稻田氮素损失途径及影响因素研究进展

摘要  为了满足我国不断增长的粮食需求量，未来一段时间内稻田氮肥消耗量仍会持续增加，但现阶段我国氮肥回收利用率仅为30%左右，针对我国稻田氮素损失量大的现状，概述了稻田氮素三大损失途径，即氨挥发损失、硝化反硝化损失和氮素淋溶、径流损失的现状及其环境效应，分析了农作措施、降雨、土壤类型及水稻基因型对稻田氮素损失的影响，结合近年来国内外学者的研究结果，提出了当前减少稻田氮素损失的对策，并对今后减少稻田氮素损失措施的研究提出展望。

关键词  稻田；氮素损失；环境效益；对策

中图分类号  S19  文献标识码  A  文章编号  0517-6611（2024）01-0007-07

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.01.002

开放科学（资源服务）标识码（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，河北邢台人，高级工程师，从事水文与水资源、水质分析研究。

收稿日期  2022-12-22；修回日期  2023-02-13

氮素是作物生长发育所必需的营养元素，在作物产量和品质形成中起着非常关键的作用。氮素肥料的使用是农业生产中一个非常重要的组成部分，是促进农业持续发展的根本要素。据联合国世界粮农组织统计，中国是世界上最大的氮肥消费国［1-2］，其中，全国氮肥用量的24.4%用于水稻生产［3］，为了满足不断增长的粮食需求量，稻田氮肥消耗量仍在持续增加，如今我国单季稻氮肥平均用量为180.00 kg/hm2，比世界单位面积用量高75.00%［4］，部分高产稻田的施用量甚至达到了270.00～300.00 kg/hm2，最高达到了350.00 kg/hm2，其中南方水稻氮肥平均用量为272.24 kg/hm2，比世界平均施氮水平（103.00 kg/hm2）高出164.30%，但氮肥回收利用率仅为30.00%左右；东北黑土区稻田氮肥损失率为30.00%～70.00%，化肥氮素只有22.20%～46.10%被水稻所利用［5］。大部分氮素通过各种途径损失到环境中，由此，引发一系列如大气温室效应、土壤和地下水污染、河流和湖泊水质富营养化等环境问题，不仅破坏生物正常的生长条件，同时也危害人类的健康［6-8］。

水稻是我国最主要的粮食作物，随着我国人口的不断增长，对粮食的需求量日益增加，因此，研究稻田的氮素养分损失途径及其影响因素是一项十分紧迫的任务，急需认清氮素损失的机理，兼顾环境效益和经济效益，采取相应对策，减少氮素损失、降低其对环境的影响。该研究结合国内外学者对稻田氮素损失的研究，总结了稻田尺度的氮素损失途径，综述了农作措施、气候因素、土壤类型和水稻基因型等方面对稻田氮素损失的影响及调控机理，并提出了相应的应对策略，以期为深入研究稻田氮素损失及其对环境产生的影响提供参考。

1  稻田氮素损失途径及环境效应

1.1  氨挥发损失及环境效应

氨（NH3）是大气中一种对大气环境和地表生态系统有重大影响的碱性微量气体［9-11］，化肥使用和畜牧养殖是大气中最主要的2个NH3排放源，在欧洲80.0%～95.0%的NH3排放来自农业［12］，我国是世界上农业大国，农业的持续发展离不开氮肥的利用，而氨挥发是稻田中氮肥最主要的损失途径［13-15］，我国NH3总排放量的53.3%来源于氮肥施用［9］，其中稻田施用氮肥后，9.0%～40.0%的氮素以NH3形式损失［16］。因此，稻田是氨气的一个大排放源，稻田尺度上氨气的挥发应引起足够重视。

一般情况下，稻田施用氮肥后短时间内是NH3挥发的高峰期，并且NH3挥发量与施氮量呈正相关性［17］。稻田氨挥发受到多种因素的影响，主要包括气候条件（光照、湿度、降雨量）、土壤理化性质、农作措施等，并且年际间的氨挥发量存在明显差异［18］。从稻田中挥发出的氨气滞留在大气中可破坏大气层，一部分氨气可在大气中与酸性物质反应生成NH4HSO4和（NH4）2SO4，再经由干、湿沉降又进入陆地生态系统，如农田、森林、草原、江河湖泊等，导致水体富营养化和土壤酸化，同时积累在大气中的氨还可被氧化成N2O和NO，引起空气质量恶化，造成严重的环境污染。

