農(nóng)田土壤氮素流失研究

肖靖　李莉

摘要：綜述了近年來農(nóng)田土壤氮素流失的現(xiàn)狀，重點介紹了致使農(nóng)田土壤氮素流失的8個影響因素，包括氮肥施用量、植物覆蓋度、植被格局等，同時提出了防治氮素流失的7項措施。

關(guān)鍵詞：農(nóng)田；氮素；流失特征

中圖分類號：S153.6文獻標識碼：A文章編號：16749944（2014）02004003

1引言

我國是化肥的生產(chǎn)和消費大國，隨著農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展也帶來了嚴重的環(huán)境問題。2007年我國因農(nóng)業(yè)面源污染輸入水體的氮占總氮流失量的67.26%，農(nóng)田氮素流失造成的農(nóng)業(yè)面源污染已經(jīng)成為我國水體污染的主要來源＼[1＼]。因此，加強對農(nóng)田土壤氮流失特征的研究迫在眉睫。

2農(nóng)田氮素流失現(xiàn)狀

為了增加農(nóng)作物的產(chǎn)量而大幅增加施肥量，會引起土壤退化和水環(huán)境惡化。目前已經(jīng)有很多關(guān)于精準農(nóng)業(yè)對水中氮磷含量影響的研究和結(jié)論。氮磷隨徑流流失進入地表水，引起水體中的營養(yǎng)物質(zhì)富集，該過程稱為水體富營養(yǎng)化，研究已經(jīng)證明氮磷農(nóng)田損失是地表水環(huán)境污染的主要來源。

有人在我國北方的市、縣進行的水質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，半數(shù)以上地區(qū)地下水中硝酸鹽氮超過我國生活飲用水衛(wèi)生標準限值規(guī)定的最高限值50mg/L，這主要是由于20世紀以后大量施用含氮肥料。研究表明，農(nóng)田土壤中氮素流失的另一個重要途徑是氮的淋溶損失，施入土壤中的氮肥大約有10%～40%經(jīng)土壤的淋溶作用進入了地下水體中＼[2＼]。還有人利用野外大田試驗對上海市郊的蔬菜地氮素滲漏損失進行了長期監(jiān)測，結(jié)果表明，硝態(tài)氮滲漏損失量占氮素淋溶損失的90%以上，對當?shù)氐叵滤h(huán)境造成了十分嚴重的污染。

3農(nóng)田氮素流失的途徑

3.1氮的氣態(tài)損失

氮的氣態(tài)損失是施入土壤中的氮肥損失的主要途徑之一，且氮的氣態(tài)損失主要發(fā)生在施肥的前期階段，經(jīng)研究表明施入土壤中的氮超過30%不知去向。

許多研究證實，土壤中氮的損失形式大多以N2、N2O、NO、NO2、NH3的氣態(tài)揮發(fā)。土壤中，這些含氮化合物主要通過硝化作用、氨化作用和反硝化作用產(chǎn)生。土壤中有機氮和銨態(tài)氮肥料形成的氨，都能以NH3的形式揮發(fā)。但大部分的銨態(tài)氮在微生物作用下發(fā)生硝化作用，形成硝酸鹽。這一過程的中間產(chǎn)物NO、NO2以氣態(tài)形式散失。當然，最主要的氣態(tài)氮的損失是反硝化作用（氧化氮的還原過程）引起的。用盆栽進行的滲漏試驗和模擬試驗也證明，硝態(tài)氮的損失主要是反硝化作用的結(jié)果。

眾所周知，空氣中氮氣所占的比例最大。要測定從土壤中逸出的N2，在實際中操作比較困難。因此，蘇聯(lián)學者瑪卡洛維建議施用15N標記的肥料，然后再測定土壤中逸出的15N2的數(shù)量。此方法在野外大田試驗和室內(nèi)盆栽試驗中都可使用。使用15N研究土壤中氮的遷移轉(zhuǎn)化，國外也早已廣泛采用。

