我國農田氮素污染現(xiàn)狀及研究趨勢分析

孟祥海

摘要 針對當前我國農田氮素在使用過程中存在眾多不合理因素，致使氮素利用率一直較低、生態(tài)環(huán)境嚴重污染和作物產量難以提高等現(xiàn)象，明確提出當前我國農田氮素污染研究背景與研究現(xiàn)狀，并綜合分析了未來農田氮素的研究趨勢，以期為我國今后農田氮素高效利用和環(huán)境保護提供參考。

關鍵詞 農田；氮素；污染現(xiàn)狀；研究趨勢；中國

中圖分類號 X592 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）22-0175-01

Abstract In view of the many unreasonable factors existed in nitrogen using process in farmland，a series of questions appeared，such as the low utilization rate of nitrogen，serious environmental pollution and difficulties to improve crop yield.It clearly put forward the background and research status of farmland nitrogen pollution.Research trend in the future of farmland nitrogen were analyzed，in order to provide references for efficient utilization of nitrogen in farmland and environmental protection in China.

Key words farmland；nitrogen；pollution status；research trend；China

1 我國農田氮素研究背景

作為農業(yè)大國，我國人均耕面積較少的問題一直是制約農業(yè)發(fā)展的瓶頸之一，一方面人口數(shù)量與日俱增，另一方面農業(yè)用地用途變更，使得人均耕地的占有量減少，不足世界平均水平的1/2，與其他農業(yè)發(fā)達國家相比更少[1]。因此，為了解決眾多人口的糧食問題，亟須提高單位耕地面積的糧食產量。從20世紀初開始，我國農業(yè)生產中廣泛、大量使用化肥，在一定程度上起到了糧食增產的作用。尤其是氮素肥料的施用，體現(xiàn)出提高單產的顯著效果，在很長一段時間內廣受農民歡迎，也成為糧食種植中采取的必要手段。目前，我國氮肥年施用量超過0.26億t[2]，并且還在逐年增加。

20世紀下半葉，全球環(huán)境問題頻發(fā)，資源緊張的問題也日益凸顯，各種環(huán)境污染已經成為一個全球性問題廣泛受到學術界的關注，各國政府也相當重視[3]。在人口增加與資源消耗加劇的共同作用下，生產資源與環(huán)境供給的矛盾十分突出[4]。為了追求高產，過量施用氮肥，使其未被完全利用，大量的氮素進入土壤和徑流，通過多種途徑進入到了環(huán)境，從而產生潛在污染[5-6]。截止到2013年，有關部門統(tǒng)計：中國用占世界9%的耕地用去了世界1/3的化肥，單位面積產量是世界平均水平的3.7倍，由此引發(fā)土壤板結、水資源污染、作物產量和品質降低、肥料利用率下降、土壤理化性質和生物學特性狀嚴重破壞。總之，氮素作為農業(yè)廢棄物排入環(huán)境，導致了水質的污染和水體富營養(yǎng)化，進而引起糧食品質問題，對人們的健康產生嚴重影響。氮素肥料導致的農業(yè)污染問題也隨之受到人們的重視。

2 我國農田氮素研究現(xiàn)狀

2.1 農田氮素研究領域

2.1.1 氮素對環(huán)境污染的影響。氮素對環(huán)境的污染，包括大氣中溫室氣體排放、土壤中氮素的滲漏淋溶及水體中的氮素污染等多方面。之前，工業(yè)中的污染控制受到關注和嚴格控制，點源污染控制水平也逐步提升，人們的關注點逐漸轉移到農業(yè)面源污染上面。一方面，過多的化肥和農藥隨著雨水滲透到土壤中，污染了地下水，隨著徑流進入江河湖泊，導致了水體污染；另一方面，農膜的普遍使用，改變了土壤理化性狀，對作物生長發(fā)育產生不良影響，導致了污染。

2.1.2 農業(yè)生產中氮素的不合理施用及危害。農田氮素的研究集中在以下幾個方面：氮素的利用效率；氮素對農產品產量和品質的影響；氮循環(huán)中的氮素流失的環(huán)節(jié)和途徑等。在氮肥利用效率方面，南京農業(yè)大學團隊開展了一系列研究，結果表明，包膜不同水稻品種對氮肥的利用效率也不同，與地上氨揮發(fā)量存在相關性[7]?？蒯尩试?00～200 kg/hm2的施用水平下，其利用率達到37%～64%[8]。在控釋肥料和長效包膜氮肥等方面也有許多研究，根據水稻需肥情況控制氮肥的釋放速率，其利用效率提高近1/2；不同薄膜材料對控釋肥的影響也不一致，硼砂可以有效延長淋溶時間[9-10]。

在農田氮素循環(huán)中，對其流失路徑的研究主要集中在地表徑流和氮素揮發(fā)等方面，滲漏方面的研究剛開始開展。其中，風速、光照、濕度、溫度等氣候條件對氮素揮發(fā)的影響較大，此外，化肥種類、土壤性質、種植模式等也對其有影響[11]。在檢測方法方面，一是直接法，國內主要采用微氣象學法和；二是利用養(yǎng)分平衡法間接測量，由于涉及的項目很多，還無法將土壤中存在的反硝化作用計入，因此不夠準確。

2.2 農田氮素污染必然性

根據我國的國情，化肥的使用短時間內起到了巨大的作用。國內外研究結果表明：隨著人口增加和糧食播種面積逐年下降，只有提高單產才能增加糧食總的供給量。全世界糧食總產量中30%以上來自化肥的貢獻作用，化肥的重要性也必然導致其對環(huán)境產生的污染。

