我国农田氨挥发研究进展与减排对策*

刘伯顺,黄立华,黄金鑫,黄广志,蒋小曈

(1.中国科学院东北地理与农业生态研究所 长春 130102;2.中国科学院大学 北京 100049;3.吉林大安农田生态系统国家野外科学观测研究站 大安 131317)

氨挥发是农田氮肥损失的主要途径之一,也是大气中氨浓度不断增加的重要因素。近年来,随着我国人口的不断增长和经济的快速发展,对粮食的需求日益增加,化肥的消耗量也急剧增大,我国已成为世界上最大的化肥生产国和氮肥消费国。据统计,我国氮肥年消费量平均约占世界的30%,水稻(L.)、小麦(L.)和玉米(L.)三大粮食作物的氮肥当季利用率分别为39.0%、34.8%和29.1%,比国际平均水平低15%～50%,这意味着我国农田存在更多的氮肥损失。据报道,2014年全球农田氨挥发损失为12.32 Tg(N)·a,我国占34.09%,达4.20 Tg(N)·a,远高于其他国家。有研究指出,在有利于氨挥发的条件下,农田氨挥发损失能达施氮量的40%～50%。因此,氨挥发在农田氮肥损失方面占据着重要地位。

氨挥发不仅会降低农田氮肥利用率,也会造成大气雾霾、氮沉降和温室效应等环境问题。作为大气中唯一的碱性气体,NH易与硫酸和硝酸反应使大气中PM 2.5 的浓度增加,促进雾霾的形成。以2015年12月华北平原严重雾霾事件为例,PM2.5 质量的30%来自农业中挥发的NH。NH还是活性氮的重要组成部分,其总量的84%可以通过大气干、湿沉降返回陆地和水体,引起土壤酸化、水体富营养化以及物种多样性下降等生态环境问题。IPCC 指出,大气中约有1%的NH会间接生成NO,其增温潜势是CO的298 倍。因此,在大量氨挥发的情况下,NO 的温室效应不容小觑。

科学合理地降低农田NH排放量,是现代农业高效和生态绿色可持续发展面临的必然选择。有研究指出,我国农田NH排放的技术减排潜力为39%～68%,如能实现这一目标可带来巨大的经济和社会效益。快速精准的测量技术是定量研究农田氨挥发的前提,对于不断优化氨挥发的减排措施具有重要意义。我国地域辽阔,土壤和气候条件复杂多变,不同区域的农田管理措施差别较大,农田氨挥发存在较大的时空变异,这也在一定程度上限制了氨挥发减排措施的推广。近年来,我国农田氨挥发测定技术发展迅速,常用的测定方法具有较高的回收率,能在不同条件下量化氨挥发通量,但在提高测定精度和降低氨挥发损失的实际应用中仍存在一些问题。

本文利用R 语言中的科学文献计量软件Bibliometrix,简要分析了最近10年(2011-2020年)我国农田氨挥发的研究现状和时空变异特点,全面梳理了农田氨挥发测定方法的发展历程、原理以及优缺点,系统总结归纳了目前农田氨挥发减排的主要措施及其存在的问题,并提出了一些新的思路,以期为未来我国农田氨挥发研究提供借鉴与参考。

1 农田氨挥发研究现状

我们利用中国知网和Web of Science 检索平台,分别以“氨挥发”和“soil ammonia volatilization”作为关键词,先后检索到2011-2020年关于农田氨挥发的中文论文561 篇、SCI 论文962 篇,将上述文献作为统计数据,利用R 3.6.2 软件中的Bibliometrix 包对发文量、引用频次等数据进行处理和可视化分析。

分析结果表明,全球农田氨挥发研究最近10年呈上升趋势(图1)。以有关农田氨挥发研究的SCI文章发文量为例,2011年全球发表的SCI 文章为74 篇,2020年 为150 篇,增长102.7%。我国SCI 发文量也基本呈不断上升的趋势,2011年为9 篇,2020年为56 篇,增长522.2%,增长速度远高于世界平均水平。我国SCI 发文量占世界发文量的比例也从2011年的12.2%增长到2020年的37.3%,增长25.1个百分点。上述分析均表明,我国有关农田氨挥发的研究在最近10年发展迅速,并在国际上占据重要地位。同时,我国SCI 发文量占中国发文总量的比例也由2011年的13.9%,增长到2020年的40.3%,这表明我国在该领域的国际化趋势日渐明显(图1)。

