稻田氨挥发的状况及其对策.doc

稻田氨挥发研究进展 宋勇生，范晓晖 中国科学院南京土壤研究所，江苏 南京 210008 摘要：就稻田氨挥发产生过程和机理、影响因素、测定方法以及减少稻田氨挥发的有效技术作一综合回顾；对稻田氨挥发研究中存在问题和今后研究的重点进行了讨论。 关键词：稻田；氮素；氨挥发 中图分类号：S153 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2003）02-0240-05我国是世界上最大的产稻国，水稻土的面积达2.53(107 hm2，占世界水稻土面积的23%，占我国粮食耕地面积的29%。但我国稻田中氮肥（碳铵和尿素）的利用率只有30%~35%，损失高达50%以上[1]。氮肥利用率低不仅直接影响农业生产效益；同时也造成土壤、水和大气环境的污染，对人类赖以生存的环境造成危害。 在稻田氮肥损失中，氨挥发占很大比例，是稻田氮肥损失的主要机制之一。国外研究表明，氮肥表施时氨挥发损失占总施氮量的10%~60%[2]，国内报道氨挥发损失也占总施氮量的9%~40%[3]。氨挥发同时也带来了环境问题。Schulze等认为在氮限制因子的生态系统中，大气沉降的NH3和NH4+的积累促进超营养化和土壤酸化[4]，积累在大气中会引起空气质量恶化[5]。 研究稻田氨挥发的过程以及减少稻田氨挥发的技术方法，不仅能减少稻田氮肥损失，提高农业经济效益，而且还可以防止由此引起的环境污染。本文综述了国内外稻田氨挥发损失的研究进展，可为我国稻田氨挥发进一步研究提供参考。 1 稻田氨挥发过程机理 NH4+-N及其转化在水-气界面是一个包括多种反应在内的复杂动力学过程。水分、土壤、生物、环境因素和管理措施的变化都会影响稻田系统中氨挥发的动力学变化[6]。 氮肥施入水田后，发生一系列变化，其中与氨挥发直接有关的化学平衡如下： NH4+（代换性）= NH4+（液相）= NH3（液相） = NH3（气相）= NH3（大气） （1） 氮肥指的是含有或能产生铵离子的肥料，如碳酸氢氨、硫酸铵、尿素和各种有机肥。在淹水种稻下，液相是指田面水，气相是指田面水表面的空气，氨挥发发生在田面水与大气的接口处。凡是能使上述化学平衡向右进行的因素，都将促进氨挥发。 2 影响稻田氨挥发的因素 2.1 风速 在田间，氨挥发随风速增大而增多[7]。Fillery[9]等比较了菲律宾两个地区的水稻田中的氨挥发，虽然两地在田面水中的铵态和氨态氮总浓度以及pH和温度等各方面的差异都不大，但由于风速差异较大，两地的氨挥发损失相差悬殊。Fillery 等[8]把风速与氨挥发的关系用 F = k(P(W （2） 表示，k为常数，P为田面水中的氨（NH3）分压，W为风速。它们的相关系数为R2=0.90。但风洞实验结果表明[9]，在pH很高的情况下，当氨挥发随风速增大到7 m/s后，就不再随风速的增大而增加。这意味着此时下层溶液的铵或氨迁移到表层的速率已经成为氨挥发的限制因素。此外，大气和水体的稳定状态、地面的粗糙度也会影响氨挥发速率。良好的植被覆盖可以减缓土壤表层的风速，同时也可能部分地增加对挥发氨的吸收。因此，氨挥发与风速之间的关系不一定是线性关系。但在种植水稻条件下，一般多用直线关系处理[7]。 2.2 温度 温度对氨挥发的影响是多方面的。升高温度能增加液相中的氨态氮在铵态和氨态氮总量中的比例。同时，NH3和NH4+的扩散速率也随之增加。pH大致不变的情况下，在5~35 ℃的范围内，温度每上升10 ℃，氨的比例约增加1倍（表1）。对尿素来说，脲酶活性还因温度的升高而增强[10]。 2.3 光照和降雨 施肥后的光照情况对氨挥发有很大影响。若光照弱，则氨挥发小；若光照强，氨挥发则成为肥料氮损失的主要途径或主要途径之一[11]。降雨主要是通过雨水下渗将肥料带入深层土壤，增加NH4+被土壤颗粒吸附或植株吸收的机会和上升到土壤表层的阻力[12]，从而间接减少氨挥发损失。 2.4 土壤环境 分为促进因素和抑制因素两类。前者主要包括土壤pH，CaCO3含量和土壤总盐量，后者则包括土壤有机质，CEC和粘土含量。其中pH和CEC分别起主要作用。 土壤pH值是影响氨挥发的一个十分重要的因素。随pH升高，液相中氨态氮的比例升高，氨挥发的潜力随之增大。如表1，在pH 6~8范围内，每增加一个pH单位，氨态氮占其总量的百分数约增加10倍，pH从8增加到9时，又增加5~10倍。 2.5 阳离子交换量 土壤培育试验表明，氨挥发随土壤阳离子交换量（CEC）的增加而降低，达显著相关[13]。在水稻盆载试验中，在阳离子较低的粉砂质壤土上，氨挥发占施氮量的35%，而在阳离子交换量较高的粘土上，则只占施氮量的10%。 Duan[14]等认为在土壤pH和CEC之间关系可用下式表示： L