氨氮等污染物在不同土壤翻耕處理下的去除效果及機理解析

作者簡介：孔倩茜，女，山東淄博人，工程師，碩士研究生，研究方向：環境監測。

摘要：隨著農業生產的不斷發展和城市化進程的加速推進，土壤污染已成為制約農業可持續發展和人類健康的重要因素之一。氨氮作為農業生產中廣泛使用的肥料，其過度施用和排放不當往往導致土壤中氨氮質量分數升高，從而引發土壤污染問題。目前，關于不同土壤翻耕處理對氨氮等污染物去除效果及機理的研究尚相對不足，為了更好地理解和解決土壤污染問題，通過系統的實驗和分析，探討不同土壤翻耕處理對氨氮等污染物的去除效果及機理。

關鍵詞：氨氮；土壤翻耕；污染物去除；機理解析

隨著農業生產和城市化的迅速發展，土壤污染已成為全球面臨的嚴峻環境問題之一。氨氮等污染物的積累和擴散不僅對土壤質量造成威脅，同時也對生態系統和人類健康產生潛在風險［1］。土壤翻耕作為一種常見的農田管理措施，被廣泛用于提高土壤通透性、改良土壤結構等。然而，對于氨氮等污染物的去除效果卻存在諸多不確定性。因此，有必要通過系統的實地研究，深入探討不同土壤翻耕處理方式對氨氮的去除效果，為科學制定農田管理策略提供依據。

1材料與方法

1.1試驗區域

研究區位于中國南部的農業生產示范區，地理坐標為北緯35°15′，東經112°50′，總面積約為500 km2。該區域屬于溫帶季風氣候，年均降水量約800 mm。該地區主要以紅壤為主，占總土地面積的70%以上。此外，還有少量黃壤和黑土。土壤質地以壤土為主，富含有機質和礦物質，是典型的農業生產區。研究區是農業活動頻繁的區域，主要種植水稻、小麥、玉米等農作物，養殖業也占有一定比重。大面積的耕地和農田土壤廣泛使用化肥和農藥，土壤污染問題逐漸凸顯。特別是氨氮等農業排放物質的過度使用，導致土壤中氨氮質量分數升高，對農田生態系統和水源安全構成一定威脅。

1.2樣地布置

選擇研究區內具有代表性的農田區域，包括不同土壤類型和不同的農業管理方式。不同翻耕處理的樣地包括：（1） 對照組。未進行任何翻耕處理的土地。（2） A常規犁耕組。進行傳統犁耕處理的土地。（3） B深翻耕組。進行深度翻耕處理的土地。（4） C免耕組。保持未翻耕狀態的土地。設置足夠數量的樣地，確保樣本的代表性。每個樣地的面積可根據實際情況確定，通常在50 m2以上。樣地之間要有足夠的距離，以避免相互干擾。采取隨機布點或均勻布點的方式確定樣地位置。

1.3實驗設計

本實驗選擇了代表性的農田土壤作為研究對象，設置了不同的翻耕處理組和對照組。翻耕處理包括常規犁耕、深翻耕和免耕3種方式，對照組為未進行任何翻耕處理的土壤。在翻耕處理前，從每個組的相同位置采集表層土壤樣品。在每個樣地內，按照以下步驟采集土樣，用鐵鍬或土壤鉆頭挖取表層土壤，深度約為0～20 cm，將采集的土壤樣品放入干凈的塑料袋中，并標明樣地編號和采樣深度，每個樣地至少采集3個重復樣品，以獲得更準確的數據，選擇翻耕后1個月、3個月和6個月作為時間節點進行采樣，研究氨氮等污染物去除效果的動態變化。

1.4數據處理

使用標準方法測定土壤中氨氮的質量分數，對各個組的土壤選擇電極法測量土壤中的氨氮質量分數，包括存在的其他污染物，如硝酸鹽、磷酸鹽等，也進行相應的測定，選擇離子色譜法進行分析。

進一步使用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察土壤微觀結構的變化。對采集的土壤樣品進行適當的處理，通過冷凍干燥以保持土壤顆粒形態的原貌，在此基礎上利用SEM圖像，分析土壤微觀結構的變化，特別是孔隙度和顆粒形態的差異。最后需要利用傅里葉變換紅外光譜（FTIR）分析土壤的化學組成變化。對土壤樣品進行樣品制備，獲取紅外光譜圖譜，通過FTIR譜圖，分析土壤中的有機質和礦物質成分的變化，以了解不同翻耕處理方式對土壤化學組成的影響，根據方差分析（ANOVA），比較各組之間的差異，確定翻耕處理對氨氮等污染物的去除效果。

