哈柏-
目前最主要的固氮方式是工業(yè)合成氨(哈柏法)。這一方法自20世紀(jì)初發(fā)明以來(lái),就成為了全球農(nóng)業(yè)中不可或缺的一部分,對(duì)提高農(nóng)作物產(chǎn)量、保障糧食安全起到了至關(guān)重要的作用。
-
哈柏-波施法(Haber-Bosch Process):這是目前最廣泛采用的固氮技術(shù),通過(guò)將大氣中的氮?dú)馀c氫氣在高溫高壓條件下,在催化劑的作用下反應(yīng)生成氨氣(NH3)。這一過(guò)程不僅效率高,而且能夠大規(guī)模生產(chǎn),滿(mǎn)足了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對(duì)氮肥的巨大需求。該方法需要在大約450°C的溫度和150-200個(gè)大氣壓的壓力下進(jìn)行,常用的催化劑為鐵基催化劑。每年全球通過(guò)哈柏-波施法制備的氨超過(guò)1億噸,其中大部分用于制造肥料。
-
生物固氮:雖然不是最主要的固氮方式,但生物固氮在自然生態(tài)系統(tǒng)中扮演著重要角色。某些細(xì)菌如根瘤菌能與豆科植物形成共生關(guān)系,將空氣中的氮?dú)廪D(zhuǎn)化為植物可吸收的形式。自由生活的藍(lán)細(xì)菌(藍(lán)綠藻)也能直接從空氣中固定氮素。生物固氮對(duì)于維持土壤肥力、減少化學(xué)肥料依賴(lài)具有重要意義,尤其在有機(jī)農(nóng)業(yè)和可持續(xù)農(nóng)業(yè)中受到重視。
-
閃電固氮:自然界中,雷電活動(dòng)可以將大氣中的氮?dú)夂脱鯕饨Y(jié)合成一氧化氮(NO),隨后進(jìn)一步氧化為二氧化氮(NO2),并與水蒸氣反應(yīng)生成硝酸(HNO3)。這些含氮化合物最終隨雨水降落到地面,成為植物可用的營(yíng)養(yǎng)源。這種方式產(chǎn)生的固定氮量相對(duì)較小,且分布不均,無(wú)法滿(mǎn)足大規(guī)模農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求。
-
化學(xué)固氮:除了哈柏-波施法外,還有一些其他化學(xué)方法可用于固氮,例如利用電解水產(chǎn)生的氫氣與氮?dú)夥磻?yīng)制備氨。這些方法通常成本較高、能耗較大,因此在實(shí)際應(yīng)用中不如哈柏-波施法普及。
盡管存在多種固氮途徑,但工業(yè)合成氨(哈柏-波施法)因其高效性、經(jīng)濟(jì)性和大規(guī)模生產(chǎn)能力,依然是當(dāng)前最主要的固氮方式。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,未來(lái)可能會(huì)出現(xiàn)更加環(huán)保、高效的新型固氮技術(shù),但在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)內(nèi),哈柏-波施法仍將是主導(dǎo)固氮方法。
以下是常用的固氮植物種子
1.大豆(Glycine max)
2.田箐(Sesbania cannabina)
3.三葉草(Trifolium spp.)
4.紫云英(Astragalus sinicus)
5.箭筈豌豆(Vicia sativa)
6.白三葉草(Trifolium repens)
7.紫花苜蓿(Medicago sativa)
8.紫花苕(Astragalus crassus)
9.草木樨(Melilotus officinalis)
10.決明子(Cassia obtusifolia)