稻田氮磷面源污染现状

稻田氮磷面源污染现状、损失途径研究进展

摘要稻田养分损失是农业生产领域的热点，其对控制面源污染和保护生态环境

有着十分重要的现实意义。本文主要通过对稻田氮磷面源污染现状、损失途径及其影响因子等方面的阐述，提出了减少稻田氮磷损失的对策，并对今后的研究进行了总结。

关键词稻田；氮磷素；损失

氮(N) 、磷(P)是重要的生命元素，生命支持系统不可替代的主成分，也是促进农业持续发展的根本要素。但是，氮磷肥料的投入，在我国局部地区使用过量[1]。据联合国世界粮农组织1995～1997年资料统计[2]，中国是世界上最大的氮肥消费国，氮肥用量已占全球氮肥总量的36.9％，其中，占全国24%的氮肥用于水稻生产，目前稻田单季氮肥用量平均为180kg／hm2，比世界平均用量高出75％[3-4]左右。氮、磷肥施入土壤后，被作物吸收利用的分别占其施肥量的30-35%和15-25%[5]，大部分氮、磷肥经各种途径损失到环境之中，导致土壤和地下水污染，河流和湖泊水质的富营养化，不仅破坏水生生物的正常生长条件，引起鱼类的死亡，同时也严重危害人类的健康[6]。我国水稻田面积占耕地面积的26.18%，而在南方占到70.19%[7]。在水稻生产中，氮肥的损失多达30-70%[8]。今后的30年，中国的人口还将继续增加，为了满足人口增长及生活水平的提高对农产品的需求，氮、磷肥的施用量还将进一步增加。因此，如何兼顾氮肥施用的农业效益和环境效益，减少稻田中氮、磷肥的损失，降低其对环境的影响是一项重要而紧迫的任务。本文基于水环境角度，对近20年来国内外有关农田氮、磷流失方面研究动向

作一概述，为今后的深入探讨提供借鉴。

1 稻田氮、磷损失的现状

水稻是我国南方的主要粮食作物之一，同时也是消耗氮索较多[9]，流失氮索较多的作物。稻田排水中流失的氮磷在河湖汇集，严重污染附近水体，加重周边环境负荷。农田氮素的流失是目前日益严重的非点源污染的源泉之一，水体生态环境的恶化很大程度上归因于农业面源氮等营养型污染物[10-13]。在美国，对非点源污染状况进行了鉴别和测量，发现农业是一个主要的非点状污染源，农田径流是全国64%受到污染河流和57%受到污染湖泊的主要污染源[14-15]。另据调查，在我国以地下水为主要水源的北方地区，几乎所有城市的地下水中硝酸盐的检出水平均有明显的上升趋势[16]。含氮的污水灌溉，过量地施用化肥和不合理的施肥方法，加之不合理灌溉的耦合效应，都能使得农田氮素对地表水和地下水体造成氮

污染，如吉林市郊山间谷地因农田氮素的淋失而使得地下水中的硝酸盐含量增高

35．6倍[17]，沈阳地区地下水氮污染的规模和趋势与引用大量的城市工业和含氮污水进行农田灌溉密切相关[17]。于兴修等人[18]的试验发现，由于土壤的养分富集效应，稻田地表径流中随土壤颗粒侵蚀而损失的颗粒氮的比例可达总损失量的63．9％～83．6％，是稻田面源污染的主要途径；另据苏南太湖地区的研究表明，苏南太湖地区农田施用氮肥中有10％的氮素流入水体，通过农田流失进入太湖的氮占人湖总量的72％～75％；另一项估算表明农田施用磷肥中有5％的磷素进入水体，可见农业面源污染是造成太湖氮污染和富营养化的主要原因之一[19]。对于稻田氮、磷流失问题的研究，已经引起广泛重视，也已成为国内外环

境科学和土壤生态科学领域研究的热点[20]。

2 稻田氮、磷损失的途径

2．1 氮素的气态损失

2．1．1 氨挥发

中国用微气象学原位测定氨挥发的技术，对稻田中氨挥发的速率、过程及其影响因素进行了许多定量研究[21]。研究结果表明，在有利于氨挥发的条件下，通过氨挥发损失的氮可达施入量的9％～42% ，成为氮损失的主要途径[22]。1990年

