不同灌溉施肥方式下土壤氮素運移研究綜述

鄭 霞，馬娟娟，孫西歡，李京玲，郭向紅

（太原理工大學水利科學與工程學院，山西 太原 030024）

1 引言

水是生命之源，是維持生態系統功能和支撐地球社會經濟系統發展不可替代的資源[1，2]。2011年中央1號文件將加快發展水利事業作為重中之重。加快水利改革發展，不僅事關農業農村發展，而且事關經濟社會發展全局。隨著經濟社會的發展，水資源短缺的矛盾日益突出，更加制約了我國農業的發展。大力發展節水灌溉已成為解決我國農業缺水的根本出路。

水分和養分是作物生長必需的兩大要素,適宜的水分條件和合理的養分供應是作物高產優質的基本保證。氮素是作物生長必需的大量營養元素之一，充足的氮是細胞分裂的必要條件，氮素供應的充足與否直接關系到器官分化及形成[3]。因此，適時適量地施用氮肥是作物穩產和增產的重要保證。我國是世界上氮肥使用量最多的國家之一，氮肥也成為我國農業生產中不可或缺的當家肥。

目前由于缺乏科學合理的灌溉施肥技術，大水漫灌下盲目施肥使得氮肥大量損失，氮肥利用率較低，對環境造成嚴重的污染問題。農業灌溉中不適當的耕作和灌溉方式，如大水漫灌、串灌等，使土地中耕作層土壤肥力變衰、土地貧瘠、水體富營養化。不適當的灌溉方式還加重了土地的次生鹽漬化。下文將對目前國內不同灌溉施肥方式下土壤氮素運移作一分析，為在節水灌溉條件下制定合理的灌施措施進一步研究提供依據。

2 滴灌施肥

2.1 滴灌技術特點

滴灌是目前廣泛使用的一種節水灌溉技術，該技術是將養分溶于水中，通過微灌系統措施輸送到植物根部區域，供植物吸收利用的先進施肥技術。滴灌施肥是解決旱區農業水肥資源供給不足、利用效率低下、水肥不協調等問題的有效措施之一[4]。與傳統灌溉方法相比，滴灌可有效控制灌水的數量和頻率，大大提高了水分利用效率[5]，同時能將肥料直接施于作物根區，保證根區養分供應，有效減少氮素淋失，顯著提高肥料利用率[6]。

2.2 滴灌灌施下土壤氮素運移研究現狀

Israeli等[7]將尿素、硝酸銨和硝酸鉀三種不同的肥料應用在土壤質地為黏壤土的香蕉園后研究發現，肥料隨水滴施進入土壤后硝態氮含量隨土壤深度和距滴頭距離的增加呈逐漸降低的趨勢。王虎等[8]通過在大田進行水肥滴灌試驗指出，同一灌水施肥量下，滴頭流量較小時，銨態氮在滴頭處先吸附累積后擴散，隨距滴頭距離的增大濃度逐漸降低；滴頭流量較大時，銨態氮在表層隨距滴頭距離的增大濃度逐漸升高。滴頭流量的合理確定不僅能增加養分的水平運送距離，還能在一定程度上減少資金投入。侯振安等[9]研究了不同滴灌施肥方式下土壤水、鹽、氮和棉花根系的分布，通過比較四種不同的滴灌施肥方式指出，滴灌條件下,氮肥在一次灌溉過程的前期施用有利于提高氮肥利用率，減少氮素的淋洗損失。

滴灌施肥技術在國外已有30余年的歷史，在果樹、蔬菜及大田作物上都得到了廣泛的應用。研究表明，滴灌施肥技術的突出效果表現在增產增質、節省肥料、保護環境三個方面。目前將滴灌與覆膜技術結合起來的膜下滴灌技術（膜孔灌溉）對我國干旱缺水區，特別是鹽堿地農業的開發利用起到積極的作用。由于滴灌施肥技術還需要配套的自動化設備與資金的投入，因此更適宜在經濟價值較高的作物上使用。

3 波涌灌溉施肥

3.1 波涌灌溉技術特點

波涌灌溉也稱間歇灌溉，它是按一定時間間隔周期性地將水引入到溝（畦）中的一種節水型地面灌溉技術[10]。與傳統的連續灌溉相比，波涌灌溉使得田間土壤經歷著吸濕與脫濕的反復交替過程，致使土壤表層形成致密層、土壤入滲能力減小。因此，灌水量相同時，波涌灌溉較連續灌溉能夠推進更長的距離。

