有机肥与化肥配施对土壤氮的转化迁移的影响

［摘要］目前我国己成为世界上氮肥年用量最多的国家之一，单位面积的施用量也高于世界平均水平，而我国氮肥利用率却仅为30-50%，

即有一半左右的氮肥施入土壤后通过各种途径而损失掉。全世界的农药和化学肥料使用量在增长，造成了有机肥使用不足，土壤养分比例失调，土地板结，土壤质量下降，河流和地下水污染等一系列问题。本文深入研究了国内外有机肥与化肥配施对土壤氮的转化迁移的影响，为今后的进一步研究奠定理论基础。［关键词］化肥；土壤氮；转化；迁移有机肥与化肥配施对土壤氮的转化迁移的影响

赵世红

（河南省郑州市质量技术监督检验测试中心食品化工部，河南郑州450006）

随着我国农业生产的迅速发展，氮肥施用量不断增加，但过量施肥，不仅造成氮肥的浪费和生产成本的提高，而且会严重污染环境，有关资料分析表明，氮肥中仅有1/3~1/2被作物所吸收，大部分残留在土壤中，随灌溉水或降雨下渗，造成对农业水土环境的污染。因此，如何合理科学地施用各种肥料，以及肥料对土壤理化性质的影响，对土壤中氮素的转化和迁移已成为当今社会研究的热点。

1有机肥与化肥配合施用对土壤氮素的影响

有机肥能有效地提高土壤肥力，并可以有效地促进土壤有机质的增加和更新，有机肥与化肥配施对土壤全氮，全磷，碱解氮，有效磷，有效钾含量等肥力指标均有不同程度的提高，培肥效果好。施用有机肥也能防止土壤酸化。施用有机肥减少了土壤硝态氮的淋失，阻碍了硝态氮向下迁移，纯化肥处理土壤硝态氮呈明显下移趋势。在农肥，秸秆，化肥三因素中，以农肥土壤全氮的贡献最大，秸秆次之，化肥最差，土壤碱解氮的变化表明，农肥对增加碱解氮作用最大，秸杆次之，化肥最差，在耕作措施处理中，玉米连作和休闲处理增加土壤碱解氮含量不明显，证明利用休闲方式恢复土壤氮库容量是消极的，而绿肥处理后，土壤碱解氮含量有明显地上升趋势。有机肥与无机肥按照一定比例配合施用，能获得与单施等氮量速效无机肥同样高的产量，同时增加有机质和土壤速效磷的含量，培肥了土壤地力，减少了土壤氮素损失对环境的污染。

2国外氮素运移、转化规律及模型研究现状2.1溶质运移理论的研究进展

对氮素运移、转化规律的研究是随着土壤溶质运移理论研究的不断深入而发展起来的，国外对土壤溶质运移问题的研究，己有五十年的历史。20世纪50年代初，Lapidus 和Amundson 提出了一个类似于对流一弥散方程（CDE ）的模拟模型，从此揭开了溶质运移研究的序幕。随后，为了搞清溶质运移的客观规律，国外学者开展了大量的室内外试验。如美国的Jury 教授（1971）在砂土中拌盐用灌水入渗淋溶试验观测溶质在均质土壤中的迁移规律；澳大利亚的Ross （

1971）在室内一维土柱上进行了溶质运移的试验研究，并测了穿透曲线；美国的VanGenuchien 教授，在进行了一系列室内土柱试验后，系统地论述了室内土柱试验的初边值条件等问题；Bevel 和Germane （1982）对土壤中的优势流进行了研究，结果表明，优势流是土壤中普遍存在的现象，他的存在降低了水和养分的可利用性，同时，由于它同土壤基质接触面积小，使得许多污染物来不及降解就开始向下运移，从而增加地下水污染；美国的Ellsworth （19%）在露天试验场进行了2m ×2m 的微区试验，研究了NO 3-N 随水流在非饱和土壤中的运移规律等。国外对土壤NO 3-N 淋失已进行了较长时间的研究，在土壤硝化作用、NO 3-N 淋失条件、NO 3-N 运移动力学与数学模型以及NO 3-N 淋失的防治和对策等方面都进行了系统的研究。为了定量描述溶质运移规律，国外许多学者提出了溶质运移的定量计算模型，总体上可分为确定性模型和随机模型。早期的研究多采用以CDE 为控制方程的确定性模型来模拟土壤中的溶质运移，且取得了不少成果。对于（CDE ）求解的关键参数的确定，国外学者也提出了各自的方法，如美国的wagner （1986）提出了溶质运移参数的估计方法，以色列Bresler （

