导读

大气和水体产生污染风险

氮素在作物生产中起着关键作用，旱田氮肥是土壤促进作物生长的关键。然而，氮淋不合理地施用氮肥不仅会导致作物产量较低，失阻施研不能发挥其他农艺措施所带来的控措增产效果, 而且还会增加氮肥在土壤中的残留量和损失量，大气和水体产生污染风险。究进在我国，旱田由于过多的土壤氮肥通过淋溶和径流损失至水体中而造成富营养化，已经成为当今环境问题的氮淋重中之重，严重地威胁着我们的失阻施研生产和生存环境安全。

土壤氮素的控措向下淋溶是氮肥损失的重要途径，也是究进造成地下水质量下降以及水体富营养化的主要原因。旱田是旱田我国重要的耕地类型，约占耕地总面积的土壤 54.4%，也是氮淋重要的氮素淋失和面源污染发生区域。因此，研究旱地农田土壤氮素淋失阻控技术是面源污染相关研究的重点和热点。已有许多相关研究对此进行了探索和试验，如减量施肥、平衡施肥等施肥管理，使用缓/控释肥、保水剂和生物炭等新型土壤调节剂，进行免耕和种植绿肥相结合的耕作方式和通过调整灌溉制度和方式来优化田间水分管理等措施。本文从施肥管理角度（减量施肥和平衡施肥）、水分管理角度（灌溉制度、灌溉方式和保水剂施用）以及缓/控释肥和生物炭这 2 种近些年较为热门的添加材料的角度，综述旱田土壤氮素淋溶损失的阻控技术措施，以此为减少氮淋失造成的面源污染环境问题及提高氮肥利用率提供依据和技术支持。

1 施肥管理

1.1 减量施肥

合理施用氮肥可以提高氮肥利用效率，减少氮肥浪费，是既能维持高水平作物产量，又能减少氮肥环境污染的重要手段。氮肥施用过多，对作物产量增长无贡献，反而造成投入成本的提高以及过多氮素在土壤中的残留，形成高氮素淋失风险，因此，氮肥减量施用成为阻控氮素淋失的首选手段。

目前，由科技部启动的“十三五”计划“双减”项 目，即：化学肥料和农药减施增效综合技术研发重点研发计划专项，已经接近尾声，化学氮肥的减量施用就是该项目的主要目的之一。这体现了国家层面上的对于减量施肥手段的重视。有关减量施肥的研究众多，也有相关的文献对其进行了综述，证明了减量施肥是保证作物较高产量、阻控氮素淋失的有效手段。唐珧等综述氮素淋溶影响因素研究进展时指出，现有减量施肥研究的处理方式大多集中于在当地施肥基础上进行 20%~30% 的减量处理，但也有达到50%的高量减氮处理，而多数研究结果表明减量施肥是保持作物产量稳定、减缓氮素淋溶行之有效的措施。

Valkama等综合春播作物的研究结果进行Meta分析得出的结论为减量施肥的具体实施提供了一定的借鉴，分析结果表明减少氮素投入20~75 kg/hm2能够在不影响经济产量的情况下减少农田系统中氮失10~40 kg/hm2。刘兆辉等也总结了减量施肥对小麦、玉米和蔬菜等影响的进展，并对其包括氮素淋失方面的生态环境影响也进行了综述，提出应注意个别地区减量施肥对产量的负影响，而适当配施有机肥或者绿肥等有机物料可能会达到促进减氮措施阻控氮素淋失和保持作物产量两方面兼得的效果。近几年关于减量施肥的最新研究也均支持了减量施肥可以阻控土壤氮淋溶淋失的论断。 

1.2 平衡施肥

减量施肥是减少多余氮素淋失的直接办法，除此之外，通过平衡施肥也能在一定程度上达到减少氮素淋失的效果。平衡施肥与减量施肥在涵义内容上具有一定程度上的重叠，两者均是对施肥量进行调整以达到肥料利用率最大化的目的，而在当前化学肥料施用量普遍过大的背景下，平衡施肥实际上也需要通过减量施肥来达其“平衡”的目的。然而，平衡施肥并不像减量施肥那样，仅仅是针对一种或几种过量施用的主要肥料而言的，其目的在于施肥配比的“平衡” 性，而非单纯的肥料“减量”，而这种“平衡”本身也可以在一定程度上达到减弱氮素淋失的效果。氮肥和磷肥配施以及氮肥、磷肥和钾肥配施可以有效地降低小麦-玉米轮作土壤的氮素淋溶损失，而施磷和施钾的不足则会增加硝态氮的淋失。刘德平等的研究结果模拟出施磷、钾量均分别与 0~160 cm 土层硝态氮累积量满足二次多项式关系，缺磷、缺钾能够抑制作物对氮素的吸收，造成土体中硝态氮残留增加，形成氮素淋失风险，而氮、磷、钾合理配比平衡施肥能够有效减少土壤硝态氮的残留，进而减弱氮素淋失风险。

