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土壤氮素運(yùn)移機(jī)理研究現(xiàn)狀

2012-04-14 17:34:37王小利孫西歡馬娟娟
山西水利科技 2012年1期
關(guān)鍵詞:硝態(tài)運(yùn)移氮素

王小利孫西歡馬娟娟

(1.太原理工大學(xué) 山西太原 030024;2.山西省水利工程質(zhì)量與安全監(jiān)督站 山西太原 030002)

1 土壤氮素運(yùn)移機(jī)理研究的意義

氮素是作物生長(zhǎng)發(fā)育所需的生命元素,缺氮往往使植物生長(zhǎng)速度變緩,植株變?nèi)酰a(chǎn)量和品質(zhì)下降。而施肥則是農(nóng)田土壤氮素的重要來(lái)源,但是由于施肥方法或農(nóng)業(yè)管理措施不當(dāng),往往造成氮素大量損失,嚴(yán)重影響氮肥的利用率。目前我國(guó)已成為世界上氮肥年用量最多的國(guó)家之一,單位面積的施用量也高于世界平均水平。但是利用率卻僅為30%~50%,即有一半左右的氮肥在施入土壤后通過(guò)各種途徑損失掉,其中:作物吸收35%、氨揮發(fā)11%、表觀硝化-反硝化34%(其中NO2排放率為1%)、淋洗損失2%、徑流損失5%,以及未知部分12%。有研究表明地下水硝酸鹽含量超標(biāo)的現(xiàn)象與氮肥的過(guò)量施用和高灌溉量密切相關(guān)[1]。也就是說(shuō)施灌不合理不僅使肥料的生產(chǎn)效益大為降低,而且還會(huì)造成難以治理的環(huán)境污染問(wèn)題。因此,對(duì)土壤氮素運(yùn)移機(jī)理的研究就變得尤為重要。

2 土壤水氮運(yùn)移及轉(zhuǎn)化研究進(jìn)展

土壤水氮運(yùn)移屬于溶質(zhì)運(yùn)移的范疇,主要以水動(dòng)力彌散(機(jī)械彌散和擴(kuò)散)和對(duì)流兩種方式運(yùn)移。土壤中水氮的運(yùn)移及轉(zhuǎn)化方向?qū)Ψ柿系睦寐视绊懢薮?,所以?guó)內(nèi)外研究工作者在氮素運(yùn)移轉(zhuǎn)化途徑、氮素有效性及其影響因素等方面進(jìn)行了大量研究工作,旨在提高氮肥的利用率。

在不同的施肥水平下,灌水方法對(duì)氨態(tài)氮和硝態(tài)氮在時(shí)間和深度上影響較??;在不同的灌水方法下,施肥水平對(duì)氨態(tài)氮和硝態(tài)氮在時(shí)間和深度分布上影響比較大。在田間,氮素點(diǎn)源入滲情況下滴頭灌水量、流量和溶液濃度對(duì)氮素和水分分布的影響較大。徑向氮素和水分基本一致,垂向,初始濃度小時(shí),水分比氮素運(yùn)移超前,初始濃度大時(shí)水分和氮素運(yùn)移基本一致[3]。

土壤氮肥在灌溉水和降雨的作用下,部分(如尿素)以化合物的形式向下運(yùn)移,大部分是以可溶性和的形式淋洗到下層土壤。因?yàn)槿菀妆煌寥牢胶凸潭ǎ鳛橄趸头聪趸^(guò)程的中間產(chǎn)物,存在時(shí)間較短,所以在北方旱地農(nóng)田土壤系統(tǒng)中,土壤氮素淋失以為主,和的數(shù)量較少。土壤對(duì)的吸附和土壤反硝化作用,以及氨揮發(fā)作用都能延緩和減輕氮對(duì)地下水環(huán)境的污染[4]。

