不同灌溉和施肥條件下土壤氨揮發特性研究

李婧羿

1 引言

氮是許多生物過程的基本元素，它存在于組成蛋白質的氨基酸中，是構成DNA等核酸的四種基本元素之一。在植物中，大量的氮素被用于制造可進行光合作用、供植物生長的葉綠素分子。作為生命體必需元素和農業的增產要素，如何合理使用氮肥，對植物生長、農田增產起著至關重要的作用。

植物體在吸收土壤中的氮肥時，只能利用兩種形態的氮，即銨態氮（NH4+）和硝態氮（NO3-）。如果土壤中不是這兩種形態的氮，就必須要經過微生物的轉化過程，轉化成銨態氮和硝態氮后才能被植物吸收利用。

植物吸收土壤中的銨鹽和硝酸鹽，進而將這些無機氮同化成植物體內的蛋白質等有機氮，動物直接或間接以植物為食物，將植物體內的有機氮同化成動物體內的有機氮，這一過程為生物體內有機氮的合成。動植物的遺體、排出物和殘落物中的有機氮被微生物分解后形成氨，即氨化作用。在有氧的條件下，土壤中的氨或銨鹽在硝化細菌的作用下最終氧化成硝酸鹽的過程叫做硝化作用。在氧氣不足的條件下，土壤中的硝酸鹽被反硝化細菌等多種微生物還原成亞硝酸鹽，并且進一步還原成分子態氮，分子態氮返回到大氣中，這一過程被稱作反硝化作用。

氨揮發的過程發生在氨化作用中，當有機氮被微生物分解形成氨后，當土表或土表水面的氨分壓（氣相中氨的濃度）大于大氣的氨分壓（大氣中氨的濃度）時，氨發生揮發。氨揮發在氮的損失中約占20%～40%，因此分析研究不同的灌溉、施肥條件下土壤中氨揮發的特性，對合理使用氮肥，提高氮肥利用率、防止氮污染有著重要作用。

2 影響氨揮發因素研究現狀

氨揮發損失是氨自土表或水面（水田）逸散到大氣造成氮素損失的過程。影響氨揮發的主要因素是土表或土表水面的氨分壓及掠過土面或水面的風速，前者決定于土壤溶液或田面水的銨離子濃度，風速除受氣象條件影響外，還受植被郁閉度的影響[1]。在氨揮發影響因素方面，前人做了大量研究。例如，董文旭等[2]的研究成果表明，肥料施用時間、土壤溫度和灌水等因素顯著影響土壤氨揮發速率；氨揮發損失量在0.66～35.00kg/（hm2·d）之間，占施肥量的0.09%～14.90%，且大部分氨揮發發生在夏玉米時期，施肥后及時澆水能有效減少氨揮發，特別是在低初始水分條件下最為明顯，而在高土壤水分含量條件下，澆水時間對氨揮發量的影響減弱。王玨等[3]的研究結果也表明：冬小麥施用氮肥后氨揮發速率升高，高峰期持續時間較短，基肥與追肥后氨揮發速率最大分別達到1.12kg/（hm2·d）和0.66kg/（hm2·d），可見冬小麥基肥氨揮發損失高于追肥。

3 氨揮發特性及減少途徑

3.1 不同灌溉條件下土壤中氨揮發特性

在不同的灌溉條件下，土壤中的水分分布情況各異，從而影響到土壤中水氮的運移，造成氮素在時空分布方面的差異，以至影響著氨揮發的速率及進程。例如，彭世彰等[4]開展了不同灌溉模式下稻田氨揮發損失的田間試驗，分析了節水灌溉稻田中氨揮發速率的季節變化規律與稻季氨揮發的損失量，以及稻田氨揮發速率與影響因素之間的相互關系。研究結果表明，控制灌溉稻田中氨揮發的速率與淹水灌溉稻田中的變化規律基本一致，與淹水灌溉相比，控制灌溉減少了稻田氨揮發損失。馬騰飛等[5]對新疆北部灰漠土在不同灌溉方式下施肥后土壤氨氣揮發損失進行了研究，在網室內利用土柱進行滴灌和漫灌模擬實驗，通過自行設計的連續抽氣裝置研究了滴灌和漫灌方式下施肥后土壤氨的揮發損失。結果表明：在不同施肥處理下（N240kg/hm2，N360kg/hm2和 N480kg/hm2），漫灌氨氣揮發量略高于滴灌。氨揮發主要發生在作物生長的初期階段，滴灌前3次收集的氨揮發量占總損失量的41%～56%。

