稻田氮素損失途徑及影響因素研究進展

摘要? 為了滿足我國不斷增長的糧食需求量，未來一段時間內(nèi)稻田氮肥消耗量仍會持續(xù)增加，但現(xiàn)階段我國氮肥回收利用率僅為30%左右，針對我國稻田氮素損失量大的現(xiàn)狀，概述了稻田氮素三大損失途徑，即氨揮發(fā)損失、硝化反硝化損失和氮素淋溶、徑流損失的現(xiàn)狀及其環(huán)境效應(yīng)，分析了農(nóng)作措施、降雨、土壤類型及水稻基因型對稻田氮素損失的影響，結(jié)合近年來國內(nèi)外學者的研究結(jié)果，提出了當前減少稻田氮素損失的對策，并對今后減少稻田氮素損失措施的研究提出展望。

關(guān)鍵詞? 稻田；氮素損失；環(huán)境效益；對策

中圖分類號? S19? 文獻標識碼? A? 文章編號? 0517-6611（2024）01-0007-07

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.01.002

開放科學（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

Research Progress on Nitrogen Loss and Influencing Factors in Paddy Field

WANG Lei

（Xingtai Hydrographic Survey and Research Center of Hebei Province，Xingtai， Hebei 054000）

Abstract? In order to meet the growing grain demand in China， the consumption of nitrogen fertilizer in paddy fields will continue to increase in the future， but the nitrogen fertilizer recovery rate in China is only about 30% at this stage. In view of the current situation of large nitrogen loss in paddy fields in China， this paper summarized the current situation and environmental effects of three major nitrogen loss pathways in paddy fields， namely， ammonia volatilization loss， nitrification and denitrification loss， nitrogen leaching and runoff loss， and analyzed the effects of agricultural measures， rainfall， soil types and rice genotypes on nitrogen loss in paddy fields. Based on the research results of domestic and foreign scholars in recent years， this paper proposed the current countermeasures to reduce nitrogen loss in paddy fields， and prospected the future research on measures to reduce nitrogen loss in paddy fields.

Key words? Paddy field;Nitrogen loss;Environmental effect;Countermeasures

作者簡介? 王磊（1983—），男，河北邢臺人，高級工程師，從事水文與水資源、水質(zhì)分析研究。

收稿日期? 2022-12-22；修回日期? 2023-02-13

氮素是作物生長發(fā)育所必需的營養(yǎng)元素，在作物產(chǎn)量和品質(zhì)形成中起著非常關(guān)鍵的作用。氮素肥料的使用是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一個非常重要的組成部分，是促進農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的根本要素。據(jù)聯(lián)合國世界糧農(nóng)組織統(tǒng)計，中國是世界上最大的氮肥消費國［1-2］，其中，全國氮肥用量的24.4%用于水稻生產(chǎn)［3］，為了滿足不斷增長的糧食需求量，稻田氮肥消耗量仍在持續(xù)增加，如今我國單季稻氮肥平均用量為180.00 kg/hm2，比世界單位面積用量高75.00%［4］，部分高產(chǎn)稻田的施用量甚至達到了270.00～300.00 kg/hm2，最高達到了350.00 kg/hm2，其中南方水稻氮肥平均用量為272.24 kg/hm2，比世界平均施氮水平（103.00 kg/hm2）高出164.30%，但氮肥回收利用率僅為30.00%左右；東北黑土區(qū)稻田氮肥損失率為30.00%～70.00%，化肥氮素只有22.20%～46.10%被水稻所利用［5］。大部分氮素通過各種途徑損失到環(huán)境中，由此，引發(fā)一系列如大氣溫室效應(yīng)、土壤和地下水污染、河流和湖泊水質(zhì)富營養(yǎng)化等環(huán)境問題，不僅破壞生物正常的生長條件，同時也危害人類的健康［6-8］。

水稻是我國最主要的糧食作物，隨著我國人口的不斷增長，對糧食的需求量日益增加，因此，研究稻田的氮素養(yǎng)分損失途徑及其影響因素是一項十分緊迫的任務(wù)，急需認清氮素損失的機理，兼顧環(huán)境效益和經(jīng)濟效益，采取相應(yīng)對策，減少氮素損失、降低其對環(huán)境的影響。該研究結(jié)合國內(nèi)外學者對稻田氮素損失的研究，總結(jié)了稻田尺度的氮素損失途徑，綜述了農(nóng)作措施、氣候因素、土壤類型和水稻基因型等方面對稻田氮素損失的影響及調(diào)控機理，并提出了相應(yīng)的應(yīng)對策略，以期為深入研究稻田氮素損失及其對環(huán)境產(chǎn)生的影響提供參考。

