农田土壤氮素流失研究

肖靖　李莉

摘要：综述了近年来农田土壤氮素流失的现状，重点介绍了致使农田土壤氮素流失的8个影响因素，包括氮肥施用量、植物覆盖度、植被格局等，同时提出了防治氮素流失的7项措施。

关键词：农田；氮素；流失特征

中图分类号：S153.6文献标识码：A文章编号：16749944（2014）02004003

1引言

我国是化肥的生产和消费大国，随着农业的快速发展也带来了严重的环境问题。2007年我国因农业面源污染输入水体的氮占总氮流失量的67.26%，农田氮素流失造成的农业面源污染已经成为我国水体污染的主要来源＼[1＼]。因此，加强对农田土壤氮流失特征的研究迫在眉睫。

2农田氮素流失现状

为了增加农作物的产量而大幅增加施肥量，会引起土壤退化和水环境恶化。目前已经有很多关于精准农业对水中氮磷含量影响的研究和结论。氮磷随径流流失进入地表水，引起水体中的营养物质富集，该过程称为水体富营养化，研究已经证明氮磷农田损失是地表水环境污染的主要来源。

有人在我国北方的市、县进行的水质调查发现，半数以上地区地下水中硝酸盐氮超过我国生活饮用水卫生标准限值规定的最高限值50mg/L，这主要是由于20世纪以后大量施用含氮肥料。研究表明，农田土壤中氮素流失的另一个重要途径是氮的淋溶损失，施入土壤中的氮肥大约有10%～40%经土壤的淋溶作用进入了地下水体中＼[2＼]。还有人利用野外大田试验对上海市郊的蔬菜地氮素渗漏损失进行了长期监测，结果表明，硝态氮渗漏损失量占氮素淋溶损失的90%以上，对当地地下水环境造成了十分严重的污染。

3农田氮素流失的途径

3.1氮的气态损失

氮的气态损失是施入土壤中的氮肥损失的主要途径之一，且氮的气态损失主要发生在施肥的前期阶段，经研究表明施入土壤中的氮超过30%不知去向。

许多研究证实，土壤中氮的损失形式大多以N2、N2O、NO、NO2、NH3的气态挥发。土壤中，这些含氮化合物主要通过硝化作用、氨化作用和反硝化作用产生。土壤中有机氮和铵态氮肥料形成的氨，都能以NH3的形式挥发。但大部分的铵态氮在微生物作用下发生硝化作用，形成硝酸盐。这一过程的中间产物NO、NO2以气态形式散失。当然，最主要的气态氮的损失是反硝化作用（氧化氮的还原过程）引起的。用盆栽进行的渗漏试验和模拟试验也证明，硝态氮的损失主要是反硝化作用的结果。

众所周知，空气中氮气所占的比例最大。要测定从土壤中逸出的N2，在实际中操作比较困难。因此，苏联学者玛卡洛维建议施用15N标记的肥料，然后再测定土壤中逸出的15N2的数量。此方法在野外大田试验和室内盆栽试验中都可使用。使用15N研究土壤中氮的迁移转化，国外也早已广泛采用。

3.2氮素的淋溶损失

降雨对土壤的淋溶，显著地引起土壤中氮肥及有效氮的流失。影响土壤中氮素淋失的因素很多，其中土壤渗漏液会带走大量的溶解性氮。国外学者对土壤渗漏液进行分析得出无论使用何种形态的氮肥，无机氮流失的主要形态均为硝态氮＼[3＼]。

因为硝态氮不易被土壤颗粒所吸附，如果土壤中没有水分的运动，硝酸盐的迁移会变得比较缓慢＼[4＼]。Pratt提出，灌溉的农田计算硝酸盐的淋失量，应遵循以下原则：经过反硝化作用产生的氮=施入土壤中的总氮量-植物吸收利用的氮-土壤中残留的氮；水流移动速度要与根系下硝酸盐移动速度相同；土壤中有机态氮的含量基本一致，即基本未被矿化。

3.3氮素的径流损失

降雨会造成土壤侵蚀，而土壤侵蚀（包括风蚀和水蚀）会造成表层土壤的大面积破坏。尤其水蚀致使表层土壤中的氮随地表径流大量流失。水蚀是引起氮肥损失的重要途径之一，同时它还会导致土壤的肥力下降，使土壤养分状况变坏以及污染地表水。

当土壤遭到雨水冲刷，土壤的全氮会显著下降＼[5＼]。降雨形成的地表径流带走了土壤中的大量氮素。降雨形成的地表径流引起的硝态氮损失量相当高。在种植谷类和豆类的农田中硝态氮损失较多。经常遭受地表径流冲刷的土壤中一般不存在大量的游离态氮，只有在施肥处理后，游离态氮显著增加。游离态氮的流失主要取决于雨水对地表的冲刷。

4农田土壤氮素流失的影响因素

（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。铵态氮肥施入土壤后，会发生NH3的气态损失。研究显示在美国的砂壤土表面施用尿素作为氮肥，铵态氮损失为施氮量的20.6～29.3%＼[6＼]。高水平施氮会导致短时间内土壤溶液中氮浓度急速上升，此时发生降雨将导致氮素流失严重。

氮肥的施用量过高，不仅氮素流失量急剧增加，还会使硝态氮在土壤中大量累积，使植物发生硝酸盐中毒现象。

（2） 氮肥种类。Schwartzbeck发现，不同形态氮肥施用后氮的气态损失差别较大，据试验，铵态氮肥施用后前10d，氨便从农田土壤中强烈挥发出来，经2～3周后几乎完全终止＼[7＼]。使用铵态氮肥比硝态氮肥氮的损失小。其中，主要是分子态N2的损失，其次是N2O的损失。

