土壤氮素淋失研究进展

                       作者：卜玉涛  毛昆明  张发明

　　摘要根据国内外对氮素淋失研究的进展,对氮素淋失的研究方法、相关机制和影响因素进行综述,以为氮素淋溶损失的相关研究提供基础资料。
　　关键词氮素;淋失特征;研究方法;机制;影响因素
　　
　　氮是农田经淋溶损失的最主要元素之一。目前,我国旱地土壤氮素利用率较低,进而提高了农产品的成本,另一方面,部分氮素的淋洗和损失使周边环境特别是地下水环境受到污染。了解土壤中的氮素淋失特征对提高氮肥利用效率、减少环境污染是十分必要的。
　　土壤中氮的转化和平衡问题一直是学者研究的热门课题。到目前为止,人们对氮素行为的研究概括起来主要包括三方面的内容:一是研究土壤氮素转化和去向的单个过程的机理;二是农田生态系统中氮素行为的综合研究;三是将农田生态系统中氮行为的研究与现代施肥技术相结合,对施用氮肥所产生的经济效应、产量效应与环境效应进行综合评价,并直接用于指导农业生产[1]。
　　1氮素淋失的研究方法
　　近年来,国际上在实验室和田间开展了化肥和有机肥中养分淋失过程的研究,主要集中在氮素的迁移过程上。测定田间淋失量的方法主要包括间接计算法和直接测定法。前者基于养分循环的质量平衡计算,后者基于排水采集器和多孔杯等测定渗漏液数量以及其中养分的浓度。特别是结合长期试验,可以揭示土壤养分淋失的过程及其影响因子,如英国洛桑试验站利用长期试验研究了土壤氮素的淋失。国内关于田间条件下土壤养分的淋失研究,主要涉及到研究影响土壤养分淋失的主要因素,包括气候条件、土壤性质、耕作利用方式、施肥方式和水平等,如胡立峰等[2]人在2004年用土钻取样法研究了华北平原不同耕作模式对作物产量和硝态氮淋失的影响。
　　2氮素淋失机制
　　土壤中的氮素以有机态和无机态形式存在,有机氮包括易水解和难水解2种形式,无机氮包括游离氮、铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)和亚硝态氮(NO2--N)。
　　土壤多为带负电荷的胶体,因而易于大量吸附NH4+-N,而很难吸附NO3--N。故在降雨和灌水的作用下,旱地土壤中的矿质氮以及施入土壤的肥料,大部分都以可溶性的NO3-淋失,其他形态如NO2--N和NH4+-N的淋失则只占少部分。姚建武等[3]的土柱试验研究发现,淋失的氮素大部分以NO3--N的形式存在,NH4+-N所占比例很小。
　　土壤是非均一介质,即使降水量相同,每次淋出土壤的水量及NO3-浓度也有较大差异。红壤旱地氮素淋失量普遍较高,这与氮素施入红壤后所发生的转化密切相关。在旱地红壤中施用尿素和碳铵,30 d内大部分将转化为NO3--N,而且其硝化作用具有明显的阶段性。第一阶段反应较慢,硝化作用较弱,土壤氮素以NH4+-N为主;第二阶段反应加快,硝化作用急剧进行,NO3--N含量迅速增加,NH4+-N迅速减少;第三阶段又回到慢反应阶段,土壤氮素以NO3--N为主,硝化作用基本完成。
　　而在水田中的情况有所不同,吴建富等[4]的研究结果表明,在稻田土壤0～50 cm层中的渗漏水中,氮素分布的总趋势是:NH4+-N的比例始终高于NO3--N,30 cm以下的渗漏水中,NO3--N的含量增加了10%左右,这是因水田中氮素大多以NH4+-N的形式存在造成的。
　　3影响氮素淋失的因素