1? 稻田氮素損失途徑及環(huán)境效應(yīng)

1.1? 氨揮發(fā)損失及環(huán)境效應(yīng)

氨（NH3）是大氣中一種對大氣環(huán)境和地表生態(tài)系統(tǒng)有重大影響的堿性微量氣體［9-11］，化肥使用和畜牧養(yǎng)殖是大氣中最主要的2個NH3排放源，在歐洲80.0%～95.0%的NH3排放來自農(nóng)業(yè)［12］，我國是世界上農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展離不開氮肥的利用，而氨揮發(fā)是稻田中氮肥最主要的損失途徑［13-15］，我國NH3總排放量的53.3%來源于氮肥施用［9］，其中稻田施用氮肥后，9.0%～40.0%的氮素以NH3形式損失［16］。因此，稻田是氨氣的一個大排放源，稻田尺度上氨氣的揮發(fā)應(yīng)引起足夠重視。

一般情況下，稻田施用氮肥后短時間內(nèi)是NH3揮發(fā)的高峰期，并且NH3揮發(fā)量與施氮量呈正相關(guān)性［17］。稻田氨揮發(fā)受到多種因素的影響，主要包括氣候條件（光照、濕度、降雨量）、土壤理化性質(zhì)、農(nóng)作措施等，并且年際間的氨揮發(fā)量存在明顯差異［18］。從稻田中揮發(fā)出的氨氣滯留在大氣中可破壞大氣層，一部分氨氣可在大氣中與酸性物質(zhì)反應(yīng)生成NH4HSO4和（NH4）2SO4，再經(jīng)由干、濕沉降又進入陸地生態(tài)系統(tǒng)，如農(nóng)田、森林、草原、江河湖泊等，導致水體富營養(yǎng)化和土壤酸化，同時積累在大氣中的氨還可被氧化成N2O和NO，引起空氣質(zhì)量惡化，造成嚴重的環(huán)境污染。

1.2? 硝化-反硝化損失及環(huán)境效應(yīng)

硝化-反硝化作用是稻田氮素養(yǎng)分損失的途徑之一，稻田中大量氮素經(jīng)由土壤硝化與反硝化作用轉(zhuǎn)化成N2O、N2自土壤中逸出，不僅造成大量氮素養(yǎng)分的損失，產(chǎn)生的N2O進入大氣后還會加速平流層臭氧的光解，從而破壞大氣環(huán)境。影響土壤硝化與反硝化過程的主要因素包括活性氮的可利用性、還原物質(zhì)（大多為活性有機碳組分）的可利用性及氧氣濃度等，這些因素隨其他環(huán)境因素（如水分、pH、孔隙度等）的改變發(fā)生一定的變化［19］。

稻田土壤硝化和反硝化產(chǎn)生的氧化亞氮（N2O）是僅次于二氧化碳（CO2）和甲烷（CH4）外最主要的人為溫室氣體，其100 a尺度上的全球增溫潛勢是CO2的298倍［20］，從長遠來看N2O具有很強的增溫效應(yīng)。全球約70%的N2O源自土壤硝化和反硝化過程［21-22］，一般認為稻田土壤是全球N2O的重要排放源［23-34］，這都源于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中氮肥的大量投入，據(jù)估計，化肥氮消耗產(chǎn)生的N2O占N2O排放總量的74%［25］，稻田排放的N2O占中國農(nóng)田氣體總排放的7%～11%［26］。因此，明確各類因素對稻田生態(tài)系統(tǒng)N2O排放的影響及其機制，對于減少氮素養(yǎng)分損失及減輕N2O排放造成的溫室效應(yīng)有很重要的意義。

1.3? 淋溶、徑流損失與環(huán)境效應(yīng)

稻田氮素淋失與徑流損失是氮素損失的重要途徑之一。栽種水稻的過程中，灌溉和排水都是不可避免的，往往由于排水、降雨形成的地表徑流中攜帶有大量的氮素，地表徑流引起的氮素損失分為2種，即土壤全氮的損失和土壤可溶性氮的損失，這些氮素隨稻田徑流進入地表天然水體中會引起嚴重的水體污染，以太湖地區(qū)為例，太湖流域正常降雨條件下農(nóng)田氮的年總排放量為3.37×104 t，當太湖流域氮素流失率為11.0%時，每年進入水環(huán)境的氮素量為5.31×104 t，當流失率為20.0%時，每年進入水環(huán)境的氮素量為9.65×104 t［27］，太湖稻麥輪作區(qū)稻季通過農(nóng)田向水體排放的總氮占施氮量的11.4%左右，使得當?shù)?0.0%的河道受到污染，80.0%的河流水質(zhì)達不到國家規(guī)定的地面三類水標準［28］，因此，稻田氮素養(yǎng)分隨徑流損失造成環(huán)境污染的問題不容忽視。