（3）植被覆盖度。植被通过对雨水的截留作用，减少雨滴冲刷地表，降低其初始动能，保肥保土。有研究表明，随植被覆盖度增加，土壤全氮流失减小，但植被覆盖度并不能减少土壤矿质氮的流失。

（4）降雨强度。降雨强度增加，对地表冲刷强度增大，造成土壤的严重侵蚀，从而带走更多氮素。而渗漏液在一定坡度范围内反而相应增加，增加了渗漏液中氮素的流失。因次，要防范此时氮的渗漏流失。

（5）植被格局。不同植被格局对雨水的截留和拦截显现出不同的效果，坡下格局可明显减少氮素的流失，坡上格局作用十分有限，而坡中格局仅仅起到减缓径流的作用，对减少氮素损失意义不大。

（6）施肥降雨间隔。由于氮肥施入土壤要经过复杂的变化才能转化为植物可利用的氮，此时要是发生降雨，不仅会直接对氮肥造成冲刷，还会直接带走施肥前期土壤溶液中累积的可溶性氮。研究表明，氮素损失量随施肥降雨间隔增加逐渐降低。

（7）土壤性质。不同的土壤理化性质，如pH值、有机质含量、通气性和土壤质地等，对农田土壤氮素流失的影响也很大。土壤质地的不同显著影响土壤的保肥和保水性，也对氮素淋失产生很大影响。砂土中氮的气态损失比较大，在轻质土壤中施用尿素氮素流失较大。被Na、K饱和的土壤，保氮能力下降，氮素的损失显著增加，土壤中阳离子的代换量大，能显著减少氮的挥发损失＼[8＼]。由此可见，不同质地的土壤对土壤中氮素流失的影响差异较大。

（8）其他因素。土壤含水率、温度等其他因素也会对农田氮素流失产生影响，有待进一步研究。

5防治氮素流失的措施

（1） 改进施肥方式。一般来说，肥料效应随着作物种类、土壤的质地和气候条件的不同而产生很大差异。大量大田试验表明，深施和混施比氮肥表施农田氮素的氨挥发和反硝化损失明显减少。在等氮量施肥条件下作物的产量增加明显，也就是说同时提高了氮肥利用率。当然，氮肥深施也需要控制在一定深度，过深并不利于作物吸收利用氮素。此外，砂壤土的渗漏性较强，施用氮肥过深就会增加氮的淋溶损失。根据不同生长阶段作物对氮量的不同需求量，分批次施用氮肥，尤其是在作物生长旺盛的时期实行追肥，不但能提高氮肥的吸收利用率，还能有效减少农田氮素的淋溶损失。

（2）合理安排施肥量。大量的研究表明，施氮量与氮肥利用率存在着显著负相关，氮肥施用量过高不一定会增加作物的产量，反而可能浪费肥料，还易造成氮素在土壤中的累积，进而为氮素的损失提供了良好的条件。为了减轻农田土壤氮素流失对周围环境的影响，增加作物产量，提高氮肥利用率，建议采用最佳管理措施（BMPs）获得的最佳施肥量调控氮肥使用量，从而获得最大的经济效益。

（3）使用有机—无机肥配施。有研究表明，适量的有机肥投入可以在一定程度上减少氮素的流失，虽然有机肥在减少氮素流失的作用机理方面的研究还不成熟，但有机—无机肥配施可以保证作物生长的氮素需求，还能减少氮流失。

（4）适当地施用缓释肥、生物抑制剂。控释肥料是指一类通过调节机制达到调控肥料养分供应速度的肥料。根据不同作物的生长特点及土壤性质合理选择控释/缓释肥，不仅可以满足作物生长的养分需求，大幅提高肥料的肥效，同时还能降低因长期大量施用常规氮肥所引起的氮素损失。

氮肥施入土壤后，需要转化为作物能直接利用的形态才能产生效果。土壤中各形态氮素的转化受多种环境和生物因素的影响，因此可以通过添加生物抑制剂来调控氮素的转化，达到提高作物的产量和氮肥的利用效率的目的。

（5）安排合适的植被格局。采用坡下和坡中格局，对减缓氮素流失有重要意义。

（6）合理安排施肥时间。根据天气预报，确定合理的施肥时间，避免雨前施肥导致氮素大量流失。

（7）采用生物篱拦截。

参考文献：

[1]耿士均，陆文晓，王波，等.农业面源污染的现状与修复 [J].安徽农业科学，2010，38（25）：13993～13996.

[2]Bergstrom L F，Kirchmann H.Leaching of total nitrogen from nitrogen-15-labeled poultry manure and in organic nitrogen fertilizer [J].Journal of Environment Qulaity，1999，28：1283～1290.

[3]孙波，王兴祥，张桃林.红壤养分淋失的影响因子 [J].农业环境科学学报，2003， 22 （3）：257～262.

[4]王而力，刘宁，王嗣淇. 科尔沁沙地不同土地利用结构硝酸盐氮淋失规律 [J].农业环境科学学报，2011，30（10）：2054～2060.

[5]李恒鹏，金洋，李燕. 模拟降雨条件下农田地表径流与壤中流氮素流失比较 [J]. 水土保持学报，2008，22（2）.

[6]俞巧钢，叶静，马军伟，等. 不同施氮水平下油菜地土壤氮素径流流失特征研究 [J]. 水土保持学报，2011，25（3）： 2～4.