1987）提出用极大拟然法进行溶质运移参数估计，日本的Yamaguchi （1989）提出用穿

透曲线估计水动力弥散系数的方法等。后来，随着随机理论的发展，开始用随机过程的方程来研究溶质运移的数量特征，Jury （

1982）提出了模拟非饱和土体溶质运移过程的随机传递函数模型（TFM ），该模型对土壤溶质运移的机理没有任何限制，通过研究溶质从土壤表面运移到土壤某一深度所需时间的概率分布，来推求溶质平均浓度与时间和土壤深度的关系，并以此来模拟溶质在土壤中的运移。对TFM 进行简化，提出采用研究入渗条件下土壤盐分的对流运移的传递函数修正模型。此外，研究土壤中溶质运移的随机方法还采用蒙特卡洛方法，谱分析法，矩分析法等。

2.2氮素运移模型及软件的开发研究

在过去的几十年里，国外研究工作者建立了大量的模拟土壤中水分和氮素行为的联合模型，如美国盐土实验室开发的用于模拟非饱和介质中一维水分、热和溶质运移过程的Hydrus-1D 水氮联合模型；美国康乃尔大学研究开发的LEACHM 数学模型，能够描述土壤中水分、氮素及农药迁移转化的物理化学过程，对土壤水中的氮素运移，LEACHM 模型采用对流一扩散方程求解；美国国家盐土实验室开发的模拟饱和一非饱和介质中水分和溶质迁移的维数值模型SWMS-2D 等。此外，还有模拟氮素在土壤中运移、转化机理的DRAINMOD 模型、CREAMS 模型等。但这些模型分别在不同的试验条件下提出，在模型构成和过程考虑上各有侧重，有严格的适用范围和限定条件。软件开发方面，1991年，美国国家盐改中心的Kool 和Van Genuchter 教授共同研制了一维饱和流的溶质运移模拟软件：HYDRUS Version 3.31；1992年，美国衣阿华州大学P.singh 博士开发了根区水质模型软件：RZWQM 。国外针对土壤水分渗漏和氮素淋失的研究，也提出了很多模型，其中常见的有简单的平衡模型，比较复杂的动力学模型等。

3国内氮素运移、转化机理及模型研究现状

国内有关氮素运移、转化规律的研究开始于20世纪70年代，早期的研究主要集中在氮素去向及有效利用率研究，如周祖澄等用N15示踪、盆栽法及微区法研究了固体氮肥施入旱田的去向。近年来，注意到国外溶质运移研究的动向，国内土壤物理学者及农学者开展了一些室内、室外的溶质运试验研究。叶自桐、黄康乐（1987）分别对饱和一非饱和土壤溶质运移进行了试验研究及数值模拟；武晓峰等（19%）对冬小麦田间根层氮素迁移转化规律进行了研究；冯绍元等较系统地综述了农田氮素的转化与损失及其对水环境的影响等。此外，随着节水灌溉的普及，国内学者对节水灌溉条件下氮素运移规律进行了研究。冯绍元等研究表明，喷灌条件下不同深度土层中硝态氮含量与施肥量呈正相关关系，但与灌水量的相关关系不明显。武晓峰等的研究也得出了以上结论。李久生等珠以用室内试验，对滴灌点源施肥灌溉条件下硝态氮和钱态氮的分布规律进行了研究研究结果表明，硝态氮在距滴头一定范围内呈均匀分布，在湿润边界上硝态氮产生累积。王康、沈荣开对节水条件下氮素的环境影响效应进行了研究，建立了节水条件下土壤氮素损失和环境评价概念型模型。对土壤氮素、特别是硝态氮淋失的研究表明，土壤氮素的淋失量与土壤质地、耕作方式、氮肥类型、作物种类、生长密度、降雨以及地下水位都有很大的关系。刘春增等、李晓欣分别针对不同施肥处理对土壤中硝态氮累积的影响进行了研究。结果表明，长期大量且单一施用氮肥是导致土壤中NO 3-N 累积的重要原（下转第178页）