钱 佳，房倩倩，韩效钊，刘 荣，郑之银

（1.泰州职业技术学院 药学院，江苏 泰州225300；2.合肥工业大学 化学与化工学院，安徽 合肥230009；3.安徽六国化工股份有限公司，安徽 铜陵244000）

前 言

碳酸氢铵是最容易被土壤吸附的一种氮肥，不含有害的中间产物和最终分解产物，长期施用不影响土质，是最安全的氮肥品种之一[1]。1958年侯德榜提出“碳化法合成氨流程制碳酸氢铵”新工艺，并在上海化工研究院建成第一个8000吨示范厂，生产出第一批碳酸氢铵。碳酸氢铵是我国独有的化肥品种，对我国农业的发展作出了不可磨灭的贡献[2,3]。碳酸氢铵处理土壤或培养基，还能有效降低辣椒疫病发病率、抑制意大利青霉孢子萌发和菌丝体与尖孢镰刀菌生长[4,5,6]。碳酸氢铵还用于食品工业作碱及发酵剂，与碳酸氢钠合用作面包、饼干、煎饼等的膨松剂原料[7]。但碳酸氢铵性质不稳定，在36℃以上分解成二氧化碳、氨和水，对光及热水皆不稳定[8]。湖南双季稻基施碳酸氢铵，早稻季处理田氨挥发损失率达30.12%，晚稻季处理田氨挥发损失率达31.93%[9]。可见开展碳酸氢铵分解性能探讨，对碳酸氢铵的贮存和使用都具有实际意义。

1 实验材料与方法

主要药品：碳酸氢铵（AR）。

实验方法：将150mL锥形瓶置于电子天平上，向锥形瓶里滴加蒸馏水并准确计量；再准确称取2.5000g碳酸氢铵样品，将碳酸氢铵加入锥形瓶并轻摇，使碳酸氢铵均匀润湿并平铺于锥形瓶底部。再将锥形瓶固定在恒温水浴锅中，并连接好吸收装置。用200mL的1mol/L的盐酸吸收碳酸氢铵分解产物氨，用甲醛法测定吸收液中氮含量，计算碳酸氢铵分解速率和分解率。每隔20min用移液枪取4mL吸收液测定氮含量，再取4mL1mol/L的盐酸补充到吸收瓶中，连续取样5次，计算分解率和分解速率。

2 实验结果

2.1 温度对碳酸氢铵分解性能的影响

不同温度下碳酸氢铵溶液的分解过程是不同的。随着温度的升高，铵的损失也升高；随着碳酸氢铵溶液含水量的增大，铵的损失也升高，但升高的趋势在不断变缓[10]。碳酸氢铵有农业级、工业级、食品级和试剂级，含水量都在6%以下。因此，固定含水量为6%，考察温度对碳酸氢铵分解性能的影响。结果见图1和图2。

图1温度对碳酸氢铵分解率的影响Fig.1 The effect of temperature on the decomposition rate of ammonium bicarbonate

图2温度对碳酸氢铵分解速率的影响Fig.2 The effect of temperature on the decomposition speed of ammonium bicarbonate

由图1和图2可知，碳酸氢铵分解主要在前60min进行，20min内分解速率达到最大；最大分解速率与分解率均随温度升高而增大；温度在30℃以下分解缓慢，温度在30℃以上，分解加速。为了能快速考察其它因素的影响，后续实验温度选择在60℃。

2.2 含水量对碳酸氢铵分解性能的影响

固定温度为60℃，调整加水量，考察含水量对碳酸氢铵分解性能的影响。结果见图3和图4。

图3含水量对碳酸氢铵分解率的影响Fig.3 The effect of water content on the decomposition rate of ammonium bicarbonate

图4含水量对碳酸氢铵分解速率的影响Fig.4 The effect of water content on the decomposition speed of ammonium bicarbonate