3 土壤氮素有效性及其影響因素研究進(jìn)展

土壤氮素受多種因素的影響,在不同的地區(qū)所表現(xiàn)出的影響程度不同,譬如自然環(huán)境條件下、作物輪作方式和施肥方式都會(huì)影響土壤全氮含量和堿解氮含量,從而影響土壤質(zhì)量和肥力水平。目前,土壤氮素含量的影響因素主要在于成土母質(zhì)、顆粒組成、土地利用、作物種類(lèi)、耕作施肥、灌溉等方面。

以氨態(tài)氮來(lái)看銨很不穩(wěn)定,在堿性條件下極易變成氨而揮發(fā)掉,這是銨態(tài)氮損失的主要途徑。農(nóng)田氨揮發(fā)損失的氮素量占氮素總損失的18%~104%,而且水田中氨的揮發(fā)損失比旱地更為嚴(yán)重。就此,國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了多種研究,研究表明:氨揮發(fā)是水稻田表施氮肥時(shí)的重要損失途徑。而且,不合理地、過(guò)量地施氮會(huì)使硝態(tài)氮在土壤中累積,從而導(dǎo)致土壤硝態(tài)氮的淋溶損失引起水環(huán)境氮素污染[5]。除地面接納水量(降水+灌溉水)的影響外,土壤淋溶深度及淋失量還與耕作方式、作物種類(lèi)及生長(zhǎng)密度、氮肥類(lèi)型、土壤質(zhì)地、灌溉時(shí)間與施氮時(shí)間、降雨以及地下水位均有很大的關(guān)系。

4 提高氮肥利用率的技術(shù)與措施

雖然氮肥對(duì)促進(jìn)作物生長(zhǎng),提高產(chǎn)量有重要作用,是生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的肥料,但目前許多農(nóng)民過(guò)度依賴(lài)氮肥,有些地塊全年的用氮肥量超過(guò)作物需肥量的50%~200%,不僅浪費(fèi)肥料,還會(huì)污染地下水源,破壞土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu),導(dǎo)致可耕性下降,造成病害的大面積發(fā)生,如何合理使用氮肥、提高其利用率、降低生產(chǎn)成本?要解決這些問(wèn)題就必須要綜合天氣情況、土壤條件、土壤礦物組成、作物種類(lèi)以及作物不同的生育期等因素,利用光、熱、種、密、水、肥、土等生產(chǎn)要素的交互作用效應(yīng),使施肥技術(shù)與高產(chǎn)栽培技術(shù)相結(jié)合,充分利用土壤中的硝態(tài)氮。

加強(qiáng)施肥管理和改進(jìn)施肥方式可明顯減少氮的損失并提高氮肥利用率。

(1)深施肥結(jié)合灌溉。水肥(氮肥)結(jié)合灌溉可有效減小氮肥損失、提高肥料利用率,特別是追肥時(shí)宜采用深施肥結(jié)合灌溉的方式。肥料深施或表施后澆大水均可有效降低土壤中氨的揮發(fā)損失,而播前灌溉易影響小麥出苗,在實(shí)際生產(chǎn)中不可取,所以,生產(chǎn)中采用追肥深施肥與灌溉相結(jié)合的方式[6]。

(2)水肥異區(qū)交替灌溉,并少灌多次。水肥異區(qū)交替灌溉中施肥溝的硝態(tài)氮不但可以向下層土壤淋溶,而且會(huì)向灌水溝擴(kuò)散,并隨灌水量的增加擴(kuò)散程度亦增加,在450~600m3/hm2范圍內(nèi)[7],隨著灌水量增加,肥料利用率也提高。即水肥異區(qū),少灌多次。

(3)合理制定作物灌水定額。灌水量對(duì)水肥結(jié)合方式至關(guān)重要,比如對(duì)小麥來(lái)說(shuō):節(jié)水灌溉條件下冬小麥生長(zhǎng)期根層土壤中的營(yíng)養(yǎng)氮素大量地以硝態(tài)氮的形態(tài)存在,非常有利于作物的吸收利用。同時(shí)硝態(tài)氮的含量與土壤含水量有著很強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系,而且60mm的灌水定額是灌水的的最佳條件,在此灌水定額下不會(huì)造成深層滲漏和硝態(tài)氮隨土壤水的流失[8]。