2結果與分析

2.1結果

調查各樣地采集土壤樣品中氨氮的質量分數如表1所示。表1各樣地采集土壤樣品中氨氮的質量分數（mg/kg）

分組翻耕處理方式1個月2個月3個月對照組未翻耕25.522.220.1實驗A組常規犁耕23.820.518.2實驗B組深翻耕19.315.812.4實驗C組免耕24.721.319.0

（1） 在對照組中，未翻耕的土壤氨氮質量分數從1個月到3個月逐漸下降，顯示了一定的去除效果。在實驗A組（常規犁耕）中，氨氮質量分數也有所下降，但下降速度相對較慢。實驗B組（深翻耕）顯示出最顯著的氨氮質量分數下降，表明深翻耕對于氨氮的去除效果明顯。實驗C組（免耕）的氨氮質量分數下降速度介于常規犁耕和深翻耕之間。

（2） 在整個實驗周期內，所有處理組的氨氮質量分數都呈下降趨勢，這與土壤中氨氮的自然轉化和去除過程有關，不同翻耕處理方式對氨氮質量分數的影響在不同時間點上表現出差異，這表明時間因素在土壤治理效果中的重要性。

（3） 實驗B組（深翻耕）在所有時間點上都顯示出最低的氨氮質量分數，表明深翻耕在提高土壤通透性、增加氣孔空間等方面有明顯的優勢，對照組中的未翻耕土壤也顯示了一定的去除效果，這是由于受土壤中微生物活動、氧化還原過程等自然因素的影響。

總體而言，對樣地進行深翻耕在短時間內顯示出較好的氨氮去除效果，而其他處理方式的效果相對較弱，表明深翻耕對于樣地而言是一種有效的土壤治理方式。

2.2深翻耕處理下樣地氨氮等污染物的去除效果最佳的機理深翻耕處理作為一種有效的土壤治理手段，在樣地氨氮等污染物的去除效果中表現出顯著的優越性，其最佳去除效果的機理涵蓋多個方面：（1） 深翻耕能夠顯著改善土壤的物理結構，通過增加土壤孔隙度和改善土壤通氣性，提高土壤對氨氮的吸附能力。這種改善有助于加速土壤中氨氮的遷移和轉化過程，從而有效降低土壤氨氮質量分數。（2） 深翻耕促進土壤微生物活性，增加土壤微生物群落的多樣性和數量。土壤微生物在氨氮的氧化還原過程中發揮著關鍵作用，通過微生物的代謝活動，氨氮被轉化為更為穩定和不易釋放的形態，從而實現了對氨氮的高效去除。此外，深翻耕處理還導致土壤中有機質部分暴露于表層，促進土壤有機質的分解和氧化反應，同時進一步促使土壤中的氨氮被微生物迅速利用。綜合來看，深翻耕處理在提高土壤通透性、增加土壤微生物活性以及促進土壤有機質分解等多方面作用下，達到了最佳的樣地氨氮等污染物去除效果［2］。

2.3不同翻耕處理方式對氨氮質量分數的影響在不同時間點上表現出差異的機理不同翻耕處理方式對氨氮質量分數的影響在不同時間點上的差異主要源于各處理方式對土壤微環境和土壤生物活性的影響，反映了復雜的動態過程。（1） 在翻耕處理初期，深翻耕展現出其優越性，其機理主要包括對土壤通透性的改善和增加土壤氣孔空間。深翻耕處理導致土壤結構疏松，提高了土壤孔隙度，有助于改善土壤通氣性和滲透性，從而促使氨氮更為迅速地向下遷移，縮短其在土壤中的滯留時間，初步實現氨氮的去除。（2） 在處理進入中期，各組的差異逐漸顯現，深翻耕的優越性更為顯著。深翻耕處理不僅改善了土壤的物理結構，還刺激了土壤微生物的活性。土壤微生物在氨氮的轉化過程中發揮關鍵作用，深翻耕處理通過增加土壤微生物數量和多樣性，提高土壤微生物對氨氮的代謝活性，促使氨氮更為迅速地被微生物吸附和降解。相較之下，常規犁耕和免耕處理在這一時期的效果相對較弱，其土壤通氣性和微生物活性的提升不如深翻耕顯著。（3） 在實驗的后期，深翻耕處理在氨氮去除效果上仍然占據主導地位。其機理不僅包括土壤物理結構和微生物活性的改善，還涉及土壤有機質的分解和氧化反應，深翻耕導致土壤有機質局部暴露于表層，促進有機質與氨氮的相互作用，從而進一步加速了氨氮的去除過程。

