土壤氮素運移機理研究現(xiàn)狀

王小利孫西歡馬娟娟

（1.太原理工大學 山西太原 030024；2.山西省水利工程質量與安全監(jiān)督站 山西太原 030002）

1 土壤氮素運移機理研究的意義

氮素是作物生長發(fā)育所需的生命元素，缺氮往往使植物生長速度變緩，植株變弱，產(chǎn)量和品質下降。而施肥則是農(nóng)田土壤氮素的重要來源，但是由于施肥方法或農(nóng)業(yè)管理措施不當，往往造成氮素大量損失，嚴重影響氮肥的利用率。目前我國已成為世界上氮肥年用量最多的國家之一，單位面積的施用量也高于世界平均水平。但是利用率卻僅為30%～50%，即有一半左右的氮肥在施入土壤后通過各種途徑損失掉，其中：作物吸收35%、氨揮發(fā)11%、表觀硝化-反硝化34%(其中NO2排放率為1%)、淋洗損失2%、徑流損失5%，以及未知部分12%。有研究表明地下水硝酸鹽含量超標的現(xiàn)象與氮肥的過量施用和高灌溉量密切相關[1]。也就是說施灌不合理不僅使肥料的生產(chǎn)效益大為降低，而且還會造成難以治理的環(huán)境污染問題。因此，對土壤氮素運移機理的研究就變得尤為重要。

2 土壤水氮運移及轉化研究進展

土壤水氮運移屬于溶質運移的范疇，主要以水動力彌散（機械彌散和擴散）和對流兩種方式運移。土壤中水氮的運移及轉化方向對肥料的利用率影響巨大，所以國內外研究工作者在氮素運移轉化途徑、氮素有效性及其影響因素等方面進行了大量研究工作，旨在提高氮肥的利用率。

在不同的施肥水平下，灌水方法對氨態(tài)氮和硝態(tài)氮在時間和深度上影響較??；在不同的灌水方法下，施肥水平對氨態(tài)氮和硝態(tài)氮在時間和深度分布上影響比較大。在田間，氮素點源入滲情況下滴頭灌水量、流量和溶液濃度對氮素和水分分布的影響較大。徑向氮素和水分基本一致，垂向，初始濃度小時，水分比氮素運移超前，初始濃度大時水分和氮素運移基本一致[3]。

土壤氮肥在灌溉水和降雨的作用下，部分（如尿素）以化合物的形式向下運移，大部分是以可溶性和的形式淋洗到下層土壤。因為容易被土壤吸附和固定，而作為硝化和反硝化過程的中間產(chǎn)物，存在時間較短，所以在北方旱地農(nóng)田土壤系統(tǒng)中，土壤氮素淋失以為主，和的數(shù)量較少。土壤對的吸附和土壤反硝化作用，以及氨揮發(fā)作用都能延緩和減輕氮對地下水環(huán)境的污染[4]。

3 土壤氮素有效性及其影響因素研究進展

土壤氮素受多種因素的影響，在不同的地區(qū)所表現(xiàn)出的影響程度不同，譬如自然環(huán)境條件下、作物輪作方式和施肥方式都會影響土壤全氮含量和堿解氮含量，從而影響土壤質量和肥力水平。目前，土壤氮素含量的影響因素主要在于成土母質、顆粒組成、土地利用、作物種類、耕作施肥、灌溉等方面。

以氨態(tài)氮來看銨很不穩(wěn)定，在堿性條件下極易變成氨而揮發(fā)掉，這是銨態(tài)氮損失的主要途徑。農(nóng)田氨揮發(fā)損失的氮素量占氮素總損失的18%～104%，而且水田中氨的揮發(fā)損失比旱地更為嚴重。就此，國內外進行了多種研究，研究表明：氨揮發(fā)是水稻田表施氮肥時的重要損失途徑。而且，不合理地、過量地施氮會使硝態(tài)氮在土壤中累積，從而導致土壤硝態(tài)氮的淋溶損失引起水環(huán)境氮素污染[5]。除地面接納水量（降水+灌溉水）的影響外，土壤淋溶深度及淋失量還與耕作方式、作物種類及生長密度、氮肥類型、土壤質地、灌溉時間與施氮時間、降雨以及地下水位均有很大的關系。