稻田土壤氮素淋失是指土壤中氮素隨水垂直向下遷移至植物根系活動層以下而造成的損失［29］，全球農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中人工施入的氮素有19%以硝態(tài)氮（NO3--N）的形態(tài)淋失，政府間氣候變化委員會（IPCC）認為這一比例高達30%［30］。就我國開展的水稻氮素淋失研究發(fā)現(xiàn)，大多水稻土每年氮淋失在0.50～25.00 kg/hm2，占施氮量的4.00%～8.00%，且淋失主要發(fā)生在水稻生長的早期［31-33］，淋失液中NO3--N的含量最高，其淋失量占到了總氮淋失量的74.14%～79.44%［34-36］，NO3--N進入水體會造成嚴重的地下水污染問題，這是導致地下水硝酸鹽污染的重要原因，有學者對“江浙滬”16個縣76個飲用水井水質(zhì)的調(diào)查表明，NO3--N超標率達38.20%，而飲用水中硝酸鹽濃度超過10.00 mg/L就會給人和牲畜帶來嚴重危害［37-38］，損失的氮素不僅會對環(huán)境造成污染，還可能危害人體健康。因此，今后對這一方向研究應(yīng)予以重視。

2? 稻田氮素損失的影響因素

2.1? 農(nóng)作措施對稻田氮素損失的影響

2.1.1? 耕作方式對稻田氮素損失的影響。

土壤的耕作在農(nóng)業(yè)發(fā)展史上有著十分重要的地位［39］，適宜的耕作方式不僅可以減少水土流失、提高土壤肥力，而且能夠改善稻田生態(tài)環(huán)境、促進農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展［40-41］。相關(guān)學者針對不用耕作方式對稻田氮素損失的影響進行了研究，我國水稻栽培種一般采用免耕、翻耕、旋耕的耕作方式，朱利群等［42］將免耕、旋耕與翻耕下的稻田氮素損失效應(yīng)進行了對比，研究結(jié)果表明，免耕條件下稻田徑流水中氮素養(yǎng)分的濃度最高，翻耕與旋耕均具有一定的減排作用，并且翻耕的減排效果更明顯，這是因為翻耕有利于土壤的固肥作用，且使土壤微生物環(huán)境更有利于硝化作用的發(fā)生，進而使土壤吸收更多的氮素，只有部分不易被土壤吸附的NO3--N從田面徑流中流失。Zhang等［43］研究表明，免耕較翻耕與旋耕會增加稻田N2O的排放，稻田氮素養(yǎng)分損失量大；雖然大量研究表明免耕增大了稻田氮素損失的風險，但有研究認為，秸稈還田條件下，相比于翻耕和旋耕，免耕能夠有效減少稻田氮素以N2O形式損失［44］，這可能是由于免耕條件下使土壤飽和導水率增加，從而加劇了氮素以NH4+和NO3-的形態(tài)淋失，使硝化與反硝化反應(yīng)的底物減少，最終減少了以N2O氣態(tài)形式損失的氮素量。因此，秸稈還田下不同耕作方式對稻田氮素損失的影響差異需要進一步研究。

2.1.2? 灌溉方式對稻田氮素損失的影響。

水稻生育期的大部分時間，稻田田面一般都會有一定深度的水層，以利于水稻生長，由于水資源緊缺，為了節(jié)約稻田灌溉用水，提高水資源利用效率，多種灌溉節(jié)水技術(shù)（如控制灌溉、淺濕灌溉等）在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。一般認為，水田比旱地氮素損失量大，就是因為大量氮素隨灌溉水滲漏淋失，姜萍等［45］的研究表明，相對于常規(guī)淹水灌溉，節(jié)水灌溉的總氮（TN）徑流流失負荷減少了38.24%～52.01%、TN滲漏流失負荷減少了15.88%～42.06%。石敏等［46］在黑土區(qū)稻田的研究表明，在相同施氮量下，控制灌溉、淺濕灌溉較常規(guī)灌溉可以有效減少氮素淋失量。尹海峰等［47］研究發(fā)現(xiàn)，采用控制灌溉會顯著提高稻田滲漏水中NO3--N濃度，但稻田滲漏水總量較少，總體來說減少了稻田氮素以NO3--N形態(tài)的損失量，證明控制灌溉可以有效減少稻田的氮素淋失。