图1 2011—2020年我国和其他国家关于农田氨挥发研究的发文量及其占比的变化Fig.1 Amount and proportion changes of the articles about ammonia volatilization from farmland in China and other countries from 2011 to 2020

在农田氨挥发研究的SCI 论文发文量排序上,前10 个国家的发文量占全球总发文量的84.3%,其中中国、美国和巴西以超10%发文量占比位列世界前三,成为该领域研究的主体力量(表1)。进一步分析表明,我国最近10年SCI 发文总量为286 篇,发文量占全球发文量的比例达29.7%,远高于其他国家。从国际合著文章占比看,我国为37.4%,略低于日本的38.9%和德国的38.5%,处于中等偏上的位置,表明我国在该领域研究上倾向于国际合作。从引用频次来看,我国SCI 论文的总引用频次最高,为5709,但平均单篇引用频次为19.96,低于新西兰、西班牙、澳大利亚和意大利,处于中等水平,表明我国在该领域研究的国际影响力还有很大的提升空间。

表1 农田氨挥发领域SCI 发文量TOP 10 国家论文发表情况Table 1 Conditions of publication of SCI papers in the field of farmland ammonia volatilization in top 10 countries

2 农田氨挥发特点及影响机制

为探究传统施肥条件下,我国农田氨挥发的时空变异特点,对上述文献进行了筛选,具体标准如下:1)确定用于分析我国农田氨挥发的文献数量为847 篇,且试验为在我国境内开展的大田试验,研究地点中的北方和南方以秦岭-淮河线为界;2)作物类型为小麦、玉米(旱地)和水稻;3)根据小麦、玉米和水稻的全国平均施氮量水平,确定作物生长季总施氮量≥240 kg(N)·hm为过量施氮。从中进行文献提取,并且文献中包括未施氮处理N(用于计算氨挥发损失率),农田管理措施与当地农民传统方式基本相同。采用GetData Graph Digitizer 2.25 软件对所选文献中图表数据进行提取,统计整理文献中的作物类型、试验地点和氨挥发损失率等数据,最终筛选出符合要求的文献共49 篇,用R 3.6.2 软件中的ggplot2包和Adobe Illustrator 2019 进行绘图。

分析结果表明,传统施肥条件下,我国农田氨挥发表现出较大的时空变异性,季节之间、区域之间、水田与旱地之间,以及作物种类之间的农田氨挥发均具有差异(图2)。在时间尺度上,农田氨挥发表现出明显的日动态变化和季节性变化的特点。氨挥发的峰值通常发生在施用氮肥后的1～3 d,在一天中,氨挥发表现出先上升后下降的趋势,NH浓度峰值出现在12:00 左右且白天高于夜间,一周左右NH损失开始下降;在一年中,氨挥发峰值主要发生在夏季。农田氨挥发在时间上的变化主要受气候条件的影响,通常与温度、光照以及风速等有关,也会受到施肥因素的影响。

图2 我国不同耕地类型(A)和作物种类(B)氨挥发损失率Fig.2 Ammonia volatilization loss rates of different arable land (A) and crop (B) types in China

在空间尺度上,我国北方与南方农田的氨挥发损失率总体上差异不显著,但是不同耕地类型的氨挥发损失率却存在显著差异,如南方的水田氨挥发损失率显著大于旱地(＜0.05),北方的水田与旱地氨挥发损失率虽无显著差异,但从全国来看,水田氨挥发损失率大于旱地,且具有极显著差异(图2A) (＜0.01),这可能是因为水田施肥方式多为表面撒施,而旱地施肥通常施后覆土,进而减少了氨挥发损失;同时,南北方之间、水田和旱地之间还存在着气候、土壤、耕作习惯等诸多方面的差异。另外,从作物类型来看,氨挥发损失率从大到小依次为水稻＞玉米＞小麦(图2B),且具有显著差异(＜0.05)。因此,农田氨挥发损失是一个综合因素作用的结果,与施肥、气候、土壤以及作物生长期等均有关,必须多角度全方位进行考量,才能做到科学管控。

