农业种植业氮对水环境污染特征分析与控制对策
时间：2021-02-01 16:07:08 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要 化肥是种植业中氮补给的主要方式，但由于施肥方法或用量不合理、肥料利用率较低等因素，造成流域水环境氮素超标普遍存在。本文在简述氮的形态特征及其在种植业系统中输入输出途径特征的基础上，以广州市为例分析种植业化肥及氮的施用及流失情况，分析了广州市部分水质监测断面氨氮浓度超标情况及对水生态的影响，提出农业种植业氮污染的控制对策，为氮素的合理利用和农业污染控制提供理论参考。
关键词 种植业 ；化肥 ；氮循环 ；水污染 ；广州
中图分类号 X592；S-1
Characteristics Analysis and Control Strategy of Nitrogen Pollution in Water
Environment Based on Agricultural Planting---Taking Guangzhou as an Example
CHEN Hongzhan1） CAI Qianyi2） ZENG Jingwen2） LIN Xiaojun2） ZHOU Shujie1）
（1 Guangzhou Environmental Monitoring，Guangzhou，Guangdong 510030；
2 South China Institute of Environmental Sciences， Guangzhou， Guangdong 510655）
Abstract Chemical fertilizer is the main way of nitrogen supply in agricultural planting. However， due to fertilization methods or the amount of ueasonable， low utilization of fertilizer and other factors， resulting in excessive water nitrogen is widespread. Based on the brief analysis of the morphological characteristics of nitrogen and the characteristics of input and output in the planting system， this paper analyzed the application and loss of chemical fertilizers and nitrogen in Guangzhou. The situation of excessive ammonia nitrogen concentration and its effect on aquatic ecology in some water quality monitoring sections of Guangzhou is studied. This paper puts forward the control strategy of nitrogen pollution in agricultural planting， and provides the theoretical reference for the rational utilization of nitrogen and the control of agricultural pollution.
Key words agricultural planting ； chemical fertilizer ； nitrogen cycle ； water pollution ； Guangzhou
氮素是植物生长不可或缺的元素，其对作物最终产量的贡献为40 %-50 %，是植物体内蛋白质、核酸、磷脂和某些生长激素的重要组分之一，且植物体内氮素的营养水平会直接或间接影响植物光合作用[1]。据国家统计局数据，2013年化肥生产量7 037万t（折纯，下同），农用化肥施用量5 912万t。化肥的大量使用一定程度上保证农作物高产，而化肥施用后相当一部分的氮素会流失，同时也带来了水体富营养化等环境风险和污染[2]。现有资料表明，农田经流带入地表水体的氮，占人类活动排入水体的氮的51 %[3]。2013年中国氨氮排放总量达245.7万t，广东省氨氮排放总量为21.64万t[4]。氨氮已经被中国列入污染物排放总量控制的主要指标之一。因此，本文在简述氮在环境中形态特征及其在种植业系统中的输入输出，结合广州实际情况分析种植业化肥流失情况与部分水质监控断面氨氮浓度，提出种植业氮对水环境污染的控制对策。
1 氮在环境中的形态特征
氮素主要以无机、有机和分子3种形态存在。氮循环主要有4个过程，固氮作用、硝化作用、反硝化作用和氨化作用。其中氮素在土壤中的转化主要包括植物和微生物的矿化和固化作用、氨化作用、硝化与反硝化作用、固氮微生物将无机氮NO2转化为有机氮、氮素的化学转化作用等，它们都是氮素循环过程中的重要环节[5-6]。氮素在土壤中的转化与土壤的通气状况、水分等有关，铵态氮化肥施加在氧气比较充足的土壤中，硝化作用比较旺盛；当土壤通气不良时，在土壤中嫌气性细菌作用下进行反硝化活动，把硝态氮素还原成氮氧化合物和氮气逸散到大气中去[7]。研究发现，尿素表施后结合灌水，一方面灌溉水可将其以分子态形式带入土壤中、下层，减少氨的挥发，显著地提高肥效；另一方面，尿素亦进行着分解作用，转化为铵态氮和硝态氮[8]，见图1。
2 种植业氮对水环境的污染特征分析
2.1 种植业中氮的输入输出
种植业中氮素的来源主要有5个方面：大气沉降（包括干湿沉降）、施肥（包括化肥、有机肥）、生物固氮、随灌溉水带入、秸秆还田等[9]。（1）大气氮沉降包括干沉降和湿沉降2种，其沉降速率取决于气象条件[10]。林兰稳等[11]分析得到广州东北郊监测点的年总氮沉降量为2 384.66 mg/m2/a，其中铵态氮是该监测点所在区域氮沉降的主要形式。（2）施肥是农田氮素的主要来源，包括氮肥和有机肥。朱兆良等[12]综合分析得出小麦-玉米一年两熟轮作体系下氮肥的施入量为（537±123）kgN/hm2。有研究估算得出有机肥资源量约49.5×108 t，有机肥资源每年可提供N 30.5×106 t[13-15]。（3）生物固氮指固氮微生物以自生固氮、共生固氮和联合固氮的形式将大气中的氮气转化为氨的过程。据联合国粮农组织（FAO）1995年粗略估计，全球每年由生物固定的氮量已近2×106 t，約占全球植物需氮量的3/4[16]。（4）由灌溉水带入农田的氮素量因灌溉量、灌溉水质的不同而有较大差异。张玉铭[17]研究发现太行山山前平原栾城县小麦-玉米轮作体系每年随灌溉水进入农田的氮素为17.1-18.2 kgN/hm2。（5）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，通常在水田中还田2 250 kg/hm2稻草时可带入N 0.8 kg，P 0.2 kg，K 2.4 kg。