1.2  硝化-反硝化损失及环境效应

硝化-反硝化作用是稻田氮素养分损失的途径之一，稻田中大量氮素经由土壤硝化与反硝化作用转化成N2O、N2自土壤中逸出，不仅造成大量氮素养分的损失，产生的N2O进入大气后还会加速平流层臭氧的光解，从而破坏大气环境。影响土壤硝化与反硝化过程的主要因素包括活性氮的可利用性、还原物质（大多为活性有机碳组分）的可利用性及氧气浓度等，这些因素随其他环境因素（如水分、pH、孔隙度等）的改变发生一定的变化［19］。

稻田土壤硝化和反硝化产生的氧化亚氮（N2O）是仅次于二氧化碳（CO2）和甲烷（CH4）外最主要的人为温室气体，其100 a尺度上的全球增温潜势是CO2的298倍［20］，从长远来看N2O具有很强的增温效应。全球约70%的N2O源自土壤硝化和反硝化过程［21-22］，一般认为稻田土壤是全球N2O的重要排放源［23-34］，这都源于农业生产中氮肥的大量投入，据估计，化肥氮消耗产生的N2O占N2O排放总量的74%［25］，稻田排放的N2O占中国农田气体总排放的7%～11%［26］。因此，明确各类因素对稻田生态系统N2O排放的影响及其机制，对于减少氮素养分损失及减轻N2O排放造成的温室效应有很重要的意义。

1.3  淋溶、径流损失与环境效应

稻田氮素淋失与径流损失是氮素损失的重要途径之一。栽种水稻的过程中，灌溉和排水都是不可避免的，往往由于排水、降雨形成的地表径流中携带有大量的氮素，地表径流引起的氮素损失分为2种，即土壤全氮的损失和土壤可溶性氮的损失，这些氮素随稻田径流进入地表天然水体中会引起严重的水体污染，以太湖地区为例，太湖流域正常降雨条件下农田氮的年总排放量为3.37×104 t，当太湖流域氮素流失率为11.0%时，每年进入水环境的氮素量为5.31×104 t，当流失率为20.0%时，每年进入水环境的氮素量为9.65×104 t［27］，太湖稻麥轮作区稻季通过农田向水体排放的总氮占施氮量的11.4%左右，使得当地70.0%的河道受到污染，80.0%的河流水质达不到国家规定的地面三类水标准［28］，因此，稻田氮素养分随径流损失造成环境污染的问题不容忽视。

稻田土壤氮素淋失是指土壤中氮素随水垂直向下迁移至植物根系活动层以下而造成的损失［29］，全球农业系统中人工施入的氮素有19%以硝态氮（NO3--N）的形态淋失，政府间气候变化委员会（IPCC）认为这一比例高达30%［30］。就我国开展的水稻氮素淋失研究发现，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%，且淋失主要发生在水稻生长的早期［31-33］，淋失液中NO3--N的含量最高，其淋失量占到了总氮淋失量的74.14%～79.44%［34-36］，NO3--N进入水体会造成严重的地下水污染问题，这是导致地下水硝酸盐污染的重要原因，有学者对“江浙沪”16个县76个饮用水井水质的调查表明，NO3--N超标率达38.20%，而饮用水中硝酸盐浓度超过10.00 mg/L就会给人和牲畜带来严重危害［37-38］，损失的氮素不仅会对环境造成污染，还可能危害人体健康。因此，今后对这一方向研究应予以重视。

