农田氨挥发的进展研究

韩蔚娟，陈海潇，邹春野，高 强

（吉林农业大学 资源与环境学院，吉林 长春130118）

1 引言

氮肥施入土壤后，氮素的去向主要分为3种途径，一部分被植物吸收利用，另一部分以无机氮、有机氮和土壤固定态等形态残留在土壤中，其余部分则以氨挥发及反硝化产生的氧化亚氮气体等方式进入大气和以硝态氮淋失进入水体等，造成肥料损失和环境污染。东北黑土地区和华北平原地区春玉米氮肥的土壤残留率分别为12.7%～49.4%和35.3%～40.9%[1～2]。硝态氮是北方主要的无机氮残留方式，容易通过淋溶流入地下水，严重的破坏水生生态系统。而氨挥发是肥料施入土壤后氮肥气态损失的重要途径。研究表明：通过氨挥发造成的氮素损失可达施氮量的9%～42%，其中肥料碳按和尿素的氮素损失分别为49%～66%和29%～40%[3]。

对于农田生态系统中气态氨的转化，前人研究较多，挥发的气态氨与大气悬浮颗粒物中的酸性物质发生反应，生成物再由干、湿沉降重新进入草原、农田、湖泊等陆地生态系统，引起土壤酸化、森林退化、自然生态系统的生物多样性下降，导致植被更替、水体富营养化等严重的生态问题。人们食用了富含的食物后，在体内被还原成的，易导致高铁血红蛋白症。并且，可与各种胺类物质反应，生成N－亚硝基胺和次生胺，二者都是致癌物质，对人类健康造成危害[4～5]。同时大气中的氨还会被氧化成N2O和NO，其中氧化亚氮不仅是一种重要的温室效应气体，还会参与平流层光学过程破坏臭氧层，增强地球表面的紫外辐射，造成严重的环境污染和巨大的经济损失。因此，减少NH3挥发损失已成为农田生产和生态环境可持续发展中亟待解决的重要问题。

2 氨挥发机理的研究

氨挥发的过程是氮肥施入农田后，在土壤固相－液相－气相界面上发生一系列物理化学变化的过程。外界影响因素（含水量、气流、温度和不同施肥技术等）发生变化，都对气相氨和溶液中氨气的平衡产生影响。不同肥料、土壤特征和农业措施也能引起土壤中浓度的变化，从而导致农田氨挥发损失情况不同。

3 氨挥发影响因素

土壤因素对氨挥发影响分为促进因素和抑制因素。土壤因素主要包括：阳离子交换量、有机质、粘粒含量、全盐量、pH值以及CaCO3含量，其中前3个为抑制因素，后3个为促进因素。张庆利[6]等研究发现氨挥发损失量与土壤有机质和阳离子交换量呈显著负相关。主要原因是土壤有机质和阳离子交换量对吸附能力较强，降低氨浓度，从而减少NH3挥发损失。土壤中的有机质被微生物分解的过程中，生成腐殖质，也能有效降低土壤pH。土壤粘粒同样对具有吸附作用，能有效降低液相中的浓度，从而使质地粘重的氨挥发小于质地粗松的土壤。因此，土壤有机质、阳离子交换量和土壤粘粒与氨挥发呈负相关。

温度的升高加快氨挥发的速率。一方面温度的升高显著的增加液相中的氨态氮在氨态总量中的比例，促使形成NH3；另一方面土壤的脲酶活性也会在一定范围内随着温度的升高而有所增强，其分解的养分还没有被作物吸收就通过氨挥发以气态形式损失，表明温度的变化影响氨挥发速率的变化[9]。

农业措施对NH3挥发的影响较大。农业措施包括氮肥品种、施肥量、施肥及灌溉方式。不同肥料品种其氮素的存在状态不同，直接导致氨挥发损失量不同。与碳酸氢铵相比通常尿素的氨挥发总量偏高，控释肥与普通尿素相比能明显降低氨挥发速率。王东等[10]研究表明增大氮肥施用量能显著提高土壤氨挥发速率。施肥时期对NH3挥发损失也有显著影响。王秀斌等[11]对不同施肥时期氨挥发损失总量进行研究，结果表明减少氨挥发损失和提高产量可以通过氮肥减量后移来实现。此外，光照时间、降雨量以及风速等也是影响氨挥发的重要因素。

4 测定氨挥发方法的研究

由于氨挥发所受影响条件较多，包括土壤条件、农业措施、气候环境等因素，不同测定方法对氨挥发测定结果有很大影响。国内外测定氨挥发的方法主要包括微气象法、密闭室法、风洞法等测定方法。

微气象学法从试验区上方空气中直接进行取样测定，准确度高，已被普遍认为是直接测定农田NH3挥发的最好方法。但微气象法所需设备昂贵，成本高，并且为了避免相邻地块不同处理之间的干扰，要求试验面积足够大，一般要求试验地面积不小于1hm2，因此该方法无法进行推广应用，在大型生态区域的气体动态研究领域应用较多。风洞法采用田间自然风速作为流过风洞的风速，同时可以人工调节风洞内的环境因子，保持内部与外部环境一致，测定结果较真实有效[12]。但风洞法在静风或风速低于0.3m／s时，误差较大，并且对仪器要求较高，体积庞大不易移动，需要试验费用大。目前，国内使用直接测定氨挥发主要应用密闭室法。密闭室法是提供一个密闭环境，同时将土壤、肥料、作物及吸收装置等置于其该环境内部，直接用吸收装置吸收土壤挥发的氨气，然后进行测定。由于该方法所提供的密闭环境不能与自然环境中进行空气交流，对氨挥发有很大影响，通常不通气条件下测出的氨挥发量较通气的低，误差较大。王朝辉[13]等避开传统密闭法的弊端，针对小区试验和多因子对比研究设计了一种方法——通气法。应用过程中可保证装置内与装置外的空气流通，且该方法结构、操作简单，有良好的移动性，对于定位测定土壤氨挥发有较大的应用前景。

5 氨挥发损失的减排途径

氨挥发的过程是肥料施入氮土壤后一系列的物理化学的过程，这一系列受诸多因素的影响，通过改变或者减缓这些因素可以控制氨挥发的损失量。土壤脲酶活性是影响氨挥发的一个十分重要因素，尿素水解速率随着土壤中脲酶活性的提高而加快，进而氨挥发损失量也相应增加。添加脲酶抑制剂可抑制尿素水解速率，有效降低土壤氨挥发损失量。徐万里[14]等研究发现，与肥料表施相比，肥料混匀后深施可以通过增大土壤与肥料的接触面积，来增加土壤胶体的保肥对NH＋4的吸附力，有效的降低氨挥发损失量。旱地表施氮肥后灌水，氮肥通过水份下移，加强土壤团粒对肥料的吸附力从而达到氮肥深施的作用，也能减少氨挥发[15]。

控释肥料施入土壤后，包膜材料能有效阻挡尿素与土壤中的水分和土壤脲酶直接接触，降低土壤脲酶对该肥料的分解作用，减少氨挥发的损失量。李菊梅等研究发现有机和无机肥配合施用可以显著降低土壤氨挥发，减少氮素损失[16]。

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