(4)降水和灌溉是影響氮素淋失的主要因素之一。所以灌溉時(shí)應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)亟邓畻l件。相同施肥條件下不同降雨對(duì)氮素淋失的影響也不相同,不同產(chǎn)流時(shí)段養(yǎng)分流失的濃度不同,土壤淋溶與水分入滲雖不完全同步,但降雨量越大,濃度峰值位置越低,且下層土壤中的濃度也隨之增加[9]。就灌溉方式而言,大量少次比少量多次增加了向土體深層的淋溶量。

因此,在農(nóng)田生產(chǎn)中,控制施肥量和灌溉水量是提高氮肥利用率和保護(hù)水環(huán)境的一項(xiàng)重要措施。灌(水)施(肥)結(jié)合方法可以精確控制施肥量、灌水量以及灌溉施肥時(shí)間,被認(rèn)為是提高水肥資源利用率的最有效技術(shù)。

5 結(jié)語(yǔ)

目前,如何提高灌溉用水效率和肥料(氮素)利用率、減少施氮肥對(duì)環(huán)境的影響已成為全球性問(wèn)題。根據(jù)我國(guó)農(nóng)業(yè)研究的現(xiàn)狀,我們可采用:(1)進(jìn)行科學(xué)的施肥和灌溉,即以水促肥,以肥調(diào)水,兩者相輔相成;(2)充分利用當(dāng)?shù)亟涤陱搅鳌⒂行Э刂乒喔扔盟浚_(dá)到節(jié)約灌溉用水的目的;(3)結(jié)合不同作物在不同生長(zhǎng)時(shí)期對(duì)水肥的不同需求,注重當(dāng)?shù)馗鞣绞?、土壤質(zhì)地、降水資源等條件,建立完善的水氮管理模式,以期在節(jié)水灌溉的基礎(chǔ)上最大可能地發(fā)揮氮肥的增產(chǎn)效果,減小肥料對(duì)環(huán)境的污染破壞。

[1]張維理.我國(guó)北方農(nóng)用氮肥造成地下水硝酸鹽污染的調(diào)查[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),1995,1(2):80-87.

[2]AhujaLR,SharpleyAN,YamamotoM,etc.Thedepthof rainfall-runoff-soil interaction as determined by32P [J].Water Resource Res,1981,(17):969-974.

[3]Khan Akbar Ali,Yitayewmuluneh,Warriek A.W.,F(xiàn)ield evaluation of Water and solute distribution from a point source [J].Irrigation and Drainage Engineering,ASCE,1996,122(4):221-227.

[4]馮紹元,鄭耀泉.農(nóng)田氮素的轉(zhuǎn)化與損失及其對(duì)水環(huán)境的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù),1996,15(06),277-279.

[5]陳子聰,章明清等.氮肥對(duì)菜園土壤硝態(tài)氮淋溶流失的影響[J].生態(tài)環(huán)境,2008,17(3):1230-1234.

[6]曹兵,李新慧,張琳等.冬小麥不同基肥施用方式對(duì)土壤氨揮發(fā)的影響[J].華北農(nóng)學(xué)報(bào),2001,16(02):83-86.

[7]譚軍利,王林權(quán),王西娜等.不同灌水模式對(duì)土壤水分和硝態(tài)氮分布的影響[J].灌溉排水學(xué)報(bào),2008,27(5):29-33.

[8]武曉峰,張思聰,唐杰.節(jié)水灌溉條件下冬小麥生長(zhǎng)期田間氮素遷移轉(zhuǎn)化試驗(yàn)[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),1998,(01):92-95.

[9]張亞麗,張興昌,邵明安,等.降雨強(qiáng)度對(duì)黃土坡面礦質(zhì)氮素流失的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2004,20(3):55-58.

[10]曹曉華,胡安宏,氮肥使用量與環(huán)境水體中NO3--N測(cè)定及污染防治〔J〕.甘肅環(huán)境研究與監(jiān)測(cè),2002,15(1):56-57.

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