氮肥施用与环境污染对策探讨

氮肥施用与环境污染对策探讨综述与述评氮肥施用与环境污染对策探讨高建炳1，汪敬恒2，杨素芬2(1.中州大学，河南郑州　450044;2.河南省化工研究所有限责任公司，河南郑州　450052)摘　要：论述了我国农业生产中氮肥的施用对生态环境的污染和影响，并提出了一些防治和减少环境污染的对策。关键词：氮肥；生态环境；污染；对策中图分类号:TQ441　　　文献标识码:A　　　文章编号:1003-3467(2009)02-0001-03DiscussiononNitrogenFertilizerApplicationandAnti-pollutionCountermeasuresGAOJian-bing1,WANGJing-heng2,YANGSu-fen2(1.ZhongzhouUniversity,Zhengzhou　450044,China;2.HenanChemicalIndustryResearchInstitu2teCo.Ltd.,Zhengzhou　450052,China)Abstract:Thepollutionandinfluenceofnitrogenfertilizerapplicationtoecologicalenvironmentinagri2culturalprouductionofourcountryarediscussed.Somecountermeasuresofcontrolandreductionofenvi2ronmentalpollutionareputforward.Keywords:nitrogenfertilizer;ecologicalenvironment;pollution;countermeasures　　氮肥的施用对增强土壤供肥能力、提高农作物产量以及改善作物品质起到极其重要的作用。美国科学家HoeftRG认为，如果立即停止施用氮肥，全世界的农作物产量将减少40%～50%[1]。因此，氮肥的施用对促进现代农业生产的发展起着不可替代的作用。但是，随着氮肥的大量应用，也带来了诸多弊端，如利用率降低、经济效益下降等，并且对生态环境造成了很大的威胁。氮肥的表面流失和渗漏流失直接导致地下水硝酸盐污染和江河湖泊的富营养化；另外，农田土壤中氮素的硝化作用和反硝化作用的中间产物氧化亚氮，不但是重要的温室效应气体，而且还是同温层臭氧的破坏者。因此，如何兼顾氮肥施用的经济效益、生态环境效益和社会效益，最大限度地降低氮肥对农业生态系统和人类生存环境的负面效应，就显得尤为重要[2]。1　农业生产中的氮肥施用现状及存在问题1.1　氮肥施用现状目前，我国氮肥的生产量和消费量均居世界首位，氮肥(折为纯氮)年使用量约为2500万t，占全世界氮肥施用总量的30%左右，单位面积使用量是世界平均水平的3倍，而且还将呈现继续增加的趋势。预计至2010年，我国氮肥需求量将达到3300万t[3]。由于施用量较高，氮肥损失特别严重，损失率高达70%。大量田间试验数据统计表明，我国氮肥当季利用率仅30%左右，与世界发达国家具有较大差距。实际上，农民施肥的利用率还低于上述数据，这在高产地区和经济效益较高的蔬菜、果树、花卉生产中更为突出。氮肥施用量的增加虽然提高了粮食产量，但也加剧了对环境的污染，导致生态恶化。1.2　目前氮肥施用中存在的问题从20世纪80年代到现在的20多年时间，是我国化肥施用量增加最快的时期，但粮食产量并没有实现同比增长，单位化肥用量的粮食增长量却不断减少，每千克化肥增产的粮食不及世界平均水平的l/2、美国平均水平的l/3。由于氮肥施用量和施用 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的不合理，致使氮肥利用率低，增产潜力远未得到充分发挥。并且，我国化肥品种单一，以低浓度单质速溶化肥为主，氮肥中低浓度速溶碳酸氢铵占22%左右，高浓度尿素占62%左右，效果较好的复混肥只占化肥总量的15%左右。这些肥料施入土　　收稿日期:2008-12-19　　基金项目：河南省科技攻关项目(082102100723)　　作者简介：高建炳(1958-)，男，教授，从事应用化学研究，电话:136********。・1・第2期　　　　　　　　　　　　　　　高建炳等：氮肥施用与环境污染对策探讨壤后，易溶于土壤溶液中或在土壤中发生化学反应。