由图3和图4可知，碳酸氢铵仍然在20min内分解速率达到最大，最大分解速率与含水量几乎成倍数关系增加。可见，碳酸氢铵含水量低有利于储存和使用。

2.3 室温下含水量对碳酸氢铵分解性能的影响

室温下（实验时室温变化范围为14～22℃），分别取5只150mL的锥形瓶，每只瓶均含有4.0000g碳酸氢铵样品，含水量分别为0%（试剂1）、0%（试剂2）、2%、4%、6%；将含水量0%（试剂2）、2%、4%、6%的4只锥形瓶敞口置于通风良好、干净整洁的房间内，将含水量0%（试剂1）的锥形瓶敞口置于干燥器中。每隔24h准确称重一次，计算失重率（即分解率）。结果见图5。

图5室温下不同条件对碳酸氢铵分解率的影响Fig.5 The effect of different conditions on the decomposition rate of ammonium bicarbonate at room temperature

由图5室温下敞口储存实验结果可知，分解率随着含水量的增加而增加、随着时间的延长而提高；含水碳酸氢铵分解率与时间几乎呈现线性关系，试剂级（含水量0%）碳酸氢铵分解率相对较低，且48h后分解率随时间的延长提高很慢，保持在干燥器中的碳酸氢铵分解率最低。

3 结果与讨论

碳酸氢铵分解速率与分解率随着含水量的减少、温度的降低而降低；温度在30℃以下，分解速率与分解率明显降低。低含水量和干燥环境具有抑制碳酸氢铵分解作用，可见，碳酸氢铵宜施用于含水量低的耕地。

一年当中，月平均最高气温，北半球出现在7月，南半球出现在1月；月平均最低气温，北半球出现在1月，南半球出现在7月。一日当中，土壤表层数厘米的温度，日出后即逐渐升高，最高温度出现在13:00～14:00，以后又逐渐下降[11]。图6和图7是深圳某地7月份一昼夜土壤温度最低值与最高值垂直分布图[12]。阴雨天最低地温和最高地温都在30℃以下，晴天20cm土壤层之内温度较高，20cm以下的土壤最高温度低于碳酸氢铵的分解温度。表1是根据天气网（http://www.tianqi.com/qiwen/city-城市拼音-7）提供的2019年7月日均最低温度与日均最高温度平均值给出的2019年中国主要城市7月平均气温。深圳7月份平均气温为30.5℃仅低于6个省会城市与直辖市，也就是说中国绝大多数地区20cm以下的土壤温度都低于30℃，这个温度下，碳酸氢铵分解缓慢。

图6夏季晴天一昼夜土壤温度垂直分布图Fig.6 The vertical distribution of soil temperature at day and night on a sunny day in summer

图7夏季阴雨天一昼夜土壤温度垂直分布图Fig.7 The vertical distribution map of soil temperature at day and night on a rainy day in summer

表1 2019年中国主要城市7月平均气温统计表Table 1 The statistical table of average temperature in major cities in China in July 2019

4 结论

（1）温度升高，碳酸氢铵分解速度加快，但在30℃以下分解缓慢，表1显示我国玉米与小麦主产区[13,14]黑龙江、吉林、辽宁、安徽、河北、河南、江苏、山东、甘肃、内蒙古、宁夏、陕西、新疆、广西、贵州、湖北、四川、云南一年当中月平均最高气温均不高于深圳，因此，这些地区玉米与小麦栽培季节20cm以下的土壤温度都低于30℃；

（2）含水量升高，碳酸氢铵分解速度加快，低含水量或干燥的环境下，碳酸氢铵分解缓慢；

（3）干旱半干旱地区的玉米和小麦显示出又多又深的根系[15]。小麦垂直方向上根系密集区在0～40cm[16]，玉米根系主要分布于纵向0～40cm深的土体中[17]。根系是吸收肥料养分的主要渠道，对于小麦和玉米，碳酸氢铵宜施肥于20～40cm的土壤层。