農田土壤氮素流失研究

肖靖　李莉

摘要：綜述了近年來農田土壤氮素流失的現狀，重點介紹了致使農田土壤氮素流失的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。

關鍵詞：農田；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

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

2農田氮素流失現狀

為了增加農作物的產量而大幅增加施肥量，會引起土壤退化和水環境惡化。目前已經有很多關于精準農業對水中氮磷含量影響的研究和結論。氮磷隨徑流流失進入地表水，引起水體中的營養物質富集，該過程稱為水體富營養化，研究已經證明氮磷農田損失是地表水環境污染的主要來源。

有人在我國北方的市、縣進行的水質調查發現，半數以上地區地下水中硝酸鹽氮超過我國生活飲用水衛生標準限值規定的最高限值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測，結果表明，硝態氮滲漏損失量占氮素淋溶損失的90%以上，對當地地下水環境造成了十分嚴重的污染。

3農田氮素流失的途徑

3.1氮的氣態損失

氮的氣態損失是施入土壤中的氮肥損失的主要途徑之一，且氮的氣態損失主要發生在施肥的前期階段，經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的氣態揮發。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生。土壤中有機氮和銨態氮肥料形成的氨，都能以NH3的形式揮發。但大部分的銨態氮在微生物作用下發生硝化作用，形成硝酸鹽。這一過程的中間產物NO、NO2以氣態形式散失。當然，最主要的氣態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，硝態氮的損失主要是反硝化作用的結果。

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的數量。此方法在野外大田試驗和室內盆栽試驗中都可使用。使用15N研究土壤中氮的遷移轉化，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的氮肥，無機氮流失的主要形態均為硝態氮＼[3＼]。

因為硝態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，灌溉的農田計算硝酸鹽的淋失量，應遵循以下原則：經過反硝化作用產生的氮=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氮損失量相當高。在種植谷類和豆類的農田中硝態氮損失較多。經常遭受地表徑流沖刷的土壤中一般不存在大量的游離態氮，只有在施肥處理后，游離態氮顯著增加。游離態氮的流失主要取決于雨水對地表的沖刷。

4農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。銨態氮肥施入土壤后，會發生NH3的氣態損失。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土壤溶液中氮濃度急速上升，此時發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，還會使硝態氮在土壤中大量累積，使植物發生硝酸鹽中毒現象。

（2） 氮肥種類。Schwartzbeck發現，不同形態氮肥施用后氮的氣態損失差別較大，據試驗，銨態氮肥施用后前10d，氨便從農田土壤中強烈揮發出來，經2～3周后幾乎完全終止＼[7＼]。使用銨態氮肥比硝態氮肥氮的損失小。其中，主要是分子態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過復雜的變化才能轉化為植物可利用的氮，此時要是發生降雨，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。不同的土壤理化性質，如pH值、有機質含量、通氣性和土壤質地等，對農田土壤氮素流失的影響也很大。土壤質地的不同顯著影響土壤的保肥和保水性，也對氮素淋失產生很大影響。砂土中氮的氣態損失比較大，在輕質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損失＼[8＼]。由此可見，不同質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田氮素流失產生影響，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、土壤的質地和氣候條件的不同而產生很大差異。大量大田試驗表明，深施和混施比氮肥表施農田氮素的氨揮發和反硝化損失明顯減少。在等氮量施肥條件下作物的產量增加明顯，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，氮肥施用量過高不一定會增加作物的產量，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。為了減輕農田土壤氮素流失對周圍環境的影響，增加作物產量，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控氮肥使用量，從而獲得最大的經濟效益。

（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）適當地施用緩釋肥、生物抑制劑。控釋肥料是指一類通過調節機制達到調控肥料養分供應速度的肥料。根據不同作物的生長特點及土壤性質合理選擇控釋/緩釋肥，不僅可以滿足作物生長的養分需求，大幅提高肥料的肥效，同時還能降低因長期大量施用常規氮肥所引起的氮素損失。

氮肥施入土壤后，需要轉化為作物能直接利用的形態才能產生效果。土壤中各形態氮素的轉化受多種環境和生物因素的影響，因此可以通過添加生物抑制劑來調控氮素的轉化，達到提高作物的產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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