农田氨挥发时空尺度的变异,其实质是气象条件(光照、温度、风速等)、土壤条件(pH、CEC、质地、含水量等)以及农田管理措施(施肥、耕作、灌溉等)的差别所导致的,也是这些因素综合作用的结果。已有研究表明,农田氨挥发与田面水或土壤溶液中的 NH浓度和pH 呈显著正相关,能增加NH浓度和pH 的过程均可促进氨挥发。以水田和旱地施用尿素为例,水田施肥方式多为表面撒施,而旱地通常施后覆土,施入农田的尿素在脲酶的作用下迅速水解,使NH浓度和pH 增加,高温和光照等会加速 NH向NH转化,当 NH减少到一定水平后,NH挥发开始减少,这也导致氨挥发的峰值主要出现在施肥后1～3 d 且集中在白天温度较高的时间段,季节分布也主要集中在高温和施肥较多的夏季。与旱地不同,水田氨挥发是在水层中进行的,尿素在水层中水解更加迅速,使水层中 NH浓度和pH 迅速增加,这有利于藻类快速生长,其光合作用会消耗尿素水解产生的CO,进一步提高了水层的pH,为氨挥发创造了有利条件。旱地土壤可以吸附尿素水解产生的部分NH,这在一定程度上抑制了 NH向NH的转化,同时旱地土壤通气性好,硝化作用更加强烈,能够促进 NH向 NO转化,降低 NH浓度的同时还释放H,最终导致旱地土壤氨挥发小于水田(图3)。由此可见,农田氨挥发是多种因素综合作用的结果,施用氮肥是氨挥发的主要推动力,气象条件、土壤条件以及其他农田管理措施则是通过调控氮素转化过程间接地影响农田氨挥发。

图3 水田和旱地施用尿素后氨挥发过程图Fig.3 Diagram of ammonia volatilization process after applying urea in paddy and upland

3 农田氨挥发测定方法

氨气活跃的化学性质不仅造成了农田氨挥发时空分异,还在一定程度上增加了定量测定的难度,如何在测定过程中减少对氨挥发的影响,保证田间氨挥发的真实状态的监测成为迫切需要解决的问题。

有关NH的科学研究,最早可追溯到18世纪中期。1774年Priestley采用装有液态汞的曲颈瓶,首次分离出气态NH,并将其命名为“碱性空气”。这种“碱性空气”随后被正式命名为“氨气(Ammonia)”。18世纪末和19世纪初是农业发展的重要时期,人们逐渐认识到有机肥对于农业高产的重要性,1808年Potts在文中报道了NH排放存在跨界传输,即农田土壤产生的NH可以挥发到大气。

精确有效的测定技术是定量研究农田氨挥发的前提,国外最先开展了相关研究并取得了一系列成果。1849年,Fresenius在德国威斯巴登进行了第一个可行的NH定量评估,测得大气中的NH为70～230 mg·m,但受气体分离和采样技术的限制,测定结果存在很大的不确定性。20世纪40年代农田氨挥发测定方法逐渐完善并迅速发展,1942年Jewitt进行了最早的氨挥发测定室内试验,他采用封闭的广口瓶作为发生装置,内部放置土壤并施用氮肥,在瓶塞处用导管连接稀硫酸溶液用于捕获挥发出的NH,该方法在当时仅限于实验室分析,后经Volk改进后应用到田间氨挥发测定。1973年,Fenn 等在密闭装置的基础上引入空气压缩机,通过保持一定的换气频率和速度来提高NH的回收率和测定精度。1981年Bouwmeester 等首次提出了风洞法,该方法利用自动控制系统改进了装置的通气条件,并在欧洲得到广泛应用。上述方法往往基于一定体积的箱体,适用于测定小尺度农田氨挥发。为监测大面积(一般要求是150 m×150 m)农田氨挥发通量,Denmead 等提出了微气象学法,并将微气象学法分为质量平衡法、梯度扩散法和涡度相关法。对于更大尺度(国家或全球)的农田氨挥发,目前主要使用模型法和挥发因子法进行评估。进入21世纪,先进的光谱技术为动态监测农田挥发的痕量NH提供了可能,其中包括Warland 等使用的可调谐二极管激光吸收光谱仪,该方法实现了农田氨挥发的实时动态监测,大幅度提高了测定精度和效率,是氨挥发测定技术的历史性突破。

我国农田氨挥发的研究起步较早,20世纪50年代就开展了相关的研究,并在国外测定方法的基础上进行了改进。1983年赵振达等在Hargrove 方法上进行了改进,该方法是基于氮素平衡理论间接估算氨挥发,误差较大。1987年南京土壤研究所联合澳大利亚国际研究中心,在中国丹阳比较了3 种简化的微气象学法,结果表明分别测量稻田水面以上0.8 m 处的风速和NH浓度,得到的数据最为准确。2002年王朝辉等采用浸有磷酸甘油溶液的海绵捕获田间土壤挥发的NH,该方法不需要动力设备,简单易行,在我国得到了广泛推广和应用。2012年杨文亮等将可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)与反向拉格朗日扩散模型(BLS)相结合,为探索农田氨挥发动态变化规律提供了新技术。此外,Huang 等和Ma 等分别采用挥发因子法编制了全国和全球农田氨排放清单,在评估国家和全球尺度农田氨挥发方面取得了重要进展,也为农田氨挥发空间异质性研究提供了理论支持。