研究表明，非淹灌條件下水稻生育期內(nèi)稻田N2O排放顯著增多［48-49］，淹灌下稻田土壤不會長期處于干濕交替的狀態(tài)，減弱了土壤硝化和反硝化作用，從而減少了氮素以氣態(tài)形式損失［50-51］。王孟雪等［52］研究了不同節(jié)水灌溉對稻田N2O排放的影響，發(fā)現(xiàn)并非所有非淹灌條件下稻田N2O排放均顯著增多，控制灌溉模式和濕潤灌溉模式均具有減少稻田氮素損失的作用，且減少的幅度因水分管理方式的不同而有所差別，而間歇灌溉模式下會顯著提高稻田N2O排放，增加稻田氮素損失。

隨著水資源的日益短缺，污水資源化的問題受到許多學者的關(guān)注，已有研究表明，將生活污水處理后用于農(nóng)田灌溉，既可以節(jié)約水資源，又可以達到養(yǎng)分回用的目的。徐珊珊等［53］利用原狀土柱模擬試驗，研究了生活污水灌溉對麥秸還田稻田田面水銨態(tài)氮濃度、稻田氨揮發(fā)損失的影響。研究結(jié)果表明，田面水NH4+-N濃度與氨揮發(fā)通量呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，同時麥秸還田增加了田面水NH4+-N濃度，而污水灌溉則顯著降低了NH4+-N濃度，這與馬資厚等［54］的研究結(jié)果一致，采用污水灌溉可以降低稻田氮素徑流流失風險，并且顯著減低了整個稻季累積氨揮發(fā)量，從而減少了稻田氮素的損失。

2.1.3? 氮肥管理對稻田氮素損失的影響。

施用氮肥是保證水稻產(chǎn)量的關(guān)鍵，這導致稻田有較高的氮素損失風險。就化肥種類來說，尿素是我國最常用的一種肥料，施用尿素較施用無水氨、銨態(tài)氮肥、硝酸鈣、硝酸銨等肥料，稻田氮素氣態(tài)損失量較少［55-56］。在此基礎(chǔ)上，敖玉琴等［57］以普通尿素和氯化銨為對照，研究了脲胺氮肥對太湖地區(qū)稻田氨揮發(fā)的影響，研究結(jié)果表明，不同品種的氮肥氨揮發(fā)損失差異明顯，且相較于尿素與氯化銨，脲胺在整個稻季中氨揮發(fā)量最低，證明施用脲胺有利于減少氮素以氨揮發(fā)的形式損失。近年來，緩控釋肥的使用越來越引起人們關(guān)注，在華南稻田的研究中發(fā)現(xiàn)，在施氮量150 kg/hm2條件下，施用不同類型氮肥稻田土壤N2O季節(jié)排放總量表現(xiàn)為：控釋肥＞尿素＞緩釋肥［54］，表明使用緩釋肥料可以減少氮素的損失。

為了追求產(chǎn)量，我國平均施氮量遠高于規(guī)定施氮量，大量氮素沒有被作物所吸收，以不同形式進入環(huán)境中，給生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定造成了很大的壓力。其中氨揮發(fā)損失的氮素占總施氮量的一半以上，氨揮發(fā)量與施氮量密切相關(guān)，因此應(yīng)注意科學施氮，拒絕過量施肥。王淳等［58］對雙季稻連作下施氮量對氮素氨揮發(fā)損失的影響研究表明，在一定的施氮范圍內(nèi)，同一個生育階段，隨著施氮量的增加氮素的氨揮發(fā)損失量是呈遞增趨勢的，且整個生育期內(nèi)氨揮發(fā)損失量、損失率與施氮量呈線性增長關(guān)系，鄧美華等［59］的研究表明，不同施肥量處理氨揮發(fā)損失積累量是施氮量的26.4%～57.3%。這與對巢湖稻麥輪作下稻田氨揮發(fā)的研究結(jié)果一致，且當水稻施氮量超過一個閾值時，氨揮發(fā)總量將躍增，因此，為了減少稻田氮素損失，應(yīng)注重減少施氮量、科學施氮。

施肥方式是影響稻田氮素損失的重要因素之一，特別是化肥減施、有機肥與無機肥配施對稻田氮素損失的影響引起了許多學者的關(guān)注。吳俊等［60］研究了不同減量施肥條件下稻田氮素徑流損失情況，研究表明減量化肥處理年度累計流失負荷較對照處理下降了6%～53%，減施化肥能夠明顯降低氮素的流失負荷，但對水稻產(chǎn)量有一定影響。有研究表明［61］，無機有機肥料配施能加速水稻分蘗，促進水稻的生長。葉靜等［62］在杭嘉湖地區(qū)研究了有機無機肥配施下稻田氮素的損失情況，該研究證明無機肥配施一定量的有機肥可以滿足水稻整個生育期對養(yǎng)分的需求，不僅能增產(chǎn)，還能減低化肥的用量。廖義善等［63］構(gòu)建了氮素損失模型并計算了不同有機肥配施化肥處理下稻田氮素損失量，評估了不同施肥方式的農(nóng)學利用率及其環(huán)境效益，得出了經(jīng)濟效益、環(huán)境效益俱佳的化肥配施有機肥的施用方案，可為稻田氮素損失綜合防控提供參考。