2  稻田氮素损失的影响因素

2.1  农作措施对稻田氮素损失的影响

2.1.1  耕作方式对稻田氮素损失的影响。

土壤的耕作在农业发展史上有着十分重要的地位［39］，适宜的耕作方式不仅可以减少水土流失、提高土壤肥力，而且能够改善稻田生态环境、促进农业持续发展［40-41］。相关学者针对不用耕作方式对稻田氮素损失的影响进行了研究，我国水稻栽培种一般采用免耕、翻耕、旋耕的耕作方式，朱利群等［42］将免耕、旋耕与翻耕下的稻田氮素损失效应进行了对比，研究结果表明，免耕条件下稻田径流水中氮素养分的浓度最高，翻耕与旋耕均具有一定的减排作用，并且翻耕的减排效果更明显，这是因为翻耕有利于土壤的固肥作用，且使土壤微生物环境更有利于硝化作用的发生，进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从田面径流中流失。Zhang等［43］研究表明，免耕较翻耕与旋耕会增加稻田N2O的排放，稻田氮素养分损失量大；虽然大量研究表明免耕增大了稻田氮素损失的风险，但有研究认为，秸秆还田条件下，相比于翻耕和旋耕，免耕能够有效减少稻田氮素以N2O形式损失［44］，这可能是由于免耕条件下使土壤饱和导水率增加，从而加剧了氮素以NH4+和NO3-的形态淋失，使硝化与反硝化反应的底物减少，最终减少了以N2O气态形式损失的氮素量。因此，秸秆还田下不同耕作方式对稻田氮素损失的影响差异需要进一步研究。

2.1.2  灌溉方式对稻田氮素损失的影响。

水稻生育期的大部分时间，稻田田面一般都会有一定深度的水层，以利于水稻生长，由于水资源紧缺，为了节约稻田灌溉用水，提高水资源利用效率，多种灌溉节水技术（如控制灌溉、浅湿灌溉等）在农业生产中被广泛应用。一般认为，水田比旱地氮素损失量大，就是因为大量氮素随灌溉水渗漏淋失，姜萍等［45］的研究表明，相对于常规淹水灌溉，节水灌溉的总氮（TN）径流流失负荷减少了38.24%～52.01%、TN渗漏流失负荷减少了15.88%～42.06%。石敏等［46］在黑土区稻田的研究表明，在相同施氮量下，控制灌溉、浅湿灌溉较常规灌溉可以有效减少氮素淋失量。尹海峰等［47］研究发现，采用控制灌溉会显著提高稻田渗漏水中NO3--N浓度，但稻田渗漏水总量较少，总体来说减少了稻田氮素以NO3--N形态的损失量，证明控制灌溉可以有效减少稻田的氮素淋失。

研究表明，非淹灌条件下水稻生育期内稻田N2O排放显著增多［48-49］，淹灌下稻田土壤不会长期处于干湿交替的状态，减弱了土壤硝化和反硝化作用，从而减少了氮素以气态形式损失［50-51］。王孟雪等［52］研究了不同节水灌溉对稻田N2O排放的影响，发现并非所有非淹灌条件下稻田N2O排放均显著增多，控制灌溉模式和湿润灌溉模式均具有减少稻田氮素损失的作用，且减少的幅度因水分管理方式的不同而有所差别，而间歇灌溉模式下会显著提高稻田N2O排放，增加稻田氮素损失。

随着水资源的日益短缺，污水资源化的问题受到许多学者的关注，已有研究表明，将生活污水处理后用于农田灌溉，既可以节约水资源，又可以达到养分回用的目的。徐珊珊等［53］利用原状土柱模拟试验，研究了生活污水灌溉对麦秸还田稻田田面水铵态氮浓度、稻田氨挥发损失的影响。研究结果表明，田面水NH4+-N浓度与氨挥发通量呈极显著的正相关关系，同时麦秸还田增加了田面水NH4+-N浓度，而污水灌溉则显著降低了NH4+-N浓度，这与马资厚等［54］的研究结果一致，采用污水灌溉可以降低稻田氮素径流流失风险，并且显著减低了整个稻季累积氨挥发量，从而减少了稻田氮素的损失。

2.1.3  氮肥管理对稻田氮素损失的影响。

施用氮肥是保证水稻产量的关键，这导致稻田有较高的氮素损失风险。就化肥种类来说，尿素是我国最常用的一种肥料，施用尿素较施用无水氨、铵态氮肥、硝酸钙、硝酸铵等肥料，稻田氮素氣态损失量较少［55-56］。在此基础上，敖玉琴等［57］以普通尿素和氯化铵为对照，研究了脲胺氮肥对太湖地区稻田氨挥发的影响，研究结果表明，不同品种的氮肥氨挥发损失差异明显，且相较于尿素与氯化铵，脲胺在整个稻季中氨挥发量最低，证明施用脲胺有利于减少氮素以氨挥发的形式损失。近年来，缓控释肥的使用越来越引起人们关注，在华南稻田的研究中发现，在施氮量150 kg/hm2条件下，施用不同类型氮肥稻田土壤N2O季节排放总量表现为：控释肥＞尿素＞缓释肥［54］，表明使用缓释肥料可以减少氮素的损失。

