可转化为氨。
反应所用氢可由数种来源获得，其主要来源列于表10-1。
在讨论蒸汽转化问题之后，还将谈到其他含氢原料。
另外，如果能使用成本低廉的水力电能，也可用电解水法制取氢。
值得注意的是，1971年前的40年间，加拿大不列颠哥伦比亚省特雷尔生产氨用的都是电解氢。
合成氨所需氮全部取自空气。
目前，世界70%以上的氨生产是用天然气。
天然气的化学组成如表10-2所示。
甲烷及其他常用原料必须经裂解释放出氢来，才能与氮化合。
世界氨产量的80%以上都是采用蒸汽转化法获得氢。
图10-1示出了典型的蒸汽转化工艺中主要的反应和反应所需压力。
制氨分3个主要步骤：原料气的制备、提纯及氨的合成。
(表：表10-1 1971-1975年世界用于氨生产的主要原料及对未来的预测 )注释：资料来源：国际肥料发展中心和联合国工业发展组织，Fertilizer Manual, Reference Manual IFDC-R-1. Muscle Shoals,Ala.: IFDC, 1979.(表：表10-2 用于氨生产的天然原料成分 )注释：资料来源：国际肥料发展中心和联合国工业发展组织，Fertilizer Manual, Reference Manual IFDC-R-1. Muscle Shoals,Ala.: IFDC, 1979.(图：图10-1 采用天然气蒸汽转化法合成氨的流程框图)其他可用蒸汽转化法处理的氢原料包括：液化石油气，主要成分为丁烷和丙烷；液化天然气；石脑油；各种提馏气；焦炉尾气和重油。
其他适合但目前尚未大规模应用的原料有甲醇、乙醇和甲烷，它们产自有机废料和专门种植用来生产纤维质的生物体。
制氨的各步骤在0~1200℃的不同温度下进行。
因此，需要用燃料加热反应物。
尽管一般要采取措施尽量回收热能，但仍有很大一部分损失掉。
一些形式的能量也用来驱动机械。
天然气价格大大影响着氨的生产成本。
现在天然气可占到氨生产可变成本的75%~80%，而过去天然气成本一度还占不到总生产成本的50%。
1981年，在美国氨生产厂家为每1000米3氨平均支付82.27美元，比1970年的9.89美元有显著提高。
天然气价格对制氨总成本的影响见表10-3。
值得注意的是，氨生产只消耗世界天然气总产量的3%，为此所用的石油制品和煤约占全球产量的0.5%。
(表：表10-3 天然气成本对制氨总成本的影响 )二、氰氨法氰氨法于1898年由弗兰克（Frank）和卡罗（Caro）在德国发明。
该法需要高纯度的氮和碳化钙，在1100℃下反应生成氰氨化钙。
(图：图10-a 反应式)碳酸钙加热生成氧化钙，再与焦炭在2200℃下反应生成熔融态碳化钙。
世界上只有一两个地方使用该工艺。
加拿大安大略省尼亚加拉瀑布附近的北美工厂生产的氨用于非农业目的，只有很少一部分用于配制专用肥料。
然而，氰氨化钙在德国等欧洲国家应用较广。
三、氮直接氧化法众所周知，氮的氧化始自地球大气形成之初，每次闪电都会固定一些氮。
卡文迪许（Cavendish）于1766年首次在实验室中以电火花击穿两种气体的混合物获得该类化合物。
其反应为：N 2 + O2→ 2NO2NO + O2→ 2NO2NO2溶于水时生成硝酸：3NO2 + H2O → 2HNO3+ NO这种固定氮的方式可称作电弧法。
美国人曾几次试图用此法生产硝酸盐，但都未能连续运转几年便停产，因其需要大量电能，难以与较廉价的氨固定法相竞争。
Birkeland和Eyde在瑞典改进了电弧法，凭借该地水力发电成本低而得以成功，该方法令氮和氧通过电磁铁间增强的电弧以增加接触机会。
炉中出来的气体混合物中约含1.3%~1.7%的氧化氮。
四、氨衍生物商用肥料中至少99%的氮都始自液氨。
硝酸铵和尿素是仅有的2种不加其他原料只由氨制成的氮肥，其他由氨和不同原料制造的氮肥包括氯化铵、硫酸铵、氰氨化钙、硝酸钙、草酰胺和硝酸钠。
五、氨氧化法利用硝酸在800℃下以铂为催化剂对氨进行氧化生成硝酸铵和其他硝酸盐的肥料。
目前所用方法称为低压法，其压力只有50~100psi（即3.4~6.8大气压），由奥斯特瓦德（Ostwald）和布罗尔（Brouer）发明，并于1908年首先在德国应用。
氨转化成硝酸的化学反应分二步：氧化和吸收。
氧化过程：① 4NH3 + 5O2→ 4NO + 6H2O② 2NO + O2→ 2NO2吸收过程：③ 3NO2 + H2O → 2HNO3+ NO④ 2NO + N2→ 2NO2⑤ 通过吸收器重复反应③和反应④。