3.2 不同施肥條件下土壤中氨揮發特性

不同的施肥方式會造成氮素在時空分布上的差異性。馬騰飛等[5]在對新疆北部灰漠土的研究試驗中也發現，不同施肥量對氨揮發有著重要影響，N360和N480處理與N240和N0處理差異顯著。在相同灌溉處理下，全生育期收集的氨氣損失總量 N360＞N480＞N240＞N0，其中FN360（漫灌N360）處理收集的氨氣損失總量最高，為 1.407kg/hm2，占肥料（N）比例的 0.39%（＜1%）。葛順峰[6]等在研究中發現，有機無機肥配施可以有效減少氨揮發損失，以有機肥和化肥各半最好。楊淑莉等[7]發現不同施氮方式下土壤氨揮發速率、氨揮發累積量及其占施氮量的比率均隨施氮量的增大而增大。吳萍萍等[8]采用密閉室法對南方紅壤地區雙季稻田的氨揮發進行了監測。發現不同施肥制度下氨揮發的變化規律基本相同，施肥后1～3d內達到峰值，隨后逐漸下降，1周后無明顯排放。氨揮發速率隨施氮量增加而增加。尿素的施用促進氨揮發，而在等氮施用量下，缺磷處理通過氨揮發損失的氮量較多，較高水平的秸稈和綠肥施用也會增加氨揮發量。此外，氨揮發與田面水NH4+-N濃度及水層pH值之間存在正相關關系，氣候條件也顯著影響氨揮發量。

氮肥在土壤中的深度對氨揮發有顯著影響。研究表明，尿素表施方式下的氨揮發損失率最高達46%。除受施肥影響外，彭世彰等[4]的研究成果說明，稻田氨揮發還與田面水（表層土壤水）銨態氮濃度、空氣溫度、風速、日照時數及空氣濕度等有密切關系。

3.3 減少途徑

蘇芳等[9]在試驗中發現，與尿素對比，采用硝酸銨、硝酸銨鈣和硫硝酸銨肥料的氨揮發比尿素要低，其中硝酸銨最低，其次為硫硝酸銨和硝酸銨鈣，結果表明，新型肥料可有效減少氨的揮發，提高氮肥利用率。另外，影響氨揮發的主要因素是土表或土表水面的氨分壓及掠過土面或水面的風速，前者決定于土壤溶液或田面水的銨離子濃度，因此，努力降低施肥后土壤溶液或田面水中的銨離子濃度及pH值，是減少氨揮發的技術關鍵。

4 結論和建議

通過對現有研究成果分析發現，不同灌溉方式對氨揮發的影響不大，而不同的施肥方式，尤其是不同的肥料對氨揮發影響較大。氨揮發的速率主要取決于土壤表層或土表水層中氨和銨的濃度、pH值、溫度及風速等。例如，土壤本身pH值、陽離子交換量、碳酸鈣含量、銨態氮的相伴陰離子種類、氮肥使用方法等都會對氨揮發的過程產生影響，因此為有效提高氮素利用效率，應多采用新型肥料或有機肥與無機肥配比施入，同時盡可能采取深施施肥方法，從而減少氨揮發所造成的損失。

現有的研究狀況雖然對氨的揮發速率、揮發總量做了大量研究，但對如何減少氨的揮發還缺乏具體的試驗研究，為提高實際生產過程中氮素的利用率，今后還需著重研究減少氨揮發的途徑及方法。

綜上所述，研究不同灌溉、施肥條件下土壤中氨的揮發特性，對探討氮素在土壤中運移和轉化機理，分析不同環境條件下影響氮素運移和轉化過程有著重要作用，對豐富和發展灌溉理論與技術，提高氮肥利用率，合理制定農田水肥管理措施，減輕氮肥對土壤和地下水污染及提高氮肥利用率等具有重要意義。

[1] 朱兆良.田中氮肥的損失與對策[J].土壤與環境，2000（1）：1-6.

[2] 董文旭，吳電明，胡春勝，等.華北山前平原農田氨揮發速率與調控研究[J].中國生態農業學報，2011（5）：997-1003.

[3] 王玨，巨曉棠，張麗娟，等.華北平原小麥季氮肥氨揮發損失及影響因素研究[J].河北農業大學學報，2009（3）：5-11.

[4] 彭世彰，楊士紅，徐俊增.節水灌溉稻田氨揮發損失及影響因素[J].農業工程學報，2009，25（8）：35－39.

[5] 馬騰飛，危常州，王娟，等.不同灌溉方式下土壤中氨揮發損失及動態變化[J].石河子大學學報（自然科學版），2010（3）：294-298.

[6] 葛順峰，姜遠茂，彭福田，等.春季有機肥和化肥配施對蘋果園土壤氨揮發的影響[J].水土保持學報，2010（5）：199-203.

[7] 楊淑莉，朱安寧，張佳寶，等.不同施氮量和施氮方式下田間氨揮發損失及其影響因素[J].干旱區研究，2010（3）：415-421.

[8] 吳萍萍，劉金劍，楊秀霞，等.不同施肥制度對紅壤地區雙季稻田氨揮發的影響[J].中國水稻科學，2009（1）：85-93.

[9] 蘇芳，黃彬香，丁新泉，等.不同氮肥形態的氨揮發損失比較[J].土壤，2006（6）：682-686.