为了追求产量，我国平均施氮量远高于规定施氮量，大量氮素没有被作物所吸收，以不同形式进入环境中，给生态环境的稳定造成了很大的压力。其中氨挥发损失的氮素占总施氮量的一半以上，氨挥发量与施氮量密切相关，因此应注意科学施氮，拒绝过量施肥。王淳等［58］对双季稻连作下施氮量对氮素氨挥发损失的影响研究表明，在一定的施氮范围内，同一个生育阶段，随着施氮量的增加氮素的氨挥发损失量是呈递增趋势的，且整个生育期内氨挥发损失量、损失率与施氮量呈线性增长关系，邓美华等［59］的研究表明，不同施肥量处理氨挥发损失积累量是施氮量的26.4%～57.3%。这与对巢湖稻麦轮作下稻田氨挥发的研究结果一致，且当水稻施氮量超过一个阈值时，氨挥发总量将跃增，因此，为了减少稻田氮素损失，应注重减少施氮量、科学施氮。

施肥方式是影响稻田氮素损失的重要因素之一，特别是化肥减施、有机肥与无机肥配施对稻田氮素损失的影响引起了许多学者的关注。吴俊等［60］研究了不同减量施肥条件下稻田氮素径流损失情况，研究表明减量化肥处理年度累计流失负荷较对照处理下降了6%～53%，减施化肥能够明显降低氮素的流失负荷，但对水稻产量有一定影响。有研究表明［61］，无机有机肥料配施能加速水稻分蘖，促进水稻的生长。叶静等［62］在杭嘉湖地区研究了有机无机肥配施下稻田氮素的损失情况，该研究证明无机肥配施一定量的有机肥可以满足水稻整个生育期对养分的需求，不仅能增产，还能减低化肥的用量。廖义善等［63］构建了氮素损失模型并计算了不同有机肥配施化肥处理下稻田氮素损失量，评估了不同施肥方式的农学利用率及其环境效益，得出了经济效益、环境效益俱佳的化肥配施有机肥的施用方案，可为稻田氮素损失综合防控提供参考。

2.2  降雨对稻田氮素损失的影响

稻田氮素损失与降雨关系密切，在降雨条件下，氮素极易通过径流与淋溶损失，损失的氮素汇入河流、湖泊会引起水体富营养化，危害水体环境，因此，定量研究氮素的各种转化和去向对非点源污染的防治尤为重要。闫建梅等［64］基于天然降雨情况研究了坡耕地在不同施肥和耕作模式下氮素流失规律，研究发现，施肥有助于减少氮素的径流损失量，但并没有对天然降雨下稻田氮素的运移及损失形态进行详细研究，并且天然降雨条件下，降雨强度等条件很难调控，研究难度较大。因此，大多利用人工降雨模拟试验来进行研究，近年来国内外学者利用人工降雨模拟技术对氮素流失规律及氮素在土壤中的运移特性［65-67］进行了大量研究。杜国强等［68］利用室内模拟降雨条件研究了施用不同肥料后，由降雨引发的氮素淋溶损失现象。研究表明，随着降雨的发生，硝态氮随水分入渗进入土壤内部，但被土壤吸附的量较少，大量硝态氮随降雨渗入土壤深处，甚至进入地下水体中，导致地下水体中硝酸盐含量超标。针对过去对降雨条件下氮素损失形态研究较模糊的问题，卜洪龙等［69］研究了降雨条件下各形态氮素在地表径流、壤中流及淋失中分配的问题，详细研究了降雨对各形态氮素损失的影响。研究表明，不同雨强下横向地表径流总氮、硝态氮和铵态氮流失比例均超过90%，远大于相应雨强下的壤中流与入渗流失的比例，证明横向地表径流是各形态氮素流失的主要途径，研究同时还表明了当降雨强度由65 mm/h增大至120 mm/h时，地表径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，降雨强度主要对氮素的地表径流损失量影响较大。