3建議

3.1合理選擇翻耕時機

（1） 在選擇翻耕時機時應充分考慮季節和氣候因素。通常情況下，農田在農作物收獲后的休耕期是進行翻耕的理想時機。這個時期土壤相對空閑，翻耕可以更好地避免對正在生長作物的不良影響。

（2） 需要關注土壤濕度狀況。在土壤濕度適中的時候進行翻耕，有利于保持土壤的結構完整性，防止過度濕潤或干燥對土壤造成不利影響。在一些地區，需要通過灌溉或排水來調整土壤濕度，確保適宜的翻耕條件。此外，還應考慮氣溫因素。適宜的氣溫能夠激活土壤微生物活性，有助于土壤中的有機質分解，提高翻耕的效果。

（3） 翻耕時機的選擇還需考慮農業生產系統中的具體情況。不同作物的生長周期和對土壤的要求各異，因此在考慮翻耕時機時需要結合具體作物的種植季節和生育習性，制定合理的翻耕計劃。

3.2注意加強土壤有機質管理

加強土壤有機質管理是維護土壤生態系統健康的至關重要環節，土壤有機質在土壤中具有重要的生物、物理和化學功能，不僅是土壤微生物的重要碳源和能量來源，而且可以改善土壤結構，提高土壤保水保肥能力，促進植物生長。因此，加強土壤有機質管理意味著更好地維護土壤的生態健康和生產力。

（1） 有機質的管理需要注意合理的施肥和植物殘體還田。通過有機肥的施用，可以提供土壤所需的有機質和養分，促進土壤微生物的繁殖，改善土壤結構。同時，將植物殘體還田，有助于覆蓋土壤，減緩土壤侵蝕，促使殘體中的有機物質逐漸分解，進一步豐富土壤有機質含量。

（2） 輪作制度則有助于避免單一作物對土壤養分的過度耗損，減少土壤壓力，維護土壤有機質的平衡。此外，科學合理地利用農業廢棄物，如秸稈、畜禽糞便等，也是有效提高土壤有機質的途徑。

3.3合理運用深翻耕與植被覆蓋

深翻耕能夠有效改善土壤的氨氮含量，通過改善土壤結構和增加土壤通氣性，可以促進土壤中氨氮等污染物的去除。深翻耕有助于提高土壤孔隙度，增加土壤氣孔空間，從而增強土壤對氨氮的吸附和遷移能力，降低氨氮在土壤中的滯留時間，減少土壤氨氮的積累。

深翻耕對土壤微生物活性的刺激也對土壤生態系統有益。通過增加土壤微生物數量和多樣性，深翻耕有助于加速氨氮的微生物降解過程，進一步促進氨氮的去除。然而，為了更好地平衡土壤結構的改善和生態系統的保護，合理運用植被覆蓋是至關重要的。

此外，植被覆蓋能夠減緩水分蒸發速率，降低土壤溫度，防止土壤侵蝕和保護土壤結構，通過在耕地中保持適當的植被，不僅能夠減輕深翻耕對土壤的負面影響，還能夠維護土壤的生態平衡。與此同時，植被覆蓋還有助于提高土壤的有機質含量，通過植物殘體的還田，有機質的分解有助于土壤微生物的繁殖，進一步增強土壤的生態健康［3］。

4結語

不同土壤翻耕處理方式在氨氮等污染物的去除效果上呈現顯著差異。深翻耕表現出最佳的去除效果，其機理主要包括改善土壤通透性、增加土壤微生物活性以及促進土壤有機質分解。常規犁耕和免耕處理相對較弱，而未翻耕的對照組也呈現一定的去除效果，時間因素對去除效果產生影響，不同翻耕處理在不同時間點上展現出的差異顯示了翻耕時機的重要性。因此，科學合理選擇深翻耕作為土壤治理手段，結合適宜的翻耕時機和植被覆蓋，可為提高土壤質量、促進農田可持續發展提供科學依據，進一步推動農業生產與環境保護的協同發展。

參考文獻：

［1］薛英文，吳銘軒，肖云龍，等.生物炭改良土壤對初期雨水徑流污染物去除實驗研究［J］.中國農村水利水電，2021（8）：18.

［2］徐鐵兵，劉思言，閻秀蘭，等.某化肥廠污染場地土壤和地下水中氨氮分布特征及其非致癌風險評估［J］.環境污染與防治，2021，43（2）：68.

［3］趙永紅，張濤，成先雄.離子吸附型稀土礦區土壤與水環境氨氮污染及防治技術研究進展［J］.稀土，2020（1）：911.