总体来看,随着时间的推移,农田氨挥发测定方法已逐渐趋于成熟,能够应用于不同尺度氨挥发的评估与测定。依据不同的测定原理,可将其大致划分成3 类,分别是间接估算法、化学吸收法和光学测定法。

3.1 间接估算法

间接估算法是间接测定农田氨挥发的一类方法,可细分为差值法、模型法和挥发因子法。其中,差值法主要是基于农田氮素平衡,从施肥总量中减去植物吸收量、土壤残留量和淋失量来估算NH的挥发量,该方法无需捕获挥发的NH,通过计算即可获得氨挥发损失量,但忽略了反硝化作用,误差较大。模型法可以较为全面地评估大尺度农田氨挥发状况,但在使用前通常需要进行田间验证以及大量的气象和土壤等数据支撑,这往往限制了它的推广与使用。挥发因子法只需要一些氮素投入量、肥料和土壤pH 等基础数据便可以进行国家或全球尺度的农田氨挥发估算,但在更小的区域尺度上应用时,估算精度会受到影响。

总之,间接估算法需要一定数量的研究数据做支撑,适用于评估较大尺度的氨挥发,不同估算方法的结果存在较大差异,其结果的准确性往往依赖于选取的数据是否充足、具体、真实和有效。

3.2 化学吸收法

化学吸收法的特点是利用酸液(2%的硼酸溶液或2%稀硫酸溶液等)对农田挥发的NH进行捕获,一段时间后带回实验室进行滴定分析,可细分为箱式法和微气象学法。箱式法包括密闭室法、德尔格氨管法(DTM 方法)、密闭室间歇抽气法、通气法和风洞法,主要用于田间小尺度氨挥发对比试验。微气象学法以质量平衡法为主,通常用于田间较大尺度氨挥发通量测定。上述方法的原理、装置示意图和优缺点如表2所示。

表2 化学吸收法测定氨挥发的原理及优缺点Table 2 Principles,advantages and disadvantages of chemical absorption method for determination of ammonia volatilization

总体来看,化学吸收法具有较高的测定精度,其中密闭室间歇抽气法和通气法也是目前我国应用最多的方法,但这类方法无法避免人为操作对试验结果造成的影响,且NH性质非常活跃,易溶于仪器管壁上凝结的水珠,造成测量结果偏低。

3.3 光学测定法

光学测定法基于比尔-朗伯定律,即NH分子会选择性吸收特定波长的光造成光能量的衰减,NH的分子数与光衰减的能量呈正比,从而构建光谱信息与NH浓度之间的函数关系。NH在中红外波段的吸收峰要明显强于近红外波段,在紫外线和近红外线的HO、NO 和NO的吸收光谱可能会与NH的光谱重叠,进而干扰NH的测定,因此选择合适的光谱范围对于精确检测氨挥发具有重要意义。常见的光学测定法的原理、优点和缺点如表3所示。

表3 常见的光学测定法测定氨挥发的原理及优缺点Table 3 Principles,advantages and disadvantages of common optical measurement methods for determination of ammonia volatilization

总体来看,这类方法实现了由耗时低效的人工分析向快速高效的设备连续分析的转变,选择性好,精度高,但受目前成本较高因素的限制,应用范围和数量还有很大的局限性。

4 农田氨挥发的减排措施

近年来,我国有关农田NH减排措施的研究得到迅速发展,包括优化施肥、灌溉和耕作方式,秸秆还田,施用脲酶抑制剂和生物炭等,在控制氨排放方面发挥着重要作用,但一些减排措施仍存在争议,在实际应用中也面临着一些问题。

4.1 施肥管理

农田氨挥发会随着氮肥施用量的增加而增加,且增长速度高于线性增长。在当前过量施肥的背景下,适当减少氮肥的投入量并不会影响作物产量,还能有效减少NH排放。Liu 等通过模型模拟发现,将中国旱地氮肥用量减少20%,氨挥发量将减少24%。尽管“减氮行动”已在我国普遍开展,但不同地区具体怎样“减氮”仍缺乏理论指导。如何在不影响作物产量的前提下,通过减少氮肥投入量实现最小NH排放量仍需要进一步研究。