　　氮素淋失量主要受降雨量、灌溉量、施肥量、土壤厚度和渗透性、温度、地表覆盖度等因素的影响。NO3-与土壤胶体同带负电荷,不容易被土壤微粒吸附,故氮素淋失以NO3--N为主。正如Legg 等[5]认为,发生NO3--N淋失须具备2个先决条件:土壤中NO3—含量足够高和有足够下渗的水将NO3-淋失到根区以下。特别是当大量NO3--N肥或NH4+-N肥施于作物生长早期或作物根系非活跃期,以及当降雨量大或作物被过量浇灌时,氮素淋失量增加。另外,土壤C/N、pH值、坡度、坡向、生长季节等也有影响。土壤中粉粒粘土和有机质越多,NO3--N的淋失速率越低。
　　3.1降水与灌溉
　　降水和灌溉是影响氮素淋失的主要因素之一。张亚丽等[6]的研究表明,土壤NO3--N淋溶与水分入渗虽不完全同步,但降雨量越大,NO3--N浓度峰值位置越低,且下层土壤中NO3--N的浓度也随之增加。就灌溉方式而言,大量少次比少量多次增加了NO3--N向土体深层的淋溶量[7]。
　　3.2肥料品种
　　化肥品种不同,其氮元素在土壤中的移动能力也不同。例如,陈国军等[8]的研究证明,在氮素用量相似的情况下,施用有机肥可以减少麦田渗漏水中氮素的淋失量。张福珠等[9]的研究表明,硝铵的淋失量大大高于尿素和硫铵,这可能是由于硝铵溶液中本身就存在大量的NO3-,易于淋失。王家玉等[10]认为,与碳铵相比,尿素的分解过程复杂而缓慢,其淋失量较碳铵低。总体来讲,不同肥料品种中的氮素移动能力与氮素转化机制有关,转化为NO3--N的过程越容易,淋失量越大。
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　　3.3肥料用量
　　盲目地提高施氮量,会增加氮素的淋失。李世清等[11]研究表明,高施氮量时的淋失绝对量远大于低施氮量。杨治平等[12]的研究表明,随着氮肥用量和施用次数增加,氮素淋失量逐渐加大,土壤1 m深处出现土体NO3--N累积,并有可能污染到地下水。
　　宋玉芳等[13]的研究表明,施肥量与NO3--N、NH4+-N的淋失量均呈正相关。相对而言,NO3--N肥的淋溶作用要强于NH4+-N。
　　3.4土壤质地
　　一般来说,轻质土的氮素淋失量大于重质土。轻质土结构不如重质土紧密,存在较多大空隙,CEC低,更有利于水分和养分的下渗。砂质土壤上的氮素淋失通常较为严重,且可溶性氮源的淋失往往取决于最初几次淋溶[14]。有些粘质土壤也有较大孔隙,氮素的淋失作用也很明显[15],如西北的楼土。
　　3.5耕作
　　耕作一般仅能影响0～20 cm的土层,对改善下渗水流状况的作用较微,但能够通过耕作来影响土壤的理化性质和生物环境,进而影响硝酸盐在土体表层的积累[16]。胡立峰等[2]的研究表明,在0～180 cm土层中,翻耕NO3--N淋失威胁最大,免耕无明显影响。
　　4参考文献
　　[1] 童莉莉,李支军,吴金芝,等.施用不同氮肥对土壤供氮能力及冬小麦氮素利用的影响[J].河南农业科学,2008(8):81-83.
　　[2] 胡立峰,胡春胜.不同土壤耕作法对作物产量及土壤硝态氮淋失的影响[J].水土保持学报,2005,19(6):186-189.
　　[3] 姚建武,艾绍英,周修冲,等.热带亚热带多雨湿润区早地土壤氮肥淋溶损失模拟研究[J].土壤与环境,1999,8(4):314-315.
　　[4] 吴建富,张美良,刘经荣,等.不同肥料结构对红壤稻田氮素迁移的影响[J].植物营养与肥料学报,2001,7(4):368-373.
　　[5] LEGG JO,MEISINGER J J.Soil nitrogen budgets.In:Stevenson FJ(ed). Nitrogen in Agricultural Soils[J].A m Soc Agron Madison Wis Agron,1982,22:503-564.