3.2氮素的淋溶損失

降雨對土壤的淋溶，顯著地引起土壤中氮肥及有效氮的流失。影響土壤中氮素淋失的因素很多，其中土壤滲漏液會帶走大量的溶解性氮。國外學者對土壤滲漏液進行分析得出無論使用何種形態(tài)的氮肥，無機氮流失的主要形態(tài)均為硝態(tài)氮＼[3＼]。

因為硝態(tài)氮不易被土壤顆粒所吸附，如果土壤中沒有水分的運動，硝酸鹽的遷移會變得比較緩慢＼[4＼]。Pratt提出，灌溉的農(nóng)田計算硝酸鹽的淋失量，應遵循以下原則：經(jīng)過反硝化作用產(chǎn)生的氮=施入土壤中的總氮量-植物吸收利用的氮-土壤中殘留的氮；水流移動速度要與根系下硝酸鹽移動速度相同；土壤中有機態(tài)氮的含量基本一致，即基本未被礦化。

3.3氮素的徑流損失

降雨會造成土壤侵蝕，而土壤侵蝕（包括風蝕和水蝕）會造成表層土壤的大面積破壞。尤其水蝕致使表層土壤中的氮隨地表徑流大量流失。水蝕是引起氮肥損失的重要途徑之一，同時它還會導致土壤的肥力下降，使土壤養(yǎng)分狀況變壞以及污染地表水。

當土壤遭到雨水沖刷，土壤的全氮會顯著下降＼[5＼]。降雨形成的地表徑流帶走了土壤中的大量氮素。降雨形成的地表徑流引起的硝態(tài)氮損失量相當高。在種植谷類和豆類的農(nóng)田中硝態(tài)氮損失較多。經(jīng)常遭受地表徑流沖刷的土壤中一般不存在大量的游離態(tài)氮，只有在施肥處理后，游離態(tài)氮顯著增加。游離態(tài)氮的流失主要取決于雨水對地表的沖刷。

4農(nóng)田土壤氮素流失的影響因素

（1）氮肥施用量。氮肥的施用促使土壤中NH3和NO2的逸出量增加。銨態(tài)氮肥施入土壤后，會發(fā)生NH3的氣態(tài)損失。研究顯示在美國的砂壤土表面施用尿素作為氮肥，銨態(tài)氮損失為施氮量的20.6～29.3%＼[6＼]。高水平施氮會導致短時間內(nèi)土壤溶液中氮濃度急速上升，此時發(fā)生降雨將導致氮素流失嚴重。

氮肥的施用量過高，不僅氮素流失量急劇增加，還會使硝態(tài)氮在土壤中大量累積，使植物發(fā)生硝酸鹽中毒現(xiàn)象。

（2） 氮肥種類。Schwartzbeck發(fā)現(xiàn)，不同形態(tài)氮肥施用后氮的氣態(tài)損失差別較大，據(jù)試驗，銨態(tài)氮肥施用后前10d，氨便從農(nóng)田土壤中強烈揮發(fā)出來，經(jīng)2～3周后幾乎完全終止＼[7＼]。使用銨態(tài)氮肥比硝態(tài)氮肥氮的損失小。其中，主要是分子態(tài)N2的損失，其次是N2O的損失。

（3）植被覆蓋度。植被通過對雨水的截留作用，減少雨滴沖刷地表，降低其初始動能，保肥保土。有研究表明，隨植被覆蓋度增加，土壤全氮流失減小，但植被覆蓋度并不能減少土壤礦質(zhì)氮的流失。

（4）降雨強度。降雨強度增加，對地表沖刷強度增大，造成土壤的嚴重侵蝕，從而帶走更多氮素。而滲漏液在一定坡度范圍內(nèi)反而相應增加，增加了滲漏液中氮素的流失。因次，要防范此時氮的滲漏流失。

（5）植被格局。不同植被格局對雨水的截留和攔截顯現(xiàn)出不同的效果，坡下格局可明顯減少氮素的流失，坡上格局作用十分有限，而坡中格局僅僅起到減緩徑流的作用，對減少氮素損失意義不大。

