不同灌溉和施肥条件下土壤氨挥发特性研究

李婧羿

1 引言

氮是许多生物过程的基本元素，它存在于组成蛋白质的氨基酸中，是构成DNA等核酸的四种基本元素之一。在植物中，大量的氮素被用于制造可进行光合作用、供植物生长的叶绿素分子。作为生命体必需元素和农业的增产要素，如何合理使用氮肥，对植物生长、农田增产起着至关重要的作用。

植物体在吸收土壤中的氮肥时，只能利用两种形态的氮，即铵态氮（NH4+）和硝态氮（NO3-）。如果土壤中不是这两种形态的氮，就必须要经过微生物的转化过程，转化成铵态氮和硝态氮后才能被植物吸收利用。

植物吸收土壤中的铵盐和硝酸盐，进而将这些无机氮同化成植物体内的蛋白质等有机氮，动物直接或间接以植物为食物，将植物体内的有机氮同化成动物体内的有机氮，这一过程为生物体内有机氮的合成。动植物的遗体、排出物和残落物中的有机氮被微生物分解后形成氨，即氨化作用。在有氧的条件下，土壤中的氨或铵盐在硝化细菌的作用下最终氧化成硝酸盐的过程叫做硝化作用。在氧气不足的条件下，土壤中的硝酸盐被反硝化细菌等多种微生物还原成亚硝酸盐，并且进一步还原成分子态氮，分子态氮返回到大气中，这一过程被称作反硝化作用。

氨挥发的过程发生在氨化作用中，当有机氮被微生物分解形成氨后，当土表或土表水面的氨分压（气相中氨的浓度）大于大气的氨分压（大气中氨的浓度）时，氨发生挥发。氨挥发在氮的损失中约占20%～40%，因此分析研究不同的灌溉、施肥条件下土壤中氨挥发的特性，对合理使用氮肥，提高氮肥利用率、防止氮污染有着重要作用。

2 影响氨挥发因素研究现状

氨挥发损失是氨自土表或水面（水田）逸散到大气造成氮素损失的过程。影响氨挥发的主要因素是土表或土表水面的氨分压及掠过土面或水面的风速，前者决定于土壤溶液或田面水的铵离子浓度，风速除受气象条件影响外，还受植被郁闭度的影响[1]。在氨挥发影响因素方面，前人做了大量研究。例如，董文旭等[2]的研究成果表明，肥料施用时间、土壤温度和灌水等因素显著影响土壤氨挥发速率；氨挥发损失量在0.66～35.00kg/（hm2·d）之间，占施肥量的0.09%～14.90%，且大部分氨挥发发生在夏玉米时期，施肥后及时浇水能有效减少氨挥发，特别是在低初始水分条件下最为明显，而在高土壤水分含量条件下，浇水时间对氨挥发量的影响减弱。王珏等[3]的研究结果也表明：冬小麦施用氮肥后氨挥发速率升高，高峰期持续时间较短，基肥与追肥后氨挥发速率最大分别达到1.12kg/（hm2·d）和0.66kg/（hm2·d），可见冬小麦基肥氨挥发损失高于追肥。

3 氨挥发特性及减少途径

3.1 不同灌溉条件下土壤中氨挥发特性

在不同的灌溉条件下，土壤中的水分分布情况各异，从而影响到土壤中水氮的运移，造成氮素在时空分布方面的差异，以至影响着氨挥发的速率及进程。例如，彭世彰等[4]开展了不同灌溉模式下稻田氨挥发损失的田间试验，分析了节水灌溉稻田中氨挥发速率的季节变化规律与稻季氨挥发的损失量，以及稻田氨挥发速率与影响因素之间的相互关系。研究结果表明，控制灌溉稻田中氨挥发的速率与淹水灌溉稻田中的变化规律基本一致，与淹水灌溉相比，控制灌溉减少了稻田氨挥发损失。马腾飞等[5]对新疆北部灰漠土在不同灌溉方式下施肥后土壤氨气挥发损失进行了研究，在网室内利用土柱进行滴灌和漫灌模拟实验，通过自行设计的连续抽气装置研究了滴灌和漫灌方式下施肥后土壤氨的挥发损失。结果表明：在不同施肥处理下（N240kg/hm2，N360kg/hm2和 N480kg/hm2），漫灌氨气挥发量略高于滴灌。氨挥发主要发生在作物生长的初期阶段，滴灌前3次收集的氨挥发量占总损失量的41%～56%。

