孟祥海

摘要 針對(duì)當(dāng)前我國(guó)農(nóng)田氮素在使用過(guò)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(yán)重污染和作物產(chǎn)量難以提高等現(xiàn)象，明確提出當(dāng)前我國(guó)農(nóng)田氮素污染研究背景與研究現(xiàn)狀，并綜合分析了未來(lái)農(nóng)田氮素的研究趨勢(shì)，以期為我國(guó)今后農(nóng)田氮素高效利用和環(huán)境保護(hù)提供參考。

關(guān)鍵詞 農(nóng)田；氮素；污染現(xiàn)狀；研究趨勢(shì)；中國(guó)

中圖分類號(hào) X592 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 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(guó)農(nóng)田氮素研究背景

作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，我國(guó)人均耕面積較少的問(wèn)題一直是制約農(nóng)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(nóng)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(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比更少[1]。因此，為了解決眾多人口的糧食問(wèn)題，亟須提高單位耕地面積的糧食產(chǎn)量。從20世紀(jì)初開始，我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛、大量使用化肥，在一定程度上起到了糧食增產(chǎn)的作用。尤其是氮素肥料的施用，體現(xiàn)出提高單產(chǎn)的顯著效果，在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)廣受農(nóng)民歡迎，也成為糧食種植中采取的必要手段。目前，我國(guó)氮肥年施用量超過(guò)0.26億t[2]，并且還在逐年增加。

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

2 我國(guó)農(nóng)田氮素研究現(xiàn)狀

2.1 農(nóng)田氮素研究領(lǐng)域

2.1.1 氮素對(duì)環(huán)境污染的影響。氮素對(duì)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(guān)注和嚴(yán)格控制，點(diǎn)源污染控制水平也逐步提升，人們的關(guān)注點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)移到農(nóng)業(yè)面源污染上面。一方面，過(guò)多的化肥和農(nóng)藥隨著雨水滲透到土壤中，污染了地下水，隨著徑流進(jìn)入江河湖泊，導(dǎo)致了水體污染；另一方面，農(nóng)膜的普遍使用，改變了土壤理化性狀，對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生不良影響，導(dǎo)致了污染。

2.1.2 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中氮素的不合理施用及危害。農(nóng)田氮素的研究集中在以下幾個(gè)方面：氮素的利用效率；氮素對(duì)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)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(nóng)業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)開展了一系列研究，結(jié)果表明，包膜不同水稻品種對(duì)氮肥的利用效率也不同，與地上氨揮發(fā)量存在相關(guān)性[7]?？蒯尩试?00～200 kg/hm2的施用水平下，其利用率達(dá)到37%～64%[8]。在控釋肥料和長(zhǎng)效包膜氮肥等方面也有許多研究，根據(jù)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(duì)控釋肥的影響也不一致，硼砂可以有效延長(zhǎng)淋溶時(shí)間[9-10]。

在農(nóng)田氮素循環(huán)中，對(duì)其流失路徑的研究主要集中在地表徑流和氮素?fù)]發(fā)等方面，滲漏方面的研究剛開始開展。其中，風(fēng)速、光照、濕度、溫度等氣候條件對(duì)氮素?fù)]發(fā)的影響較大，此外，化肥種類、土壤性質(zhì)、種植模式等也對(duì)其有影響[11]。在檢測(cè)方法方面，一是直接法，國(guó)內(nèi)主要采用微氣象學(xué)法和；二是利用養(yǎng)分平衡法間接測(cè)量，由于涉及的項(xiàng)目很多，還無(wú)法將土壤中存在的反硝化作用計(jì)入，因此不夠準(zhǔn)確。

2.2 農(nóng)田氮素污染必然性

根據(jù)我國(guó)的國(guó)情，化肥的使用短時(shí)間內(nèi)起到了巨大的作用。國(guó)內(nèi)外研究結(jié)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(chǎn)才能增加糧食總的供給量。全世界糧食總產(chǎn)量中30%以上來(lái)自化肥的貢獻(xiàn)作用，化肥的重要性也必然導(dǎo)致其對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的污染。