有机肥是我国农业生产中非常重要的养分资源,施用有机肥对于氨挥发的影响尚存在争议。有研究认为,施用有机肥可以增加土壤有机酸的含量,降低pH,减少NH排放量。也有研究认为,施用有机肥会增加脲酶活性,进一步促进氨挥发。最近,新型肥料在抑制农田氨挥发方面得到广泛关注,研究表明,缓/控释肥料的包膜材料可以缓慢释放氮素并与作物需求同步,增加氮素利用率,减少氨挥发。也有研究表明,绿色木霉和枯草芽孢杆菌等生物肥料可以增加氨氧化菌(AOA 和AOB)的丰度来增加硝化作用,减少土壤中NH+浓度,降低NH排放。当前我国有机肥施用以人工为主,利用率低,需尽快向专业化的方向发展。同时,新型肥料在包膜材料的稳定性、肥效期等方面有待于进一步研究,尽快发挥其控制农田氨挥发的主力军作用。

氮肥深施被认为是增加产量,减少氨挥发的有效途径。Yao 等研究发现,在稻田尿素深施后,季节性氨挥发量仅为施氮量的1%,比地面撒施处理降低了91%。Liu 等研究发现氮肥深施后,氨挥发量减少了20%～45%,这是因为氮肥深施使土壤胶体吸附了更多的 NH,抑制了脲酶活性,降低了NH浓度和田面水pH,抑制了氨挥发。然而,人工深埋氮肥的劳动力成本较高,水田或山地等特殊地形的农田条件下,施肥机械的应用又受到很大限制,也在一定程度上阻碍了我国农田氮肥机械深施技术的发展。

4.2 灌溉管理

灌溉对农田氨挥发的影响通常是与氮肥结合实现的,合理的水肥管理对于减小NH排放非常重要。Xu 等研究表明,与淹水灌溉相比,控制灌溉能有效减少稻田14%的NH排放量。通常认为施肥后立刻灌溉会抑制氨挥发,因为较多的灌溉水会将表层尿素带入深层土壤,增加了土壤胶体对NH的吸附能力,但过量灌溉可能会增加氮素淋溶风险。因此,要结合区域实际情况,选择合适的灌溉量和灌溉时间,减少氨挥发的同时避免氮素淋溶损失。

4.3 耕作管理

合理的耕作方式在减少农田氨挥发方面也发挥着重要的作用。Zhao 等研究发现,水稻和豆科作物轮作可减少31.3%～38.0%的NH排放量,这是因为豆科绿肥代替了部分化肥的投入,但同时增加了CH的排放量。而免耕可有效降低温室气体排放,但免耕稻田氨挥发量比常规翻耕高,这是因为免耕带来脲酶活性的增加和氮肥施用深度的减少。因此,在选择耕作方式减少农田氨挥发同时,还要重点关注其对温室气体排放的影响。

4.4 秸秆还田

秸秆还田对农田氨挥发的影响目前尚存在一定的争议。有研究表明玉米秸秆还田显著降低了氨挥发量,也有研究发现秸秆还田会促进氨挥发,二者的差异主要取决于秸秆种类、温度、风速和土壤条件等。一方面,秸秆覆盖减缓了高温和强风对氨挥发的影响,这可能会抑制氨挥发;另一方面,高C/N 秸秆可能会提高微生物活性,增强尿素水解和田面水 NH-N 浓度,秸秆分解过程中会释放碱性阳离子,增加pH 并促进氨挥发。当前已报道的秸秆还田引起的氨挥发损失率差异较大(5%～39%),需要进一步研究。在实际应用过程中也要综合考虑当地的气候、土壤以及秸秆本身的C/N 等因素。

4.5 脲酶抑制剂和硝化抑制剂

近年来,脲酶抑制剂被广泛应用于农田来延缓尿素水解,降低土壤或田面水中NH的浓度,减少NH排放。Sha 等研究发现,与常规尿素相比,脲酶抑制剂处理的尿素氨排放量减少了41%～96%。尽管脲酶抑制剂在抑制氨挥发方面表现出巨大的潜力,但它的稳定性受温度、降水和土壤性质的影响较大,对增加作物产量的贡献较小。硝化抑制剂通常会抑制硝化作用来增加NH在土壤中的停留时间,它往往会增加作物产量但也会增加氨挥发风险。因此脲酶抑制剂常与硝化抑制剂配合使用以达到经济效益和环境效益的平衡,但二者如何配比才能达到最大收益,以及对氨挥发的长期影响和作用机制仍有待于进一步研究。