建國初期至1970年我國氮素投入量高于支出量，而在1970年之后農田氮素收入量高于支出量，但是氮素利用率極低。1992年我國氮肥施用量達到1 900萬t（養(yǎng)分量），占化肥總量的80%[12]，1995年以后，我國的化學氮肥用量每年都超過2 000萬t，通過各種途徑損失的氮量達到1 000萬t，不僅經濟上嚴重浪費，而且造成嚴重的水體和大氣污染。

2.3 農田氮素利用率

在一定施氮范圍內隨著施氮量的增加，產量逐年增加。但是施肥量的增加與糧食產量的增長并不是成正比的，存在“施肥的報酬遞減規(guī)律”[13]。當土壤中的氮素含量不足以維持作物自身生長需要時，施用氮肥可以得到有效利用。但是在滿足作物所需氮素之外多余的氮肥便發(fā)生流失現(xiàn)象，氮素損失高達70%左右。這也是氮素不斷增施而氮素利用效率始終維持在30%～40%的原因所在。劉 楓等在安徽的試驗證明，施肥的增產幅度隨施肥年限有逐年降低的趨勢。我國當前氮素的利用率只有30%～40%，肥料平均利用率較發(fā)達國家低10%以上。不僅如此，當前我國氮素在施用方面存在嚴重的與其他肥料配比失調問題，實踐證明：依據土壤有效肥力和作物需肥規(guī)律合理配比養(yǎng)分元素含量比例、化肥與有機肥科學結合施用，可以獲得比不符合實際比例的氮、磷、鉀化肥和單一施用更高的產量。李榮剛的研究表明：江蘇省水稻的氮肥吸收利用率僅19.9%，顯著低于全國平均水平。我國以較低的氮素利用率生產的氮素占據全國化肥總產量的4/5，占全球氮素總產量的1/3。中國人民大學農業(yè)與農村發(fā)展學院的程存旺總結說：“我們用7%的土地養(yǎng)育世界22%的人口的同時也耗盡了占據世界35%的化肥使用量?！币虼?，在我國的農業(yè)生產中，當前主要任務就是努力減少氮素流失、提高氮素利用率和增加糧食產量。

3 農田氮素研究趨勢

土壤原有氮素及所施入土壤的氮肥是氮素流失的最直接來源[14]，因此農田氮素研究應該轉向控制污染和治理污染兩方面，首先必須在源頭給予制止和調控，科學測定農田氮素投入和氮素消耗之間的必然關系，其次采取合理的施肥方式之外，研制和推廣生態(tài)有機肥勢在必行，新型肥料的研發(fā)在考慮增產的同時必須將生態(tài)環(huán)境和作物品質的保護作為研發(fā)規(guī)范和宗旨。“食以糧為主、糧以土為綱”，土壤生態(tài)環(huán)境的好壞直接關系糧食的安全，采取因地制宜的手段研究土壤與肥料內在的作用機制也是農田氮素研究的重點。

4 結語

農田氮素的污染問題是我國農業(yè)和環(huán)境兩大領域的研究重點，也是研究的交叉點，未來農業(yè)的發(fā)展最終是生態(tài)農業(yè)與有機農業(yè)并存、生態(tài)環(huán)境保護和農業(yè)食品安全維護并重的一種趨勢，我國當前正處于無機農業(yè)向有機農業(yè)轉型的關鍵時期，因此在雙型轉換的關鍵時期也正是農田環(huán)境治理的過渡時期，把握好當前的機遇，真實面對農田氮素污染帶來的挑戰(zhàn)，迎難而上，我國未來農業(yè)氮素污染問題定會解決，生態(tài)有機農業(yè)的實現(xiàn)為時不遠。

5 參考文獻

[1] 李家康，林葆，梁國慶，等.對我國化肥施用前景剖析（續(xù)）[J].磷肥與復肥，2001，16（3）：4-8.

[2] JU Xiaotang，XING Guangxi，CHEN Xinping，et al.Reducing enviro-nmental risk by improving N management in intensive Chinese agricultural systems[J].Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States oAmerica，2009，106：3041-3046.

[3] 呂殿青，同延安，孫本年.氮肥施用對環(huán)境污染影響的研究[J].植物營養(yǎng)與肥料學報，1998，4（1）：8-15.

[4] 鮑士旦.土壤農化分析[M].北京：中國農業(yè)出版社，2000：117-200.

[5] 沃飛，陳效民，方堃，等.太湖地區(qū)兩種典型水稻土中氮、磷遷移轉化的研究[J] .土壤通報，2007，38（6）：1058-1063.

[6] 王超.土壤及地下水污染研究綜述[J].水利水電科技進展，1996，16（6）：1-4.

[7] 吳小慶.不同氮效率水稻品種生育后期地上部分氨揮發(fā)研究[D].南京：南京農業(yè)大學，2006.

[8] 高豫汝.包膜控釋氮肥在水稻上的應用效果研究[D].南京：南京農業(yè)大學，2005.

[9] 廖興其.緩釋肥料研究動態(tài)[J].世界農業(yè)，1994（9）：32.

[10] 郝高建.氮素化肥淋溶污染與控制方法研究[D].陜西：陜西師范大學，2005.

[11] 羅微，茶正早，屈明，等.磚紅壤中氨揮發(fā)特征研究初報[J].農業(yè)環(huán)境科學學報，2005，24（1）：118-122.

[12] 郝高建.氮素化肥淋溶污染與控制方法研究[D].西安：陜西師范大學，2005.

[13] 張寶林，候翠紅.提高肥料利用率研究初報：包裹型復肥及其應用[J].鄭州工學院學報，1996，17（2）：106-113.

[14] 王米.施氮水平對水稻生育期氮素利用率及氮淋失動態(tài)變化的研究[M].杭州：浙江大學，2008.