2.2? 降雨對稻田氮素損失的影響

稻田氮素損失與降雨關(guān)系密切，在降雨條件下，氮素極易通過徑流與淋溶損失，損失的氮素匯入河流、湖泊會引起水體富營養(yǎng)化，危害水體環(huán)境，因此，定量研究氮素的各種轉(zhuǎn)化和去向?qū)Ψ屈c源污染的防治尤為重要。閆建梅等［64］基于天然降雨情況研究了坡耕地在不同施肥和耕作模式下氮素流失規(guī)律，研究發(fā)現(xiàn)，施肥有助于減少氮素的徑流損失量，但并沒有對天然降雨下稻田氮素的運移及損失形態(tài)進行詳細研究，并且天然降雨條件下，降雨強度等條件很難調(diào)控，研究難度較大。因此，大多利用人工降雨模擬試驗來進行研究，近年來國內(nèi)外學者利用人工降雨模擬技術(shù)對氮素流失規(guī)律及氮素在土壤中的運移特性［65-67］進行了大量研究。杜國強等［68］利用室內(nèi)模擬降雨條件研究了施用不同肥料后，由降雨引發(fā)的氮素淋溶損失現(xiàn)象。研究表明，隨著降雨的發(fā)生，硝態(tài)氮隨水分入滲進入土壤內(nèi)部，但被土壤吸附的量較少，大量硝態(tài)氮隨降雨滲入土壤深處，甚至進入地下水體中，導致地下水體中硝酸鹽含量超標。針對過去對降雨條件下氮素損失形態(tài)研究較模糊的問題，卜洪龍等［69］研究了降雨條件下各形態(tài)氮素在地表徑流、壤中流及淋失中分配的問題，詳細研究了降雨對各形態(tài)氮素損失的影響。研究表明，不同雨強下橫向地表徑流總氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮流失比例均超過90%，遠大于相應(yīng)雨強下的壤中流與入滲流失的比例，證明橫向地表徑流是各形態(tài)氮素流失的主要途徑，研究同時還表明了當降雨強度由65 mm/h增大至120 mm/h時，地表徑流造成的氮素流失增加到2.42～2.67倍，淋失的氮素量增加到1.42～2.33倍，因此，降雨強度主要對氮素的地表徑流損失量影響較大。

2.3? 土壤類型與理化性質(zhì)對稻田氮素損失的影響

一方面，土壤類型的差異會顯著影響作物-土壤系統(tǒng)氮素表觀損失［70-71］。Sogbedji等［72］對砂壤土的研究表明，由于砂壤土土壤空隙較大，土壤黏粒含量低，土質(zhì)疏松，導水性較好，且土壤本身的全氮含量較高，因此土壤的固氮能力有限，氮素極易以氨揮發(fā)及硝態(tài)氮淋失的方式損失，即使在最佳的田間管理條件下也不例外，并且在相同農(nóng)作措施下，砂壤土的氮素表觀損失量顯著高于黏土。馮國忠等［73］對黑土和風砂土進行了對比研究，在相同施氮量下，作物收獲后黑土0～100 cm土層各形態(tài)氮素殘留量高于風沙土，隨著施氮量的增加，風沙土的氮素損失量顯著高于黑土；而質(zhì)地黏重的黏質(zhì)土，土壤黏粒和腐殖質(zhì)含量較高，對NH4+的吸附能力較強，可以有效降低土壤液相中NH4+的濃度，因此可以有效減少氮素以氨揮發(fā)的形式損失的量［74］。

另一方面，土壤理化性質(zhì)也間接影響著稻田氮素損失，其中，土壤pH是一個主要的影響因素，研究發(fā)現(xiàn)，肥料氮素以NH3形態(tài)揮發(fā)損失量與土壤pH呈正相關(guān)性［75］，并且土壤的硝化作用隨pH的增加而增強，從而增加稻田的氮素損失［76］，不同地區(qū)土壤pH具有差異性，北方及中部地區(qū)土壤pH高于南方土壤，并且土壤pH與當?shù)厮幒０纬守撓嚓P(guān)性。有研究表明，較高碳氮比的土壤氮素損失較少，這可能是因為較高的碳氮比可能有較高的C輸入，使土壤微生物量增加，更多的銨態(tài)氮被土壤固定，從而減少了氮素的損失［77］。