4.6 生物炭

生物炭是近年兴起的一种有机新材料,因具有较大的表面积和良好的吸附性在农业领域被广泛应用。有研究发现,施用生物炭会减少氨挥发,这主要是因为生物炭增加了土壤胶体对 NH的吸附,刺激了AOA 和AOB 菌的活性,促进了硝化作用,使土壤溶液或田面水中的 NH浓度降低。也有研究报道施用生物炭会使小麦和玉米季节性氨挥发增加31%和26%,这是因为生物炭会增加土壤pH,促进氨挥发。比起热解法制得的生物炭,水热碳化产生的水热炭由于自身较低的pH 和良好的吸附性能,在抑制氨挥发方面表现出巨大的潜力。而随着时间的推移,老化生物炭的功能也会有所变化,有关老化生物炭对氨挥发的影响仍需要进一步研究。

总体而言,我国农田氨挥发减排措施可归纳为研发新型肥料、改进施肥方式、完善管理方式和添加土壤添加剂4 个方面,其减排效率、主要优势、存在的问题和改进方向如表4所示。

表4 我国农田氨挥发主要减排措施的优势及存在的问题Table 4 Advantages and problems of the main emission reduction measures for ammonia volatilization from farmland in China

5 未来减排对策的几点思考

随着全社会可持续发展和环境保护理念的不断深入,清洁生产、绿色发展、生态农业等将是未来人类社会发展的必然趋势。总的来看,我国农田氨挥发方面的科学研究和减排行动在近10年得到迅速发展,在测定方法上日趋向精准化和智能化迈进,农田减排也将是未来一段时期内的重要命题,以下几个方面值得深入研究与思考。

5.1 农田氨挥发的微生物学机理和时空变异性

目前我国农田氨挥发的研究主要集中在短时间和小尺度的氨挥发综合对比,研究机理多为物理和化学机制,缺乏对农田氨挥发微生物学机理和时空变异性的深入研究。在未来的研究中,应将农田氨挥发与土壤中氮素转化功能微生物相结合,深入理解其微生物学机理。在时间上,要加强农田氨挥发长期定位试验点的建设,综合分析短期试验和长期定位试验的结果,明确不同时间尺度农田氨挥发的差异。在空间上,应加强不同单位之间的合作,将单点的试验结果与多点的试验结果进行联网分析,深入探讨不同区域农田氨挥发的关键影响因素。

5.2 农田氨挥发测定方法的对比研究及空天地一体化技术的应用

当前我国农田氨挥发测定方法较为单一,手段也较为落后,受人为操作的影响大,且研究主要采用某一种方法,缺乏不同方法的综合对比。因此,未来应在不同区域进行氨挥发测定技术的对比研究,探讨不同区域最佳的测定方法。同时应加强光学传感器的研发,为农田氨挥发提供多种监测手段,包括土中监测、地面监控、无人机空中近摄与天上卫星遥感等立体信息采集系统,结合分子光谱技术可实现高精度和高时间分辨率的农田氨挥发动态监测,推动农田氨挥发监测的空天地一体化技术的应用,在此基础上建立人工神经网络,对监测得到的数据进行训练,建立动态模型实现农田氨挥发的准确预测与预警。

5.3 农田耕作机械化与智能化,逐步完善减排评价体系

施肥是影响农田氨挥发最重要的因素,但我国农业机械化水平低,施肥和灌溉等农田管理措施仍存在一定的盲目性,这在一定程度上加剧了农田氨挥发。未来应加强机械深施等先进农机具的研发,增加农民购买农机具的补贴,注重农业人才的培养。建立精准施肥技术体系,采用信息传感技术获取气象和土壤等数据,通过云计算和物联网等将数据分析结果传输到用户终端,支持用户做出科学的农田管理决策,结合作物对氮素的需求,采用变量施肥和自动灌溉等技术,提高作物对氮素的利用效率,减少氨挥发损失。

同时,我国农田氨挥发的减排措施研究往往只关注氨气排放的绝对量,忽视了对其他氮素损失途径的影响,未来的研究应从氮素循环的整体出发,建立完善的农田氨挥发评价体系,因地制宜,在降低农田氨挥发的同时减少其他途径的氮素损失,以减少氮素的总体损失,提高氮肥利用效率为目标,实现经济和环境的最大效益。