同时，养分释放的速度也不能人为控制，释放速度太快，虽然作物生长前期养分有效性高，肥效快，但作物来不及吸收，养分易发生淋失、挥发、固定等现象，从而导致肥料利用率难以提高[4]。2　氮肥施用对生态环境的污染氮肥的大量施用和养分利用率低所形成的矛盾是一个相当严重的问题。许多地区的高产田块随着施氮量的增加所带来的环境问题也日益突出。氮素损失对土壤化学及环境污染方面即NO-3淋失对水源的“富营养化”和反硝化产物对同温臭氧层的破坏问题已引起世界各国研究机构的足够重视。气态氮的排放量增多，导致一部分地下水的硝态氮含量超标、河流和湖泊水体的含氮量增高、水质的富营养化、鱼类死亡、藻华频发、近海赤潮频发等现象的发生。这些后果已经成为制约农业持续高效发展的限制因素。氮肥损失不仅对水体和大气带来污染，而且由于对饮用水和农产品的污染，它也严重危害着人类的健康：如使婴儿皮肤呈现蓝色即蓝色婴儿综合征，并导致癌症的发生。在过量施用氮肥的地区，农作物抵抗病虫害的能力低，从而导致农药大量施用。这些不仅增加了农业成本，而且加剧了环境质量的下降[5]。3　控制氮肥污染，提高氮肥利用率的对策3.1　加强农田生态系统中氮素循环的研究由于氮肥的转化和去向在各种生态条件下显著不同，对不同农业生态条件下氮肥的转化和去向进行综合系统的研究，是制定相应的氮肥管理措施、提高氮肥利用率的基本依据。土壤—作物系统中氮素转化、动态及去向的研究主要包括两个方面：一是集中研究单个过程的机理、参数及影响因素；二是对某一生态条件下，特定土壤作物体系中的氮素转化、动态及去向的综合定量研究[6]。这就需要建立一定数量和适当类型的长期田间试验，进一步研究各种因子，如气候、水肥管理、作物品种及轮作、耕作 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 、土壤管理等对土壤残留硝态氮迁移、转化的影响规律，建立硝态氮残留和淋溶的量化描述系统，确定各个地区的硝态氮淋溶阈值，对土壤硝态氮残留和淋失的趋势进行预测和评价[7]。3.2　加强氮肥的管理，改进氮肥施用技术加强对各种肥料的管理，严格 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 化肥质量，防止有毒物质随氮肥进入土壤。制定适合某地区和单个田块的推荐施肥模型、氮肥合理用量及施用时期、施用方法等是氮素资源管理的核心问题。不同地区土壤、气候、作物、耕作、水肥管理等及同一地区不同田块的肥力状况存在很大差异，导致土壤硝态氮在空间分布的不均一性，而以往的推荐施氮措施没有考虑这种差异，造成肥料氮在一些地区和田块中大量累积[8]。目前，切实控制氮肥用量是提高其增产效用、降低其对环境污染的关键。根据作物需求和土壤氮素状况，确定氮肥的适宜用量，氮肥深施、在作物的旺盛生长期施肥、平衡施肥以及水肥综合管理等都是可靠和有效的施肥技术。3.3　氮肥的施用分配要合理化目前我国氮肥施用分配很不合理。首先，作物品种间肥料投入不平衡，高经济价值作物投入过高，其他作物投入不足。例如在经济效益较高的蔬菜、果树、花卉生产中，氮肥用量(纯N)平均为569～2000kg/hm2，为普通大田作物的数倍甚至数十倍,且超量使用问题十分普遍[9]。由于经济作物种植面积的不断增加，肥料分配出现了新格局，为保证粮食生产，必须采取有力的措施来增加农业的投入。其次，在地区之间、同一地区不同田块之间有很大差异。局部地区化肥过量使用，一些地区用肥不足。化肥分配区域性布局不平衡。从我国化肥使用的区域分布看，一是东南部高，西北部低。东南部各省市区的化肥投入总量及平均亩使用量都高于西部地区；二是大城市周边地带使用量高，偏远山区使用量低；三是经济较发达地区用肥量高，经济落后地区用肥量低。所以今后应加强对经济欠发达地区中低产田和低施肥量地区的氮肥投入，高产田和高施肥量地区则应着重进行施肥结构的调整[10]。3.4　选育氮素高效品种并大力发展生物固氮我国具有丰富的作物种质资源，不同植物营养遗传基因型的作物品种，其肥料利用率的变幅在24%～82%之间，养分利用高、低效品种的肥料利用率可相差3倍，从这些资源中选育出能高效吸收、利用氮素的农作物新品种(氮高效品种)，因此可以利用分子生物技术充分发掘和利用植物自身的遗传潜力，通过基因工程手段对作物的营养特性进行改造，选育营养高效型的作物品种。