2.4? 水稻基因型對稻田氮素損失的影響

不同基因型水稻品種對氮素的吸收利用存在一定的差異［78］，固氮能力強的水稻可以吸收利用大量土壤及施入肥料中的氮素，提高產(chǎn)量的同時還能夠減少無用氮素的損失。因此，篩選培育高氮素利用率的基因型的水稻是減少稻田氮素損失、降低環(huán)境污染的有效途徑。陳明霞等［79］研究認為，不同基因型的水稻生育期內(nèi)氨揮發(fā)效率存在較大差異，且當環(huán)境中的氮濃度較高時，不同基因型水稻植株冠層的氨揮發(fā)效率差異更大，這與Schjoerring等［80］采用其他基因型進行研究的結(jié)果相同。戢林等［81］發(fā)現(xiàn)，施氮水平對氮高效利用基因型水稻氮素利用率影響顯著，這是因為氮高效基因型水稻較氮低效基因型水稻具有較大的根干重、根系體積、總吸收表面積和活躍吸收表面積，有助于水稻吸收固定氮素，減少氮素的損失，且氮高效型水稻植株內(nèi)氮含量高，硝酸還原酶活性也就相應(yīng)較高，有利于水稻體內(nèi)氮素的同化利用［82］。

3? 減少稻田氮素損失的對策

3.1? 加強新型肥料的研究與利用

我國大部分地區(qū)稻田施用的是傳統(tǒng)的氮肥，如尿素、碳氨等，這些肥料在土壤中留存時間極短，并且極易流失到環(huán)境中，引發(fā)環(huán)境問題，同時有養(yǎng)分供給與作物需求不一致的問題存在。因此，為了有效減少稻田氮素的損失、提高氮肥利用率，應(yīng)著重研發(fā)新型肥料。為了實現(xiàn)對肥料養(yǎng)分釋放的調(diào)控，各類緩控釋肥不斷涌現(xiàn)，由于緩控釋肥肥料養(yǎng)分釋放相對緩慢，有效降低了施肥前期土壤中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的含量，從而避免了大量氮素以N2O和氨氣的形態(tài)損失。紀洋等［83］研究認為，與施用普通尿素相比，施用控釋肥料能顯著降低稻田N2O排放，整個生育期內(nèi)N2O減排量超過40%。施用了控釋肥料的土壤反硝化損失的氮素量比施用尿素的處理低了13.83～14.41 mg/kg［84］。施用控釋肥料還可以在一定程度上減少氮素的徑流損失，紀雄輝等［85］對洞庭湖區(qū)雙季稻的研究表明，施用控釋氮肥后氮素徑流損失量比施用尿素的處理減少了24.5%；不僅如此，在不同土壤中施用控釋氮肥均起到了減少氮素損失作用，在不同降雨模式下有效推遲了不同類型土壤徑流硝態(tài)氮和銨態(tài)氮流失高峰的出現(xiàn)，顯著降低了降雨初期稻田土壤徑流硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的損失量；對施用控釋肥料后土壤淋溶液的檢測表明，淋溶液中NO3--N濃度最高為0.83 mg/kg，表明施用控釋肥料稻田氮素淋失的量較少［86］。眾多研究均證明施用控釋肥料可以在多途徑上減少稻田氮素的損失。

3.2? 改良或優(yōu)化現(xiàn)有施肥方式

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中傳統(tǒng)施肥方式是將肥料直接施于土壤表層，然而由于肥料與土壤接觸面小，土壤對肥料中氮素吸收固定量有限，從而使施肥后短時間內(nèi)土壤表層或水層NH4+濃度急劇升高，使得大量氮素以氨氣的形式揮發(fā)損失。針對這種情況，有學者提出氮肥深施的方法，研究表明，在同一施肥量下，氮肥深施氨揮發(fā)量遠小于氮肥表施的揮發(fā)量，且表施氮肥的氨揮發(fā)量約是深施氮肥的1.96倍［87］；研究了不同施肥深度對氮素損失的影響后發(fā)現(xiàn)，施肥深度為5.0 cm時，氮素氨揮發(fā)損失顯著降低，當施肥深度大于7.5 cm時，氨揮發(fā)損失量極微［88-89］。徐萬里等［90］的研究表明，當施肥深度為10和20 cm時氨揮發(fā)累積量遠小于肥料表施；但是氮肥深施會引起深層土壤中硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量過高，這些形態(tài)的氮素有可能通過淋溶進入地下水體中引發(fā)環(huán)境問題，這一方面的風險有待研究評估。