（6）施肥降雨間隔。由于氮肥施入土壤要經(jīng)過復雜的變化才能轉(zhuǎn)化為植物可利用的氮，此時要是發(fā)生降雨，不僅會直接對氮肥造成沖刷，還會直接帶走施肥前期土壤溶液中累積的可溶性氮。研究表明，氮素損失量隨施肥降雨間隔增加逐漸降低。

（7）土壤性質(zhì)。不同的土壤理化性質(zhì)，如pH值、有機質(zhì)含量、通氣性和土壤質(zhì)地等，對農(nóng)田土壤氮素流失的影響也很大。土壤質(zhì)地的不同顯著影響土壤的保肥和保水性，也對氮素淋失產(chǎn)生很大影響。砂土中氮的氣態(tài)損失比較大，在輕質(zhì)土壤中施用尿素氮素流失較大。被Na、K飽和的土壤，保氮能力下降，氮素的損失顯著增加，土壤中陽離子的代換量大，能顯著減少氮的揮發(fā)損失＼[8＼]。由此可見，不同質(zhì)地的土壤對土壤中氮素流失的影響差異較大。

（8）其他因素。土壤含水率、溫度等其他因素也會對農(nóng)田氮素流失產(chǎn)生影響，有待進一步研究。

5防治氮素流失的措施

（1） 改進施肥方式。一般來說，肥料效應隨著作物種類、土壤的質(zhì)地和氣候條件的不同而產(chǎn)生很大差異。大量大田試驗表明，深施和混施比氮肥表施農(nóng)田氮素的氨揮發(fā)和反硝化損失明顯減少。在等氮量施肥條件下作物的產(chǎn)量增加明顯，也就是說同時提高了氮肥利用率。當然，氮肥深施也需要控制在一定深度，過深并不利于作物吸收利用氮素。此外，砂壤土的滲漏性較強，施用氮肥過深就會增加氮的淋溶損失。根據(jù)不同生長階段作物對氮量的不同需求量，分批次施用氮肥，尤其是在作物生長旺盛的時期實行追肥，不但能提高氮肥的吸收利用率，還能有效減少農(nóng)田氮素的淋溶損失。

（2）合理安排施肥量。大量的研究表明，施氮量與氮肥利用率存在著顯著負相關(guān)，氮肥施用量過高不一定會增加作物的產(chǎn)量，反而可能浪費肥料，還易造成氮素在土壤中的累積，進而為氮素的損失提供了良好的條件。為了減輕農(nóng)田土壤氮素流失對周圍環(huán)境的影響，增加作物產(chǎn)量，提高氮肥利用率，建議采用最佳管理措施（BMPs）獲得的最佳施肥量調(diào)控氮肥使用量，從而獲得最大的經(jīng)濟效益。

（3）使用有機—無機肥配施。有研究表明，適量的有機肥投入可以在一定程度上減少氮素的流失，雖然有機肥在減少氮素流失的作用機理方面的研究還不成熟，但有機—無機肥配施可以保證作物生長的氮素需求，還能減少氮流失。

（4）適當?shù)厥┯镁忈尫省⑸镆种苿?。控釋肥料是指一類通過調(diào)節(jié)機制達到調(diào)控肥料養(yǎng)分供應速度的肥料。根據(jù)不同作物的生長特點及土壤性質(zhì)合理選擇控釋/緩釋肥，不僅可以滿足作物生長的養(yǎng)分需求，大幅提高肥料的肥效，同時還能降低因長期大量施用常規(guī)氮肥所引起的氮素損失。

氮肥施入土壤后，需要轉(zhuǎn)化為作物能直接利用的形態(tài)才能產(chǎn)生效果。土壤中各形態(tài)氮素的轉(zhuǎn)化受多種環(huán)境和生物因素的影響，因此可以通過添加生物抑制劑來調(diào)控氮素的轉(zhuǎn)化，達到提高作物的產(chǎn)量和氮肥的利用效率的目的。

（5）安排合適的植被格局。采用坡下和坡中格局，對減緩氮素流失有重要意義。

（6）合理安排施肥時間。根據(jù)天氣預報，確定合理的施肥時間，避免雨前施肥導致氮素大量流失。

（7）采用生物籬攔截。

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