4 提高氮肥利用率的技術與措施

雖然氮肥對促進作物生長，提高產(chǎn)量有重要作用，是生產(chǎn)中廣泛應用的肥料，但目前許多農(nóng)民過度依賴氮肥，有些地塊全年的用氮肥量超過作物需肥量的50%～200%，不僅浪費肥料，還會污染地下水源，破壞土壤的團粒結構，導致可耕性下降，造成病害的大面積發(fā)生，如何合理使用氮肥、提高其利用率、降低生產(chǎn)成本？要解決這些問題就必須要綜合天氣情況、土壤條件、土壤礦物組成、作物種類以及作物不同的生育期等因素，利用光、熱、種、密、水、肥、土等生產(chǎn)要素的交互作用效應，使施肥技術與高產(chǎn)栽培技術相結合，充分利用土壤中的硝態(tài)氮。

加強施肥管理和改進施肥方式可明顯減少氮的損失并提高氮肥利用率。

（1）深施肥結合灌溉。水肥（氮肥）結合灌溉可有效減小氮肥損失、提高肥料利用率，特別是追肥時宜采用深施肥結合灌溉的方式。肥料深施或表施后澆大水均可有效降低土壤中氨的揮發(fā)損失，而播前灌溉易影響小麥出苗，在實際生產(chǎn)中不可取，所以，生產(chǎn)中采用追肥深施肥與灌溉相結合的方式[6]。

（2）水肥異區(qū)交替灌溉，并少灌多次。水肥異區(qū)交替灌溉中施肥溝的硝態(tài)氮不但可以向下層土壤淋溶，而且會向灌水溝擴散，并隨灌水量的增加擴散程度亦增加，在450～600m3/hm2范圍內[7]，隨著灌水量增加，肥料利用率也提高。即水肥異區(qū)，少灌多次。

（3）合理制定作物灌水定額。灌水量對水肥結合方式至關重要，比如對小麥來說：節(jié)水灌溉條件下冬小麥生長期根層土壤中的營養(yǎng)氮素大量地以硝態(tài)氮的形態(tài)存在，非常有利于作物的吸收利用。同時硝態(tài)氮的含量與土壤含水量有著很強的相關關系，而且60mm的灌水定額是灌水的的最佳條件，在此灌水定額下不會造成深層滲漏和硝態(tài)氮隨土壤水的流失[8]。

（4）降水和灌溉是影響氮素淋失的主要因素之一。所以灌溉時應充分考慮當?shù)亟邓畻l件。相同施肥條件下不同降雨對氮素淋失的影響也不相同，不同產(chǎn)流時段養(yǎng)分流失的濃度不同，土壤淋溶與水分入滲雖不完全同步,但降雨量越大,濃度峰值位置越低,且下層土壤中的濃度也隨之增加[9]。就灌溉方式而言,大量少次比少量多次增加了向土體深層的淋溶量。

因此，在農(nóng)田生產(chǎn)中，控制施肥量和灌溉水量是提高氮肥利用率和保護水環(huán)境的一項重要措施。灌（水）施（肥）結合方法可以精確控制施肥量、灌水量以及灌溉施肥時間，被認為是提高水肥資源利用率的最有效技術。

5 結語

目前，如何提高灌溉用水效率和肥料（氮素）利用率、減少施氮肥對環(huán)境的影響已成為全球性問題。根據(jù)我國農(nóng)業(yè)研究的現(xiàn)狀，我們可采用：（1）進行科學的施肥和灌溉，即以水促肥，以肥調水，兩者相輔相成；（2）充分利用當?shù)亟涤陱搅?、有效控制灌溉用水量，達到節(jié)約灌溉用水的目的；（3）結合不同作物在不同生長時期對水肥的不同需求，注重當?shù)馗鞣绞?、土壤質地、降水資源等條件，建立完善的水氮管理模式，以期在節(jié)水灌溉的基礎上最大可能地發(fā)揮氮肥的增產(chǎn)效果，減小肥料對環(huán)境的污染破壞。

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[5]陳子聰，章明清等.氮肥對菜園土壤硝態(tài)氮淋溶流失的影響[J].生態(tài)環(huán)境，2008，17(3):1230-1234.

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[9]張亞麗,張興昌,邵明安,等.降雨強度對黃土坡面礦質氮素流失的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2004,20(3):55-58.

[10]曹曉華，胡安宏，氮肥使用量與環(huán)境水體中NO3--N測定及污染防治〔J〕.甘肅環(huán)境研究與監(jiān)測，2002，15（1）：56-57.