农业生态系统中的氮素营养循环及调节.docVIP

农业生态系统中的氮素营养循环及调节 营养循环和物质循环是任何一个生态系统的两个基本过程，对它们的研究具有重要的作用。对农业生态系统中的营养循环的研究，不仅可以使我们了解各种矿质营养的流动过程，对指导我们在农业实践生产过程中的化肥合理施用具有非常重要作用；同时又可以在保持原有产量下，减少资源成本投入、保护环境等等重要意义。 动植物及人类生长发育所必需的营养元素称为营养元素[1]，营养循环即为营养元素的循环，包括了大量元素的循环、微量元素的循环和痕量元素的循环。农业生态系统中的循环则是这些元素在人工农业系统如：农田、牧场、草地等和自然系统中的土壤、水、植物等等之间的循环。可见农业系统中的养分循环是联系土壤、作物、人、畜禽的纽带，是维持农业系统时空上的联系的重要手段，使农业系统具有稳定性和自调力的基础[2]。 氮、磷、钾是肥料的三要素，是农业生产过程中作物极易缺乏的三种营养元素，也是化肥施用量最多的元素；故一直以来，对它们在农业系统中的循环研究也是最多。本文就农业生态系统中的氮营养元素的循环及其调控方法为主作了综述。 1.氮素的循环 氮素是植物的必须营养元素，也是作物产量最重要的养分限制因子。农业生态系统中的氮素循环是指，氮素通过不同途径进入农业生态系统，再经过许多相互联系的转化和移动过程后，又不同程度地离开这一系统，这一循环是开放性的，它与大气和水体等外界环境进行着复杂的交换[3]。 2.氮素在农业生态系统的输入 2.1化肥（有机肥和无机肥）氮素的输入 施肥方式输入氮素营养是农业生态系统中氮素输入的最主要的方式之一；它对增加农田中氮素营养的总量的效果也是最为明显。故农业生产遇到氮素不足时，常以施肥方式来解决。可见，施肥还是调节农业生态系统中氮素平衡的一个重要方式，也是人为进行调控方式之一。1998 年我国化肥平均施用量氮肥中的N已超过225 kg/hm2；而北欧等国家施用要相对低一些，挪威东南农田氮肥施用量为 N 110 kg/hm2[4]。 2.2秸秆还田 秸秆还田是又一个可以人为进行调控的氮素输入方式之一，为农业生态系统中的又一个重要氮源。作物根茬以及还田秸干归还的氮是土壤中有机质的重要来源，归还量的计算是根系生物量及还田秸秆生物量各自乘以它们的氮素含量，然后各部分相加。 谭宏伟、周柳强[5]等在对广西农田养分平衡中，研究一些作物的秸秆还田给农田土壤带来了养分（如下表所示），发现秸秆还田能给农田大量的养分。 表1、作物秸秆还田带来的养分 2.3生物固氮 生物固氮（将氮气还原为氨）是农业生态系统另一个重要的氮源，也是地球化学中氮素循环的一个重要的环节。生物固氮以豆科植物和根瘤菌的共生固氮为主，可占生物固氮量的1/2 。Galloway 等[6]估计了全球陆地生态中的生物固氮量为 N 90~130 Tg/a。生物固氮是一种可以人为调节但又不能完全调控的农业生态系统中氮素自然输入的方式，因而具有独特性。 2.4大气氮沉降 大气氮沉降包括了干沉降和湿沉降两种。干沉降主要以气态NO、N2O、NH3以及(NH4)2SO2粒子和吸附在其它粒子上的氮，其沉降速率取决于气象条件，其过程取决于风速、空气动力阻力和大气中气体与颗粒的化学、物理性质有关的表面性质等因素；湿沉降主要是NO3－和NH4 +，以及少量的可溶性有机氮。如雷雨时，空气中的氮气和氧气发生反应生成氮氧化合物溶于水中，并以降雨的形式进入农业生态系统。当然，氮沉降来源除大气中 N2 外，工农业生产活动，化石燃料（特别是煤、石油）燃烧所排放的大量氮氧化物，起了巨大的作用。 庄亚辉等[7]研究表明海河流域 1990 年的氮沉降为 N 42.6 kg/(hm2/a)。挪威东南 Auli 河流域农业用地 1995 和 1996 年氮沉降为 N 5.9 kg/(hm2/a)，西南部为 N 23 kg/(hm2/a)[4]；瑞典氮沉降范围在 N 7～20 kg/(hm2/a)，作为农业用地的哥兰特平原为 N 19kg/(hm2/a)[8]；瑞士氮沉降在 N 22~51 kg/(hm2/a)[9]；英国大部分地区氮沉降在 N 4～35 kg/(hm2/a)范围内，氮沉降量大的地区可达 N 40~80 kg/(hm2/a)[10]。 2.5土壤自身的矿化作用 土壤中的各种营养元素总是处于一种矿化和固化一个动态平衡过程之中。土壤的矿化作用释放出氮素，这也是增加土壤氮素的一个来源之一。虽然这种矿化作用是非常的缓慢，但对肥效的提高是非常重要的。早在1972年，Stanford[11]利用好气培养和间歇淋洗建立了一套较为完善的测定土壤氮素矿化过程的技术，以所做试验得出的数据为基础，估算氮素矿化潜力N0和矿化速率常数K，建立累积净矿化氮与时间的数学模型，在用田间观察的土壤水分和温度校正后，进行作物生育期中矿化强