波涌灌溉具有減少氮肥深層滲漏、提高灌水效率、改善灌水均勻度等優點，比較適宜我國旱作農田地面灌溉。結合波涌灌溉這種節水灌溉技術進行施肥，有利于減少硝態氮的淋失，對提高氮肥利用率、預防潛在的環境污染具有重要意義。

3.2 波涌灌施下土壤氮素運移研究

吳軍虎等[11]利用一維垂直入滲裝置在室內進行了土壤間歇與連續入滲試驗。研究表明，在灌施條件下淺層土壤中更利于硝態氮的保存；相同時間下，間歇入滲硝態氮鋒面推進距離較連續入滲要淺，且淺層土壤中硝態氮含量較高，深層土壤中含量較低。灌施間歇入滲有利于將硝態氮保持在耕作土壤中，有效減少氮素損失，提高了氮肥利用率。同時利用一維垂直間歇入滲裝置對不同周期供水時間條件下肥液間歇入滲的水氮運移特性進行了試驗研究。研究表明，不同周期供水時間下，肥液間歇入滲濕潤鋒推進速度較慢，能有效減少肥液的深層滲漏，易于硝態氮保存在淺層土壤中，銨態氮則在表層土壤中集中分布且不受周期供水時間的影響。

波涌灌溉技術不需要投入特定的設備，只是將連續灌溉變為間歇灌溉，根據土壤不同的入滲特性，使得氮肥更易于保存在耕作土壤中，減少氮肥的淋溶損失，有利于作物根系的吸收利用，同時在一定程度上節省了肥料、提高了氮肥利用率。

4 污水灌溉施肥

4.1 污水灌溉技術特點

污水灌溉是指用處理后的工業污水和生活污水灌溉農田。污水灌溉分為純污灌溉和清污灌溉。純污灌溉是利用工業廢水或城市生活污水作為農業長期的灌溉水源，適當采用后可提高農作物產量、減輕城市污水對水體的污染。清污灌溉是利用工業廢水或城市污水作為農業灌溉的補充水源，既利用了廢污水中的氮、磷、鉀等營養物質，又可使有害物質不在農作物中富集，既解決了城市廢污水排放問題，又緩解了農業用水的不足，因此在實際生產中得到了廣泛應用。

4.2 污水灌施下土壤氮素運移研究

劉凌等[12]通過對污水灌溉過程中離子交換問題的研究表明，銨離子隨污水灌溉到土壤后，與土壤膠體表面的鈣離子、鎂離子發生離子交換反應，進而造成地下水硬度升高和土壤含氮量的增加。姜翠玲等[13]利用徐州奎河的生活污水進行灌溉試驗，研究表明，污水一次性飽和灌溉雖可在短時間內提高土壤肥力，但因氨揮發、硝化、反硝化作用，氮素容易損失且對地下水造成嚴重污染。齊志明等[14]選取經過預處理的生活污水和自來水兩種灌溉水源進行了污水灌溉和清水灌溉的田間對比試驗，結果表明，與清水灌溉相比，污水灌溉使得草坪草根系土層中硝態氮大量累積，容易淋洗而影響地下水。

污水灌溉由于采用工業廢水和城市生活污水進行灌溉，對灌溉區域的地域分布有較高要求，應距城區較近，有充足的污水水源；同時由于污水中含有大量的有機離子，將污水灌溉應用于農業作物的安全性問題還有待研究，但可將其用于草場等一般性灌溉，以提高土壤肥力、節約肥料。

5 結語

將先進的節水灌溉技術與科學的施肥方式相結合，是發展新型節水灌溉農業的關鍵。根據不同區域不同的土壤質地條件以及當地的經濟發展狀況，選擇經濟有效的節水灌溉施肥方式，是在水資源短缺的情況下保證農業增產穩產的重要措施。目前各種節水灌溉方式下氮素運移的研究主要是關于硝態氮和銨態氮的運移研究，而有關尿素態氮、氮素平衡及氮肥利用率方面的研究還較少。因此，結合先進的節水灌溉方式進行有關土壤氮肥利用率的研究，對更好地調整水肥配比、減少氮肥的無效損失具有重要意義。

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