2.3  土壤类型与理化性质对稻田氮素损失的影响

一方面，土壤类型的差异会显著影响作物-土壤系统氮素表观损失［70-71］。Sogbedji等［72］对砂壤土的研究表明，由于砂壤土土壤空隙较大，土壤黏粒含量低，土质疏松，导水性较好，且土壤本身的全氮含量较高，因此土壤的固氮能力有限，氮素极易以氨挥发及硝态氮淋失的方式损失，即使在最佳的田间管理条件下也不例外，并且在相同农作措施下，砂壤土的氮素表观损失量显著高于黏土。冯国忠等［73］对黑土和风砂土进行了对比研究，在相同施氮量下，作物收获后黑土0～100 cm土层各形态氮素残留量高于风沙土，随着施氮量的增加，风沙土的氮素损失量显著高于黑土；而质地黏重的黏质土，土壤黏粒和腐殖质含量较高，对NH4+的吸附能力较强，可以有效降低土壤液相中NH4+的浓度，因此可以有效减少氮素以氨挥发的形式损失的量［74］。

另一方面，土壤理化性质也间接影响着稻田氮素损失，其中，土壤pH是一个主要的影响因素，研究发现，肥料氮素以NH3形态挥发损失量与土壤pH呈正相关性［75］，并且土壤的硝化作用随pH的增加而增强，从而增加稻田的氮素损失［76］，不同地区土壤pH具有差异性，北方及中部地区土壤pH高于南方土壤，并且土壤pH与当地所处海拔呈负相关性。有研究表明，较高碳氮比的土壤氮素损失较少，这可能是因为较高的碳氮比可能有较高的C输入，使土壤微生物量增加，更多的铵态氮被土壤固定，从而减少了氮素的损失［77］。

2.4  水稻基因型对稻田氮素损失的影响

不同基因型水稻品种对氮素的吸收利用存在一定的差异［78］，固氮能力强的水稻可以吸收利用大量土壤及施入肥料中的氮素，提高产量的同时还能够减少无用氮素的损失。因此，筛选培育高氮素利用率的基因型的水稻是减少稻田氮素损失、降低环境污染的有效途径。陈明霞等［79］研究认为，不同基因型的水稻生育期内氨挥发效率存在较大差异，且当环境中的氮浓度较高时，不同基因型水稻植株冠层的氨挥发效率差异更大，这与Schjoerring等［80］采用其他基因型进行研究的结果相同。戢林等［81］发现，施氮水平对氮高效利用基因型水稻氮素利用率影响显著，这是因为氮高效基因型水稻较氮低效基因型水稻具有较大的根干重、根系体积、总吸收表面积和活跃吸收表面积，有助于水稻吸收固定氮素，减少氮素的损失，且氮高效型水稻植株内氮含量高，硝酸还原酶活性也就相应较高，有利于水稻体内氮素的同化利用［82］。

3  减少稻田氮素损失的对策

3.1  加强新型肥料的研究与利用

我国大部分地区稻田施用的是传统的氮肥，如尿素、碳氨等，这些肥料在土壤中留存时间极短，并且极易流失到环境中，引发环境问题，同时有养分供给与作物需求不一致的问题存在。因此，为了有效减少稻田氮素的损失、提高氮肥利用率，应着重研发新型肥料。为了实现对肥料养分释放的调控，各类缓控释肥不断涌现，由于缓控释肥肥料养分释放相对缓慢，有效降低了施肥前期土壤中铵态氮和硝态氮的含量，从而避免了大量氮素以N2O和氨气的形态损失。纪洋等［83］研究认为，与施用普通尿素相比，施用控释肥料能显著降低稻田N2O排放，整个生育期内N2O减排量超过40%。施用了控释肥料的土壤反硝化损失的氮素量比施用尿素的处理低了13.83～14.41 mg/kg［84］。施用控释肥料还可以在一定程度上减少氮素的径流损失，纪雄辉等［85］对洞庭湖区双季稻的研究表明，施用控释氮肥后氮素径流损失量比施用尿素的处理减少了24.5%；不仅如此，在不同土壤中施用控释氮肥均起到了减少氮素损失作用，在不同降雨模式下有效推迟了不同类型土壤径流硝态氮和铵态氮流失高峰的出现，显著降低了降雨初期稻田土壤径流硝态氮和铵态氮的损失量；对施用控释肥料后土壤淋溶液的检测表明，淋溶液中NO3--N浓度最高为0.83 mg/kg，表明施用控释肥料稻田氮素淋失的量较少［86］。众多研究均证明施用控释肥料可以在多途径上减少稻田氮素的损失。

