氮流失形成面源污染及防控措施探究

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1、氮流失形成面源污染及防控措施探究1氮循环概述1.1氮循环概念氮循环就是指氮气、无机氮化合物、有机氮化合物在自然界中相互转化过程的总称口-2］，包括氨化作用、硝化作用、反硝化作用、固氮作用以及有机氮化合物的合成等［3］。氮循环是可以循环往复、保持动态平衡的一个开放性的系统。但是由于人们不正当的农业生产活动，产生“氮饱和”现象，破坏了氮循环平衡，造成了严重的面源污染。农业生态系统氮循环过程中形成面源污染的主要因素有2个：一是由于施肥导致的氮素超标；二是除正常的氮输出外，由于自然条件（如降雨量、土壤性质）的

2、改变以及人类活动破坏了氮循环的平衡。因此，研究氮循环中形成面源污染的原因，对治理面源污染具有重要的实践指导意义。1.2氮循环过程分子态、无机结合氮和有机结合氮这3种形式是自然界中氮元素的主要存在形式。自然界中的氮元素，一方面通过各种固氮作用使氮素进入物质循环，另一方面通过反硝化作用、淋溶沉积等作用使氮素重返大气，从而使氮循环处于一种动态平衡状态。其循环过程如图1所示。2农业生态系统氮循环氮循环不仅是地球化学循环的重要组成部分，也是农业生态系统中物质循环最重要最活跃的过程。为总结氮素循坏过程氮损失以及对

3、环境的影响，李志博等[4]对生态系统中氮的循环进了大量研究，发现我国氮肥的利用率仅为30%~35%O朱兆良等[5-7]提出我国旱地的氮肥损失很大,平均在45%左右。氮素是植物营养三要素中最为重要的。Keeneyetal[8-9]研究表明，农作物主要吸收利用硝态氮和镀态氮，不同作物吸收的情况不同，若有机态、无机态及分子态氮素物质相互转化不能达到平衡，作物就会因缺氮抑制其生长。因此在农业生产过程中，氮素这一养分的循环与平衡过程是影响农业生产水平的主要因素。我国各地的土壤性质各不相同，对于贫瘠、肥力低的土壤

4、，无法提供足够的氮素使得作物更好地生长，必须人为地施用肥料以补充作物所需的氮素。但是不合理的施用氮肥，会导致氮肥的损失增加、利用率降低。这也是农业生态系统氮循环过程中氮素损失的主要途径之一，不仅会使参与再循环的氮素数量逐渐减少，而且还会对环境产生潜在的影响。据估计，我国农业中化肥氮的总损失可达到45%[5]O氮肥的损失不仅降低了经济效益，更重要的是会对环境产生负面影响。氮循环是农业生态系统中物质循环的一个重要组成部分，也是影响土壤肥力的最活跃因素之一。农业生产过程中氮循环过程的氮素来源主要有2种途径：

5、一是生物固氮，即通过豆科作物和固氮生物固定空气中的氮；二是化学固氮，即通过化工厂将空气中的氮转化为氨，再制成各种氮肥供农业生产用。2.1农业生态系统中氮素的输入2.1.1大气中的氮沉降。以气态NO、N20、NH3为主的干沉降和以N03・和NH4+及少量可溶性有机氮为主的湿沉降是大气氮沉降的2种形态。除空气中自有的N2外，工业生产中煤、石油等燃料的燃烧会释放大量的含氮化合物，增加氮沉降。如果氮沉降过多，在降雨、灌溉过程中会增加氮,而其他营养物质随水淋失，从而导致营养失衡等问题。2.1.2化肥的施用。通过

6、施化肥向农田输入的氮素是农业生态系统中氮的主要来源。作物生长过程中所需的氮素主要以氨氮和硝态氮为主。此外，粪肥也是农业生态系统氮素主要来源。中国人口多，耕地面积少，要保证人们的温饱问题必须提高单位耕地面积的粮食产量。由于这一迫切需要，单位面积氮肥施用量不断增加。但是追加过多氮肥会引发诸多环境问题：一是施入过多氮肥，氮素进入土壤后经过反硝化过程会释放NO、N20等温室气体。二是过量的氮素残留在土壤中，经雨水、灌溉冲洗后，流入河流、湖泊中，造成水体富营养化，而且还降低了氮素的利用率。例如稻田超量施肥，其对

7、氮的吸收不到10%，其余流失于河道、湖泊和近海,成为富营养化的暗流[10]o程波、左海军等[11-12]调查发现，在农业集约化较高的地区，氮素会通过径流和水土流失流入湖泊河流，使水体的营养程度提高，造成污染，例如太湖。这不仅造成了氮肥的极大浪费和损失，也出现了肥效递减现象。三是氮素输入过多会破坏营养平衡，降低其他营养元素吸收效果等。2.1.3生物固氮。生物固氮是将氮气转化为氨的过程，是农业生态系统里一个重要氮源，以豆科作物和根瘤菌的共生固氮为主，其固氮量可占生物固氮量的1/2[13]o2.1.4秸秆、

8、农田废弃物堆肥。利用作物秸秆或农田废弃物堆腐，作为肥料施用到农田中。堆腐后的秸秆和农田废弃物不仅可以有效地提高土壤有机质，减少水土流失，还可以降低各方面的能耗，减少化肥的施用，从而降低农业生产成本[14-15],这也是未来农业资源化发展的趋势。2.2农业生态系统中氮素的输出淋失、流失、农田硝化反硝化等氮素损失是农业生态系统中氮的主要输出途径。2.2.1淋失作用。氮淋失是一个累积过程，残留在土壤中的肥料氮素随水（雨水和灌溉水）移动到作物根系无法吸收的地方，