杨万忠等的研究结果也表明，尽管氮肥施用量从 13.9 kg/hm2大幅度增加至 181.2 kg/hm2，但是在磷肥和钾肥也同样大幅度增加的情况下，80~160 cm 的下层土壤硝态氮含量及累积量无显著变化。平衡施肥能够降低土壤氮素淋失的机理主要在于它可以提高作物机体的活性和生物量，如增施磷肥可明显提高根系的活性吸收面积，促进根系生长，这有利于作物扩大对土壤中深层次氮素的吸收和利用，降低土壤剖面中的氮素的累积，以及淋溶损失。因此，合理的氮、磷、钾配施，做到平衡施肥，可以提高氮肥利用率，也是降低土体中氮素淋溶损失的有效措施之一。

减量施肥和平衡施肥，都是在施氮技术上的改进，且很多时候需要配合秸秆还田、无机肥配施等措施，以保障氮素的投入，而这些改进一方面很大程度上增加了工作量和生产成本，需配套机械进行大面积推广和应用，从而受到一定程度的限制。另一方面，减量多少和如何平衡的问题在不同地区的土壤和作物等情况下千差万别，这还需要进行大量的研究工作，进而能因地制宜地制定相应施肥制度。 

2 水分管理

土壤中水分是造成氮素淋失的基本条件，不合理的灌溉会造成严重的氮素淋溶损失问题。通过水分管理达到阻控氮素淋失的主要原则是减少根层土壤的水分渗漏，主要是通过优化灌溉制度和调整灌溉措施，在满足作物对水分需求的同时，减少多余水分向土壤下层流动来实现的。

2.1 优化灌溉方式和制度

按照作物需水规律和降雨情况优化灌溉方式和制度是降低氮素淋失的有效措施。井大炜的研究表明，与大水漫灌相比，畦灌使 0~40 cm 土层的硝态氮含量显著升高，而60~100 cm土层的硝态氮含量却明显降低。张志云等在保证总灌水量相同的前提下，观察了灌溉频率分别为间隔3、6和9 d情况下的土壤氮素淋失状况变化，发现灌溉频率为9 d的处理土壤氮淋失最大，因此，研究主张在特定施氮水平和灌溉条件下，根据实际情况尽量选择“少量多次”的灌溉方式。李桂花等依据当地40 a的气象资料，结合当地农民的习惯，对玉米-小麦轮作设定了 5 种灌溉方式，通过试验发现，根据不同降雨量采用相应的灌溉模式，既可以保证产量，又可以减少氮淋失。能够做到最大化阻控氮素淋失的灌溉制度，是根据气象条件、田间墒情以及作物生长状况等实时信息来制定“实时”灌溉计划。实时灌溉是农业灌溉走向智能化、自动化和现代化的重要标志，可达到节水、高产、高效益的目的，也是实现氮素淋失阻控的重要手段。 

2.2 运用喷灌、滴灌和渗灌等灌溉技术

一般认为，农田灌溉技术或装备中能够提高水分利用率的，同时也会提高氮素利用率，降低氮素淋失。喷灌、滴灌和渗灌是有效的节水灌溉技术，能够保障水分被有效地输送到农田，同时能够较好地调控灌溉水量和频率，防止水资源的过多流失，所以可以避免氮素等养分的淋失。

张学科等的研究结果表明，滴灌比沟灌减少灌水量20%时，作物产量增加，且在 0~120 cm 土层土壤硝态氮含量比沟灌低，这也使滴灌条件下氮素利用率显著高于沟灌。Sharma等也指出利用滴灌替代沟灌之后，氮淋失量（硝态氮）由150 kg/hm2下降了近一半，至76 kg/hm2。当然，要使先进的灌溉技术达到节水、稳产、减少氮淋失的目的，新技术也需要遵循作物需水规律，进行合理的灌溉，而实施水肥一体化灌溉则能更好地达成目的。

值得注意的是，喷灌虽然是一种比大水漫灌节水的灌溉技术，但其节水和减少氮淋失的效率要低于滴灌、渗灌。Barakat等对不同灌溉方式进行综述时指出，大水漫灌和喷灌均属于按照一维单向几何学特征使土壤水分饱和，而滴灌和渗灌则是按照二维或三维多向几何学特征使水分饱和，前者比后者使土壤氮素具有更高的淋失风险。但只要灌水时能够严格调整灌水量和施氮量，喷灌也能够达到和滴灌、渗灌同等的减少氮淋失的效果。

声明：本文所用图片、文字来源《环境科学与技术》，版权归原作者所有。如涉及作品内容、版权等问题，请与本网联系

相关链接：氮，磷，钾