3.2  改良或优化现有施肥方式

农业生产中传统施肥方式是将肥料直接施于土壤表层，然而由于肥料与土壤接触面小，土壤对肥料中氮素吸收固定量有限，从而使施肥后短时间内土壤表层或水层NH4+浓度急剧升高，使得大量氮素以氨气的形式挥发损失。针对这种情况，有学者提出氮肥深施的方法，研究表明，在同一施肥量下，氮肥深施氨挥发量远小于氮肥表施的挥发量，且表施氮肥的氨挥发量约是深施氮肥的1.96倍［87］；研究了不同施肥深度对氮素损失的影响后发现，施肥深度为5.0 cm時，氮素氨挥发损失显著降低，当施肥深度大于7.5 cm时，氨挥发损失量极微［88-89］。徐万里等［90］的研究表明，当施肥深度为10和20 cm时氨挥发累积量远小于肥料表施；但是氮肥深施会引起深层土壤中硝态氮和铵态氮含量过高，这些形态的氮素有可能通过淋溶进入地下水体中引发环境问题，这一方面的风险有待研究评估。

过量施用氮肥导致大量氮素损失到了环境中，从而产生一系列环境问题，因此，在不影响水稻生产条件下，减少氮肥使用量，降低氮素的损失及对生态环境的影响，是农业可持续发展的需要。研究表明，适量减施氮肥可以有效减少氮素的损失，但减少了氮素的供给可能会对水稻的产量等造成微小影响［91］。水稻秸秆是一类极其丰富的可再生有机资源，但这类资源浪费问题日益凸显，水稻秸秆还田能为土壤提供丰富的氮、磷及有机碳，与氮肥减量配施可弥补减施氮肥造成的氮素供给不足的问题。太湖流域稻田长期检测试验表明，减少10%氮肥施用量配合秸秆还田，可以在保证水稻高产稳产的基础上，显著减少稻田地表径流氮素损失量，在增加水稻生产效益的同时，还提高了稻作的生态效益［92］；秸秆还田还会改变土壤的C/N，从而影响硝化反硝化细菌对土壤氮素的利用，进一步影响土壤硝化反硝化作用［93］，这一机理需要进一步研究。作物秸秆是有机肥的一类，有研究证明，无机有机肥配施可以提高有机氮比例，使土壤固氮能力提高，从而减少氮素损失［94］，邵兴芳等［95］的研究得出了相同的结果，有机无机肥配施还可提高耕作后土壤的肥力；在施氮量相同的情况下，施用有机肥还可以减少稻田水和渗漏水的氮素浓度，减少氮素的损失［96］。

3.3  开发利用新型土壤增氧灌溉方式

稻田传统灌溉方式大多采用淹灌，这会导致稻田土壤长期缺氧，低氧胁迫下土壤微生物利用NO3-代替氧气作为电子受体，在一系列反硝化酶的作用下产生大量N2O和NO，造成大量氮素损失［97］，可见稻田氧环境对于促进水稻生长和减少氮素损失有着重要意义。目前，国内外学者开发研究了许多新的灌溉方式，如：稻田干湿交替灌溉、厢沟灌溉、畦沟灌溉等，这些灌溉方式可以增加土壤的通气性，有效改善土壤的氧环境，但是由于许多因素的限制，这些灌溉方式很难大面积推广应用。许多研究表明，施用“氧肥”（过氧化钙、过氧化尿素）或采用微纳气泡水增氧灌溉方式可以有效改善水稻根际氧环境，减少氮素的损失［98-99］。胡继杰等［100］研究了施用过氧化钙、微纳气泡水增氧灌溉和表土湿润灌溉3种增氧方式对水稻氮素利用率及产量的影响，研究表明，施用过氧化钙和微纳气泡水增氧灌溉均提高了稻田土壤的氧化还原电位，不仅降低了稻田土壤氮素的反硝化损失，而且提高了水稻产量。

3.4  利用新型环境功能材料

生物炭作为一类新型环境功能材料，是作物秸秆等有机物及其衍生物在完全或部分缺氧的条件下，在高温下经过一系列反应生成的固态物质［101］，广泛应用于温室气体减排和土壤改良等方面，为解决农田氮素流失和土壤功能退化提供了新的思路［102］。研究表明，添加生物炭条件下，田面水中NH4+-N和NO3--N及TN含量在水稻整个生育期内呈下降趋势［103］，且施用生物炭可以减缓土壤水分的移动，进而减少水分携带硝态氮等的淋失［104］，添加生物炭的土壤氧环境得到了改善，有效减少了稻田氨挥发量［105］；有学者研究表明，施加生物炭可以抑制反硝化作用，从而减少N2O的排放［106］，杨士红等［107］的研究结果同样证实了这一观点，因此，生物炭的使用可以在多方面控制稻田氮素的损失，但生物炭对外源氮素的影响和相应机制有待进一步研究。