常用的氧化催化剂是含2%~10%铑的铂。
六、尿素合成尿素，有时又叫碳酰二胺，是非离子型氮化合物，在工业上用于制造塑料及肥料，还可当作反刍动物饲料中的蛋白质添加剂。
一般肥料只要用氨与某种酸中和即可制成，而制备尿素却比较复杂。
尿素的商业生产都是由氨和二氧化碳在2000psi（即136大气压）高压下通过适当催化剂作用反应生成的。
由于两种反应物都产自制氨厂，所以对合成氨厂的生产而言，尿素是更综合的商品。
化学反应分二步进行：①氨基甲酸铵的生成；②氨基甲酸铵脱水。
2NH3 + CO2→ NH2COONH4NH2COONH4→ NH2CONH2+ H2O有多种尿素生产工艺，其主要差别在于回收、分离和未反应氨和二氧化碳再循环中所采用的方法。
通常把这些不同的工艺称为一步法、部分循环法或全循环法。
以尿素氮形态转化和最终回收的氨态氮在一步法中为30%，部分循环法为50%~80%，全循环法高达98%。
各种尿素合成法的终产物都是75%尿素的水溶液。
这种溶液可以制成尿素-硝酸铵液体肥料，或进一步加工成固体尿素及颗粒复合肥料。
图10-2为描述球粒化工艺主要特点的流程简图，该工艺已在美国和加拿大许多新建尿素厂被采用。
(图：图10-2 C ＆I Girdler 球粒化工艺生产颗粒尿素(和硝酸铵)流程简图)第五章已讨论了理想颗粒尿素的物理性质。
由于尿素具有以散装和液体形态施用的特点，并且有易于直接施用的特点，因此，尿素作为氮肥的消费量与日俱增。
七、其他氮肥物质的生产第五章所讨论的大多数氮肥都是利用上述各种化合物（氨、硝酸和尿素）采用不同工艺生产的。
磷酸铵、硫酸铵、硝酸铵等盐类及其不同组合是由相应酸与氨中和制成的。
硝酸磷肥由硝酸或硝酸与磷酸（或与硫酸）混合酸化磷矿石再氨化制成，而很多液体氮肥都是将氨气溶于水并加硝酸铵或尿素制备的。
第五章已讨论了各种固体和液体氮肥的含氮量。
第二节 磷肥目前，几乎所有工业和农用磷酸盐都来自磷矿石。
19世纪至20世纪初，骨头和鸟粪曾是重要的磷肥。
鸟粪，即海鸟的排泄物及残留物，约含90%水溶性P 2O 5，含氮高达13%。
在美国加利福尼亚州南部、南美洲及非洲西海岸曾堆积如山的鸟粪如今已不复存在，昔日主要的两种磷肥在当今已不再是磷肥源。
在所有具有商业利用价值的磷矿石中，基础磷化合物都是磷灰石。
如第六章所述，它主要以氟磷灰石形式存在，也有氯磷灰石和碳酸盐磷灰石。
较大的矿藏都是沉积岩成矿，它们缓慢沉积于海床然后上升为陆地。
磷酸盐通常是由CaCO 3粘聚成的球粒，可为疏松的卵石或坚硬的石块。
对磷矿石这种必不可少的资源的储量有多种估测，全球已探明的磷矿储量列于表10-4。
(表：表10-4 世界磷矿储量 )注释：* 成本低于30美元/吨。
成本包括投资、开采费、税收、矿山使用费（如果征收）和其他成本，也包括15%的投资利率。
成本和资源统计数据截止于1981年1月。
# 在建立备用储量的标准之前，数据分类以目前知识和假设为基础，成本不多于100美元。
** 由于数据独自舍入，有些便未计入总计。
资料来源：Stowasser, Phosphate Rock. Mineral Commodity Profiles. Pittsburgh,Pa.: U. S. Dept. of the Interior, Bureau of Mines, 1983.表10-5列出美国一些州的磷矿石储量及已探明的资源。
佛罗里达州和北卡罗来纳州磷矿开采量最大，西部各州则少得多。
1981年，总产量5360万吨中的4630万吨产自这两个州，田纳西州和西部各州分别为130万吨和600万吨。
目前，佛罗里达州磷矿石产量占世界总产量约30%。
(表：表10-5 美国磷矿石的估计储量 )注释：* 成本低于30美元/吨。
成本包括投资、开采费、税收、矿山使用费（如果征收）和其他成本，也包括15%的投资利率。
成本和资源统计数据截止于1981年1月。
# 在建立备用储量的标准之前，数据分类以目前知识和假设为基础，成本不多于100美元。
** 由于数据独自舍入，有些便未计入总计。
资料来源：Stowasser, Phosphate Rock. Mineral Commodity Profiles. Pittsburgh,Pa.: U. S. Dept. of the Interior, Bureau of Mines, 1983.从表10-6可得出基本概念，开采出的矿石吨价越高，磷矿石储量越大。
其实世界磷矿石蕴藏量不会改变，然而可被经济开采的储量却大大增加。