另外，生物固氮在农业生产中也有着极其重要的意义，生物固氮能增加土壤氮素、土壤有机质，相对减少了化学氮肥的使用，减轻氮肥及氮肥厂生产对环境的污染。当今世界上生物固氮技术的科学研究发展得非常迅速，在・2・河南化工HENANCHEMICALINDUSTRY　　　　　　　　　　　　　2009年　第26卷基础理论研究中，主要集中在根瘤菌导入非豆科宿主细胞的途径、共生部位和共生机理等方向。在应用基础研究中，主要围绕着培育新的固氮植物，其中包括通过生物技术改造固氮微生物和现有的农作物，使新的固氮菌与新的农作物更容易形成共生固氮关系等[5]。3.5　研究其它农业生产管理措施研究其它农业管理措施，加强农业生产技术体系。如进行合理的作物轮作，采用先进的灌溉技术，应用无土栽培技术、平衡施肥、测土配方施肥等农业综合措施。避免土壤栽培时氮肥的淋失，提高氮肥利用率、减少环境污染，促进高产水平下氮素投入在生产系统内部的良性循环。另外，氮肥与有机肥、磷钾肥配合施用，一方面能增加作物对养分的吸收，提高产量；一方面还可促进根系发育，形成根系密集层，有效减少NO3—N的淋溶损失[11]。3.6　新型肥料的研制针对化肥存在的问题，从控制养分释放上着手，研制、生产能保肥增效的新型肥料。实践证明，化肥利用率低的原因有几方面：一是肥料多为单一肥料，养分不完全，不能被作物协调吸收利用；二是肥料性质容易变化而造成养分损失；三是肥料在土壤中溶解过快，超过了作物吸收量，释放与作物生长发育需肥规律不协调。肥料的养分在短时间内不能被作物充分吸收利用，易造成挥发、淋溶等损失。相应的可以从上面几个方面改造肥料本身，如有机—无机复合肥、专性复合肥、复混肥等的施用改善了土壤环境和作物的吸收。在缓释肥、控释肥的基础上，控释肥料具有满足作物不同生育阶段的需要等优点。日本研制的长效尿素MEISTER可使水稻的氮肥利用率提高17%。另外，叶面肥的使用作为辅助手段对提高氮肥利用率也具有一定效果。相关研究表明，氮肥增效剂如脲酶抑制剂、硝化抑制剂等的研制被认为是肥料革新的方向，因为它具有养分释放与作物吸收相同步的功能，调节了氮肥形态的转化，从而提高了氮肥利用率[12]。参考文献:[1]　金继运，林　葆.化肥在农业发展中的作用———历史、现状和展望[A].在中国化工学会与中国作物营养与肥料学会联合召开“提高肥料利用率”学术研讨会的 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 [R].北京,1996.[2]　孙志梅，武志杰，陈利军，等.农业生产中的氮肥施用现状及其环境效应研究进展[J].土壤通报,2006,37(4):782-786.[3]　高恩元.2010年化肥需求分析[A].化肥工业发展 调研报告 关于民族工作的调研报告关于就业的调研报告XX公司人才现状调研报告XX村综治维稳工作的调研报告干部职工思想状况调研报告 ,1996-2010[R].中国化工信息中心,1996.[4]　汪敬恒.农用碳酸氢铵的市场前景分析[D].中国农业大学MBA论文,2008.[5]　蔡燕华.氮肥施用中的污染问题及防治对策[J].安徽农学通报,2007,13(18):48-50.[6]　张福锁，巨晓棠.对我国持续农业发展中氮肥管理与环境问题的几点认识[J].土壤学报,2002,39(增刊):41-55.[7]　VerhagenA,BoumaJ.Definingthresholdvaluesforresid2ualsoilNlevels[J].Geoderma,1998,85:199-211.[8]　李生秀.提高旱地土壤氮肥利用率的途径和对策[J].土壤学报,2002,36(增刊):56-76.[9]　张维理，武淑霞，冀宏杰，等.中国农业面源污染形势估计及控制对策Ⅰ.21世纪初期中国农业面源污染的形势估计[J].中国农业科学,2004,37(7):1008-1017.[10]　高祥照，马文奇，杜　森，等.我国施肥中存在问题的分析[J].土壤通报,2001,32(6):258-261.[11]　吕殿青，同延安，孙本华，等.氮肥施用对环境污染影响的研究[J].植物营养与肥料学报,1998,4(1):8-l5.[12]　李方敏，艾天成，周升波，等.缓释氮肥对水稻的增产效果及其氮素利用率[J].土壤通报,2004,35(3):311-315.・3・第2期　　　　　　　　　　　　　　　高建炳等：氮肥施用与环境污染对策探讨