3.5  生化调节剂的使用

众多研究表明，硝化抑制剂能够有效抑制土壤中硝化细菌的活性，能够有效减少氮素以硝酸盐形式及N2与N2O等形式损失［108］，常见的硝化抑制剂有DMPP（3，4-dimethvlpvrazole phosphate）、DCD（Dicvandiamide）等，其中国内外对安全、无毒、较廉价的DMPP使用研究较多，它对减少稻田氮素损失作用十分显著，据统计，DMPP对硝化作用的抑制率可达56%［109］，当与氮肥配施时可显著抑制土壤中硝化反应，从而降低氮素以NO3--N形式损失［110］，但是施用DMPP减少氮素损失主要体现在减少NO3--N淋失及径流流失两方面，对于氮素的氨挥发损失没有显著作用［111］。

我国大部分地区主要施用的氮肥以尿素为主，尿素施入土壤后在脲酶的作用下分解为NH4+，脲酶抑制剂能够减缓该过程的发生，降低土壤中NH4+的浓度，从而减少N2O的排放。目前，正丁基硫代磷酰三胺（NBPT）被认为是目前最有效的脲酶抑制剂之一，施用NBPT后可推迟NH3挥发峰出现时间，峰值强度降低62.8%～74.5%，可降低氨挥发8%～15%，是世界范围内最广泛且唯一商业化的脲酶抑制剂［112-115］。李君等［116］对比了几种脲酶抑制剂对尿素水解的抑制，研究结果证实NBPT对尿素水解的抑制效果最优。

杨柳青等［117］以华北平原石灰性潮土作为研究对象，对比了几种硝化抑制剂和脲酶抑制剂（NBPT为主）对N2O排放的影响，发现在试验区硝化抑制剂对N2O的减排效果优于供试脲酶抑制剂，且脲酶抑制剂的作用时间较短，有研究表明，脲酶抑制剂在延缓尿素水解的同时，还可能会促进硝化反硝化的氮素损失［118］。综上，硝化抑制剂对减少氮素损失的效果要优于脲酶抑制剂。

4  结语

综上所述，稻田氮素主要通过氨挥发、淋溶及径流等方式损失，损失到环境中的氮素会引发各类环境问题，减少稻田氮素损失的方法多样，笔者认为，减少稻田氮素养分的损失主要应遵循“源头控制的原则”，根据不同气候、土壤和耕作方式，确定相应的施氮量，拒绝以往过量施肥带来的大量氮素损失，这一过程还需要政府配合制定相应的政策法规，做好宣传工作，纠正以往的错误观念，提高人们的环保意识。解决过量施氮问题后，为了进一步减少稻田氮素的损失，還应在以下几个方面加强研究：一是不同类型的氮肥在不同地区土壤中提供NO3-和NH4+具有一定的时空差异，稻田氮素的损失也具有一定差异，应进一步探究不同区域施用各类氮肥对稻田氮素损失的影响，因地制宜选择适合当地生产的低氮素损失的氮肥种类；二是各类硝化抑制剂和脲酶抑制剂的使用还没有被大多数人所接受，主要因为花费高昂并且使用后对环境及作物具体影响尚未明确，因此，应进一步研发无毒、价格低廉且使用方便的生化抑制剂，并进一步根据农作物生长状况、气候条件、土壤类型来划分使用各类生化抑制剂，评估使用生化抑制剂后可能对环境造成的危害，以期达到最佳的减少氮素排放的效果；三是还应进一步研发各类新型肥料。现阶段，对各类缓释肥料及各类环境友好型控释肥料研究较多，但还是避免不了价格昂贵的问题，应注重研发简单、成本低、效果好的各类新型肥料；四是以往对稻田氮素损失的研究大多需要长期的试验观察与指标测定，往往无法完全考虑到各类因素对氮素损失的影响，因此，利用模型研究氮素损失的方法越来越被认可，未来应加强对于氮素损失预测模型的研究，对氮素动力学过程进行定量分析，针对不同作物、土壤、气候等因素，遴选出最优的农作措施，并预测氮素的损失量及对环境的影响。

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