過量施用氮肥導致大量氮素損失到了環(huán)境中，從而產(chǎn)生一系列環(huán)境問題，因此，在不影響水稻生產(chǎn)條件下，減少氮肥使用量，降低氮素的損失及對生態(tài)環(huán)境的影響，是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要。研究表明，適量減施氮肥可以有效減少氮素的損失，但減少了氮素的供給可能會對水稻的產(chǎn)量等造成微小影響［91］。水稻秸稈是一類極其豐富的可再生有機資源，但這類資源浪費問題日益凸顯，水稻秸稈還田能為土壤提供豐富的氮、磷及有機碳，與氮肥減量配施可彌補減施氮肥造成的氮素供給不足的問題。太湖流域稻田長期檢測試驗表明，減少10%氮肥施用量配合秸稈還田，可以在保證水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的基礎(chǔ)上，顯著減少稻田地表徑流氮素損失量，在增加水稻生產(chǎn)效益的同時，還提高了稻作的生態(tài)效益［92］；秸稈還田還會改變土壤的C/N，從而影響硝化反硝化細菌對土壤氮素的利用，進一步影響土壤硝化反硝化作用［93］，這一機理需要進一步研究。作物秸稈是有機肥的一類，有研究證明，無機有機肥配施可以提高有機氮比例，使土壤固氮能力提高，從而減少氮素損失［94］，邵興芳等［95］的研究得出了相同的結(jié)果，有機無機肥配施還可提高耕作后土壤的肥力；在施氮量相同的情況下，施用有機肥還可以減少稻田水和滲漏水的氮素濃度，減少氮素的損失［96］。

3.3? 開發(fā)利用新型土壤增氧灌溉方式

稻田傳統(tǒng)灌溉方式大多采用淹灌，這會導致稻田土壤長期缺氧，低氧脅迫下土壤微生物利用NO3-代替氧氣作為電子受體，在一系列反硝化酶的作用下產(chǎn)生大量N2O和NO，造成大量氮素損失［97］，可見稻田氧環(huán)境對于促進水稻生長和減少氮素損失有著重要意義。目前，國內(nèi)外學者開發(fā)研究了許多新的灌溉方式，如：稻田干濕交替灌溉、廂溝灌溉、畦溝灌溉等，這些灌溉方式可以增加土壤的通氣性，有效改善土壤的氧環(huán)境，但是由于許多因素的限制，這些灌溉方式很難大面積推廣應(yīng)用。許多研究表明，施用“氧肥”（過氧化鈣、過氧化尿素）或采用微納氣泡水增氧灌溉方式可以有效改善水稻根際氧環(huán)境，減少氮素的損失［98-99］。胡繼杰等［100］研究了施用過氧化鈣、微納氣泡水增氧灌溉和表土濕潤灌溉3種增氧方式對水稻氮素利用率及產(chǎn)量的影響，研究表明，施用過氧化鈣和微納氣泡水增氧灌溉均提高了稻田土壤的氧化還原電位，不僅降低了稻田土壤氮素的反硝化損失，而且提高了水稻產(chǎn)量。

3.4? 利用新型環(huán)境功能材料

生物炭作為一類新型環(huán)境功能材料，是作物秸稈等有機物及其衍生物在完全或部分缺氧的條件下，在高溫下經(jīng)過一系列反應(yīng)生成的固態(tài)物質(zhì)［101］，廣泛應(yīng)用于溫室氣體減排和土壤改良等方面，為解決農(nóng)田氮素流失和土壤功能退化提供了新的思路［102］。研究表明，添加生物炭條件下，田面水中NH4+-N和NO3--N及TN含量在水稻整個生育期內(nèi)呈下降趨勢［103］，且施用生物炭可以減緩?fù)寥浪值囊苿?，進而減少水分攜帶硝態(tài)氮等的淋失［104］，添加生物炭的土壤氧環(huán)境得到了改善，有效減少了稻田氨揮發(fā)量［105］；有學者研究表明，施加生物炭可以抑制反硝化作用，從而減少N2O的排放［106］，楊士紅等［107］的研究結(jié)果同樣證實了這一觀點，因此，生物炭的使用可以在多方面控制稻田氮素的損失，但生物炭對外源氮素的影響和相應(yīng)機制有待進一步研究。

