农田非点源氮污染研究进展

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1、谢红梅等：农田非点源氮污染研究进展351农田非点源氮污染研究进展谢红梅，朱波中国科学院成都山地灾害与环境研究所，四川成都610041摘要：论述农田生态系统中氮素非点源污染的特征、排放途径和污染方式，两种重要氮素形态（NH4+-N、NO3--N）在土水界面的扩散过程及迁移机理，农田非点源氮迁移过程及其影响因素，由农田氮素造成的非点源污染的污染负荷定量计算方法及评价指标，并指出国内外污染负荷定量模型的优缺点和发展趋势；提出了农田非点源氮污染的控制对策。关键词：农田氮素；非点源污染；污染负荷中图分类号：X501文献标识码：

2、A文章编号：1672-2175（2003）03-0349-04谢红梅等：农田非点源氮污染研究进展351非点源污染是指在降雨径流的淋溶和冲刷作用下，大气、地面和土壤中的污染物进入江河、湖泊水库等水体而造成的水环境污染[1]。农业非点源污染则主要是指农业生产活动中，农田土粒、氮素、磷、农药及其它有机或无机污染物质，在降水或灌溉过程中，通过农田地表径流、农田排水和地下渗漏，使大量污染物质进入水体所造成的污染[2]。王少平等[3]认为农业非点源污染是由农业生产活动引起的各种污染物（沉淀物、营养物、农药、盐份等）以低浓度、大范

3、围的形式缓慢地在土壤内运动，从土壤圈向水圈扩散的过程。其基本特征为：污染发生的随机性、机理过程的复杂性、排放的途径及排放污染物的不确定性、污染负荷的时空差异性而导致对其监测、模拟与控制的困难性[4]。氮素是农田生产力的主要限制因素之一，在大多数情况下施用氮肥都可以获得明显的增产效果，但是重要的是环境污染因子，农田氮素流失引起的水体富营养化、地表水环境恶化、地下水硝酸盐含量超标等环境问题日益严重[5]。由农田氮素造成的非点源污染对当今世界水质恶化构成了最大的威胁，但其运移规律和形成机理等都不太清楚，因此由农田氮素造成的

4、非点源污染的产污机理、影响因素及其污染负荷的定量计算和调控对策研究已引起国内外学者的高度重视。1农田非点源氮的迁移1.1非点源氮素的迁移机理农业非点源污染的迁移转化机制是模拟、评价、监测、治理的基础，其迁移过程包括降雨径流过程、土壤侵蚀过程、地表溶质溶出过程和地表溶质渗漏过程。这四个过程相互联系相互作用[6]。造成农田氮素非点源污染的两种重要形态NH4+-N和NO3--N在土水界面的扩散过程及迁移转化机理的研究则引起了当今土壤学、农业生态学及生物地球化学循环研究的学者的高度重视。多数学者认为土水界面迁移是物质在外界条

5、件下（如降水、灌溉）从土壤向水体的扩散迁移过程。尹澄清等[7]认为其迁移方式按形态划分主要有以下两种：（1）悬浮态流失，即污染物结合在悬浮颗粒上，随土壤流失进入水体；（2）淋溶流失，即水溶性较强的污染物被淋溶而进入径流。许峰等[8]认为迁移途径主要包括氮素随水在坡面土壤的养分流失、土壤剖面淋溶和壤中溶质运移等过程在量和形态上的变化。NH4+的迁移主要机理是扩散。朱兆良等[5]对不同扩散时间、不同距离的NH4+浓度变化的数据进行处理，结果表明NH4HCO3粒肥施入土体中，其离子呈球形扩散。而NO3--N主要以质流方式迁

6、移。最典型的描述土壤硝态氮淋洗过程的确定性模型是对流-扩散模型[9]。因土壤带负电荷，对NO3--N的吸附甚微，故NO3-易遭受雨水或灌溉水淋洗而进入地下水或通过径流、侵蚀等汇入地表水中，造成水体污染。而土壤颗粒和土壤胶体对NH4+具有很强的吸附作用，使得大部分可交换态铵得以保存在土壤中，但在特定的条件下，也可能存在质流或在土壤剖面中随水下渗而迁移。1.2农田非点源氮迁移过程及其影响因素1.2.1农田氮素径流损失氮的流失是溶解于径流的矿质氮，或吸附于泥沙颗粒表面以无机和有机态氮的形式随径流而谢红梅等：农田非点源氮污染

7、研究进展351损失[10]。关于氮的径流损失影响因子多集中于流失形态（包括径流携带、侵蚀泥沙）、降雨、肥料种类、植被覆盖度以及不同的土地利用方式等研究。降雨和径流是土壤氮素流失的主要驱动力，当降雨强度超过土壤下渗速度时产生径流并汇集，形成地表径流冲刷与土壤侵蚀。侵蚀泥沙有富集氮养分的特点，减少地表径流和土壤侵蚀、降低表土中速效氮养分含量是减少农田地表径流流失的关键。张兴昌等[11]的研究表明植被覆盖度增加了径流中矿质氮的浓度，其原因为NH4+-N主要存在于土壤颗粒表面，而NO3--N主要存在于土壤溶液中，其流失量主要

8、取决于径流量大小，以及径流与表层土壤颗粒相互作用的强度和时间；植被覆盖度增加了径流与表土作用的时间。彭琳等[12]在陕西安塞径流区的观测表明，每公顷每年因水土流失而损失的氮（N）质量为9~19kg/(hm2·a)，其中以土壤颗粒的形式而流失的氮占流失的氮总量的95%以上。黄丽等[13]研究认为三峡库区紫色土坡地也是如此，因此控制养分流失的关键在