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

2.3 農(nóng)田氮素利用率

在一定施氮范圍內(nèi)隨著施氮量的增加，產(chǎn)量逐年增加。但是施肥量的增加與糧食產(chǎn)量的增長(zhǎng)并不是成正比的，存在“施肥的報(bào)酬遞減規(guī)律”[13]。當(dāng)土壤中的氮素含量不足以維持作物自身生長(zhǎng)需要時(shí)，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?fù)p失高達(dá)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(yàn)證明，施肥的增產(chǎn)幅度隨施肥年限有逐年降低的趨勢(shì)。我國(guó)當(dāng)前氮素的利用率只有30%～40%，肥料平均利用率較發(fā)達(dá)國(guó)家低10%以上。不僅如此，當(dāng)前我國(guó)氮素在施用方面存在嚴(yán)重的與其他肥料配比失調(diào)問(wèn)題，實(shí)踐證明：依據(jù)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(jī)肥科學(xué)結(jié)合施用，可以獲得比不符合實(shí)際比例的氮、磷、鉀化肥和單一施用更高的產(chǎn)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(guó)平均水平。我國(guó)以較低的氮素利用率生產(chǎn)的氮素占據(jù)全國(guó)化肥總產(chǎn)量的4/5，占全球氮素總產(chǎn)量的1/3。中國(guó)人民大學(xué)農(nóng)業(yè)與農(nóng)村發(fā)展學(xué)院的程存旺總結(jié)說(shuō)：“我們用7%的土地養(yǎng)育世界22%的人口的同時(shí)也耗盡了占據(jù)世界35%的化肥使用量?！币虼?，在我國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，當(dāng)前主要任務(wù)就是努力減少氮素流失、提高氮素利用率和增加糧食產(chǎn)量。

3 農(nóng)田氮素研究趨勢(shì)

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(lái)源[14]，因此農(nóng)田氮素研究應(yīng)該轉(zhuǎn)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(diào)控，科學(xué)測(cè)定農(nóng)田氮素投入和氮素消耗之間的必然關(guān)系，其次采取合理的施肥方式之外，研制和推廣生態(tài)有機(jī)肥勢(shì)在必行，新型肥料的研發(fā)在考慮增產(chǎn)的同時(shí)必須將生態(tài)環(huán)境和作物品質(zhì)的保護(hù)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(guān)系糧食的安全，采取因地制宜的手段研究土壤與肥料內(nèi)在的作用機(jī)制也是農(nóng)田氮素研究的重點(diǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

農(nóng)田氮素的污染問(wèn)題是我國(guó)農(nóng)業(yè)和環(huán)境兩大領(lǐng)域的研究重點(diǎn)，也是研究的交叉點(diǎn)，未來(lái)農(nóng)業(yè)的發(fā)展最終是生態(tài)農(nóng)業(yè)與有機(jī)農(nóng)業(yè)并存、生態(tài)環(huán)境保護(hù)和農(nóng)業(yè)食品安全維護(hù)并重的一種趨勢(shì)，我國(guó)當(dāng)前正處于無(wú)機(jī)農(nóng)業(yè)向有機(jī)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)期，因此在雙型轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵時(shí)期也正是農(nóng)田環(huán)境治理的過(guò)渡時(shí)期，把握好當(dāng)前的機(jī)遇，真實(shí)面對(duì)農(nóng)田氮素污染帶來(lái)的挑戰(zhàn)，迎難而上，我國(guó)未來(lái)農(nóng)業(yè)氮素污染問(wèn)題定會(huì)解決，生態(tài)有機(jī)農(nóng)業(yè)的實(shí)現(xiàn)為時(shí)不遠(yuǎn)。

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