3.5? 生化調(diào)節(jié)劑的使用

眾多研究表明，硝化抑制劑能夠有效抑制土壤中硝化細菌的活性，能夠有效減少氮素以硝酸鹽形式及N2與N2O等形式損失［108］，常見的硝化抑制劑有DMPP（3，4-dimethvlpvrazole phosphate）、DCD（Dicvandiamide）等，其中國內(nèi)外對安全、無毒、較廉價的DMPP使用研究較多，它對減少稻田氮素損失作用十分顯著，據(jù)統(tǒng)計，DMPP對硝化作用的抑制率可達56%［109］，當與氮肥配施時可顯著抑制土壤中硝化反應(yīng)，從而降低氮素以NO3--N形式損失［110］，但是施用DMPP減少氮素損失主要體現(xiàn)在減少NO3--N淋失及徑流流失兩方面，對于氮素的氨揮發(fā)損失沒有顯著作用［111］。

我國大部分地區(qū)主要施用的氮肥以尿素為主，尿素施入土壤后在脲酶的作用下分解為NH4+，脲酶抑制劑能夠減緩該過程的發(fā)生，降低土壤中NH4+的濃度，從而減少N2O的排放。目前，正丁基硫代磷酰三胺（NBPT）被認為是目前最有效的脲酶抑制劑之一，施用NBPT后可推遲NH3揮發(fā)峰出現(xiàn)時間，峰值強度降低62.8%～74.5%，可降低氨揮發(fā)8%～15%，是世界范圍內(nèi)最廣泛且唯一商業(yè)化的脲酶抑制劑［112-115］。李君等［116］對比了幾種脲酶抑制劑對尿素水解的抑制，研究結(jié)果證實NBPT對尿素水解的抑制效果最優(yōu)。

楊柳青等［117］以華北平原石灰性潮土作為研究對象，對比了幾種硝化抑制劑和脲酶抑制劑（NBPT為主）對N2O排放的影響，發(fā)現(xiàn)在試驗區(qū)硝化抑制劑對N2O的減排效果優(yōu)于供試脲酶抑制劑，且脲酶抑制劑的作用時間較短，有研究表明，脲酶抑制劑在延緩尿素水解的同時，還可能會促進硝化反硝化的氮素損失［118］。綜上，硝化抑制劑對減少氮素損失的效果要優(yōu)于脲酶抑制劑。

4? 結(jié)語

綜上所述，稻田氮素主要通過氨揮發(fā)、淋溶及徑流等方式損失，損失到環(huán)境中的氮素會引發(fā)各類環(huán)境問題，減少稻田氮素損失的方法多樣，筆者認為，減少稻田氮素養(yǎng)分的損失主要應(yīng)遵循“源頭控制的原則”，根據(jù)不同氣候、土壤和耕作方式，確定相應(yīng)的施氮量，拒絕以往過量施肥帶來的大量氮素損失，這一過程還需要政府配合制定相應(yīng)的政策法規(guī)，做好宣傳工作，糾正以往的錯誤觀念，提高人們的環(huán)保意識。解決過量施氮問題后，為了進一步減少稻田氮素的損失，還應(yīng)在以下幾個方面加強研究：一是不同類型的氮肥在不同地區(qū)土壤中提供NO3-和NH4+具有一定的時空差異，稻田氮素的損失也具有一定差異，應(yīng)進一步探究不同區(qū)域施用各類氮肥對稻田氮素損失的影響，因地制宜選擇適合當?shù)厣a(chǎn)的低氮素損失的氮肥種類；二是各類硝化抑制劑和脲酶抑制劑的使用還沒有被大多數(shù)人所接受，主要因為花費高昂并且使用后對環(huán)境及作物具體影響尚未明確，因此，應(yīng)進一步研發(fā)無毒、價格低廉且使用方便的生化抑制劑，并進一步根據(jù)農(nóng)作物生長狀況、氣候條件、土壤類型來劃分使用各類生化抑制劑，評估使用生化抑制劑后可能對環(huán)境造成的危害，以期達到最佳的減少氮素排放的效果；三是還應(yīng)進一步研發(fā)各類新型肥料?，F(xiàn)階段，對各類緩釋肥料及各類環(huán)境友好型控釋肥料研究較多，但還是避免不了價格昂貴的問題，應(yīng)注重研發(fā)簡單、成本低、效果好的各類新型肥料；四是以往對稻田氮素損失的研究大多需要長期的試驗觀察與指標測定，往往無法完全考慮到各類因素對氮素損失的影響，因此，利用模型研究氮素損失的方法越來越被認可，未來應(yīng)加強對于氮素損失預(yù)測模型的研究，對氮素動力學過程進行定量分析，針對不同作物、土壤、氣候等因素，遴選出最優(yōu)的農(nóng)作措施，并預(yù)測氮素的損失量及對環(huán)境的影響。

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