3.2 不同施肥条件下土壤中氨挥发特性

不同的施肥方式会造成氮素在时空分布上的差异性。马腾飞等[5]在对新疆北部灰漠土的研究试验中也发现，不同施肥量对氨挥发有着重要影响，N360和N480处理与N240和N0处理差异显著。在相同灌溉处理下，全生育期收集的氨气损失总量 N360＞N480＞N240＞N0，其中FN360（漫灌N360）处理收集的氨气损失总量最高，为 1.407kg/hm2，占肥料（N）比例的 0.39%（＜1%）。葛顺峰[6]等在研究中发现，有机无机肥配施可以有效减少氨挥发损失，以有机肥和化肥各半最好。杨淑莉等[7]发现不同施氮方式下土壤氨挥发速率、氨挥发累积量及其占施氮量的比率均随施氮量的增大而增大。吴萍萍等[8]采用密闭室法对南方红壤地区双季稻田的氨挥发进行了监测。发现不同施肥制度下氨挥发的变化规律基本相同，施肥后1～3d内达到峰值，随后逐渐下降，1周后无明显排放。氨挥发速率随施氮量增加而增加。尿素的施用促进氨挥发，而在等氮施用量下，缺磷处理通过氨挥发损失的氮量较多，较高水平的秸秆和绿肥施用也会增加氨挥发量。此外，氨挥发与田面水NH4+-N浓度及水层pH值之间存在正相关关系，气候条件也显著影响氨挥发量。

氮肥在土壤中的深度对氨挥发有显著影响。研究表明，尿素表施方式下的氨挥发损失率最高达46%。除受施肥影响外，彭世彰等[4]的研究成果说明，稻田氨挥发还与田面水（表层土壤水）铵态氮浓度、空气温度、风速、日照时数及空气湿度等有密切关系。

3.3 减少途径

苏芳等[9]在试验中发现，与尿素对比，采用硝酸铵、硝酸铵钙和硫硝酸铵肥料的氨挥发比尿素要低，其中硝酸铵最低，其次为硫硝酸铵和硝酸铵钙，结果表明，新型肥料可有效减少氨的挥发，提高氮肥利用率。另外，影响氨挥发的主要因素是土表或土表水面的氨分压及掠过土面或水面的风速，前者决定于土壤溶液或田面水的铵离子浓度，因此，努力降低施肥后土壤溶液或田面水中的铵离子浓度及pH值，是减少氨挥发的技术关键。

4 结论和建议

通过对现有研究成果分析发现，不同灌溉方式对氨挥发的影响不大，而不同的施肥方式，尤其是不同的肥料对氨挥发影响较大。氨挥发的速率主要取决于土壤表层或土表水层中氨和铵的浓度、pH值、温度及风速等。例如，土壤本身pH值、阳离子交换量、碳酸钙含量、铵态氮的相伴阴离子种类、氮肥使用方法等都会对氨挥发的过程产生影响，因此为有效提高氮素利用效率，应多采用新型肥料或有机肥与无机肥配比施入，同时尽可能采取深施施肥方法，从而减少氨挥发所造成的损失。

现有的研究状况虽然对氨的挥发速率、挥发总量做了大量研究，但对如何减少氨的挥发还缺乏具体的试验研究，为提高实际生产过程中氮素的利用率，今后还需着重研究减少氨挥发的途径及方法。

综上所述，研究不同灌溉、施肥条件下土壤中氨的挥发特性，对探讨氮素在土壤中运移和转化机理，分析不同环境条件下影响氮素运移和转化过程有着重要作用，对丰富和发展灌溉理论与技术，提高氮肥利用率，合理制定农田水肥管理措施，减轻氮肥对土壤和地下水污染及提高氮肥利用率等具有重要意义。

[1] 朱兆良.田中氮肥的损失与对策[J].土壤与环境，2000（1）：1-6.

[2] 董文旭，吴电明，胡春胜，等.华北山前平原农田氨挥发速率与调控研究[J].中国生态农业学报，2011（5）：997-1003.

[3] 王珏，巨晓棠，张丽娟，等.华北平原小麦季氮肥氨挥发损失及影响因素研究[J].河北农业大学学报，2009（3）：5-11.

[4] 彭世彰，杨士红，徐俊增.节水灌溉稻田氨挥发损失及影响因素[J].农业工程学报，2009，25（8）：35－39.

[5] 马腾飞，危常州，王娟，等.不同灌溉方式下土壤中氨挥发损失及动态变化[J].石河子大学学报（自然科学版），2010（3）：294-298.

[6] 葛顺峰，姜远茂，彭福田，等.春季有机肥和化肥配施对苹果园土壤氨挥发的影响[J].水土保持学报，2010（5）：199-203.

[7] 杨淑莉，朱安宁，张佳宝，等.不同施氮量和施氮方式下田间氨挥发损失及其影响因素[J].干旱区研究，2010（3）：415-421.

[8] 吴萍萍，刘金剑，杨秀霞，等.不同施肥制度对红壤地区双季稻田氨挥发的影响[J].中国水稻科学，2009（1）：85-93.

[9] 苏芳，黄彬香，丁新泉，等.不同氮肥形态的氨挥发损失比较[J].土壤，2006（6）：682-686.