全球氨挥发总量约为54 Tg NH

3-N/年，其中人为源为43Tg NH

3

-N/年，占80％左右。

由于化肥应用导致的氨挥发为9Tg NH

3

-N/年，占总人为源氨挥发的21％[23]。1990

年加拿大氨挥发总量0.536 Tg NH

3

-N/年，其中87％为农业活动引起。在农业生产来源中，牲畜粪便和化肥应用导致的氨挥发分别占82％和18％。1995年加拿大

由于肥料的应用导致氨挥发0.108 Tg NH

3

-N/年，比1990年增加约26％[24]。氨挥发不仅导致肥料浪费，增加农业投资成本，而且还引发一系列的环境问题．据报道，1995年荷兰由于农业生产活动导致的氨挥发对该国酸沉降的贡献率约为30％[25]。

蔡贵信等对不同氮肥品种的氨挥发研究表明，在“有水层混施”作基肥时，碳酸氢铵的氨挥发在施用后迅速发生并达到高峰，这是因为施肥后田面水中的氨或铵态氮浓度立即达到最高值所致，此后氨挥发速率急剧降低，至施后约第五天即基本停止；尿素需经水解成铵后才能发生氨挥发，其氨挥发进程的特点是缓而长，且峰值较低，累计的氨挥发损失也低于碳酸氢铵，并成为其氮素总损失低于碳酸氢铵的主要原因[8,26]。

在中国主要稻区不同季别的水稻上，研究了在“有水层混施”作基肥时氮肥

的损失途径，结果表明，由于不同稻区、不同季别的土壤pH不同、光照强度差异大等原因，氨挥发在氮肥损失中的重要性也不相同，北方石灰性土壤上的单季稻田和南方非石灰性水稻土上的双季晚稻田中氨挥发严重，而南方非石灰性水稻土上的单季稻田中则较低[4]。因此，对于不同氮肥、不同季别的水稻田，氨挥发损失的程度也不同。

2．1．2 硝化-反硝化损失

硝化-反硝化作用损失是农田氮损失的主要途径之一[27]。在通气条件下由土壤微生物（细菌、真菌和放线菌等)把氨和某些胺及酰胺化合物氧化为硝态氮化合物的过程。土壤的反硝化作用包括化学反硝化和生物反硝化作用。生物反硝化作用是在厌氧条件下，由微生物将硝酸盐或亚硝酸盐最终还原为气态分子氮的过

程。稻田土壤中的硝化和反硝化作用，其中间产物可被水溶解，形成的N

2O和N

2

自土壤内逸出，成为土壤氮素损失的基本途径之一．在这两种基本产物N

2O和N

2

中，N

2O约占三分之二，N

2

约占三分之一[28]。

硝化作用、反硝化作用和硝化一反硝化作用损失的直接定量方法是一种以15N 示踪技术为基础的测定方法。根据其原理又可分为电弧法和非随机化直接法两种。其中电弧法操作十分繁琐，误差也较大，且难以控制，不宜广泛应用[29-31]。非随机化直接法的应用在国外已有报道，国内研究人员也开始着手这方面的研究，但对该方法的具体测定条件、有效测定范围及测定精度等尚未得出明确结论，还有待进一步研究[32]。高丰度N标记氮HE-气体通量法的测定结果也明显偏低。目前，通用的是表观法，也称差减法，即从氮肥总损失N平衡法中减去氨挥发后计得硝化一反硝化损失．国内的水稻田间试验中用这种方法计得的表观硝化一反硝化损失率为16-41%[21]。由于这一方法在观测过程中作了一些近似处理，所以表观硝化一反硝化损失量也具有相当大的误差．由此看来，目前尚无适用于稻田的田间原位测定硝化一反硝化损失的较好的方法，因此，其定量评价将有待于更深入的研究。

2．2 氮和磷的淋失和径流损失

氮素的淋失是指土壤中的氮随水向下移动至根系活动层以下，从而不能被作物根系吸收所造成的氮素损失[21]。对于稻田而言，由于水稻主要生育期与雨季同步，由于灌溉和降雨引起的排水，包括地下排水和地表排水较早作物更为频繁。通过地表径流和地下排水(淋溶)流失进入环境水体是稻田氮磷污染的主要途径。张瑜芳、李荣刚、Hideo等人[33-35]的研究表明，由于土壤的吸附和过滤作用，稻