环境土壤学选修课论文

氮循环对环境的影响

摘要 ：在自然和人为作用的双重驱动下，地球表面氮素的生物地球化学过程及其环境效应成为当前全球变化中区域研究的重要内容，探讨了氮素循环各个过程及其数量特征，土壤氮素矿化研究对从农田生态系统氮素平衡到全球变化和环境问题均具有重要意义。土壤氮素矿化模型的研究方面，目前主要还是以简单功能模型模拟和预测氮素矿化量为主，对机理模型的研究还处于探索阶段。从目前的研究看，土壤氮素矿化模型研究应当集中在建立机理模型以阐明主要生态系统的氮素矿化过程。 关键字：氮素循环 矿化 生态环境

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外界环境进行着复杂的交换， 氮素在农业生态系统循环过程中会引起一系列的环境问题，氮淋溶造成水体硝酸盐污染和湖泊的富营养化，由于淋溶作用引起土壤中矿物质亏损，氮还是一种重要的农田中非点源污染物，为建立农业生态系统中氮素平衡的模型，研究其循环规律,需要对氮素的输入输出等各个过程进行研究，明确农业生态系统中氮素的来源和去向及其数量特征。

农业生态系统的氮素输入：1大气氮沉降包括干湿沉降

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，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，大气氮沉降会对生态系统产生一定的环境影响效应，大量的氮沉降会增加NO3-和其它营养元素的淋失会导致营养失衡土壤酸化和生态系统退化等一系列的生态环境问题。2化肥包括粪肥氮素输入通过施肥输入的氮素是农业生态系统最主要的氮源，化肥中水溶性氮占很高的比例作物主要吸收氨和硝态氮施用氨态氮后在土壤中很快成为NO3。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。

农业生态系统中氮素输出：农业生态系统中氮输出的主

要途径为淋失和流失氨挥发以及农作物的输出和硝化反硝化作用氮的损失等。

1 氮的淋失，氮淋失是指土壤中的氮随水向下移动至根

系，活动层以下从而不能被作物根系吸收所造成的氮素损失，它是一种累进过程淋失的氮，主要包括来源于土壤的氮和残

留的肥料氮以及当季施入的肥料氮，农业生态系统中硝态氮的淋失还受其它一些因素的影响，实际上它是降水灌溉施肥植被气候等多种因素共同作用的结果。

2 氮的流失，氮的流失 是溶解于径流中的矿质氮或吸附于泥沙颗粒表面以无机态和有机质形式存在的氮随径流流失，土壤氮素特别是有机态氮流失，实际上是坡面径流与土壤氮素相互作用结果，当植被覆盖度增大时土壤颗粒与坡面水流充分作用，并使水流速度减慢，其结果有助于径流携带粗颗粒沉淀，相反泥沙中细颗粒含量增加。

土壤氮素的本性和氮素肥力，有机肥料氮，农田中化肥氮的去向和氮肥增产效果，农田中化肥氮的损失对环境的影响和农业生态系统的氮素平衡。土壤氮素研究的进展得益于相关学科的进展。并强调指出，对我国来说，在研究的指导思想上必须高度重视高产与环境保护的协调与统一。

农田中化肥氮的损失对环境也有一定的影响。NO由于其排放率很低，在氮肥的农学效应研究中多不涉及，但是，它的环境意义重大。研究表明，水稻田中氮肥的NO排放率明显于旱作土壤，在落干烤田期间，NO出现短暂的高峰，收获前的排水也促进了NO排放。根据已有观测结果估计，我国农田(包括水稻田和旱地)中化肥氮的N,排放率约为1.0%，低于IPCC的估计值。还对我国不同时期农田NO的排放量及其来源进行了估算。已有结果表明，施入农田的化肥氮中，除N外，

以活性氮形态进入环境的氮量约占其使用总量的近1／5。我国的氮肥消费量已占世界总消费量的约30％，农田的氮肥损失对环境的影响受到国内外的广泛关注。人们怀疑，在高施氮量下，氮肥通过各个途径的氮素损失率是否因施氮量的增高而增大，从而导致更大的环境影响。在太湖地区进行的初步研究表明，在稻麦轮作的稻季，氨挥发量大，且氨挥发率有随施氮量的增加而增高的趋势，但NO的排放率和淋失率则均较低，且并不随施氮量的增加而明显改变，这种差异可能与其损失机制的不同有关。在华北地区小麦、玉米地的研究表明，氨挥发和NO的损失率在150—180 kg hm。处有一拐点，施氮量超过此值后，损失率随施氮量的增加而明显增大。在一些施氮量较高的旱作地区，由于长期过量施用氮肥，农田土壤剖面中积累了大量硝态氮(华北地区农田土壤90 ClTI深的土层中平均达到约200kg hm～，最高可达600～900 kg hm“)。土壤剖面中的硝态氮在夏季有随降雨而下移的趋势，成为地下水的潜在污染源。因此，剖面下层土壤中硝态氮的利用受到了关注。关于太湖水体富营养化的研究表明，从农村污染源来说，人畜禽的排泄物是当前地表水氮素的主要来源，其次是大气的干湿沉降氮，再次才是农田中氮肥的淋洗和径流损失。实际上，大量的干湿沉降氮也主要是来自人畜禽粪尿和施于农田氮肥的氨挥发，是其再循环部分。

氮素不仅影响植物生长、产量和品质，也影响环境问题

乃至全球变化。在自然生态系统中，除固氮植物和一部分可直接利用有机氮的植物之外，其它所有植物的氮素来源主要是土壤有机氮的矿化；在人工生态系统中，即使在大量施用氮肥情况下，作物中积累的氮素很多来自于土壤。估算恰当的氮肥使用量不论从经济还是环境的角度来说都是非常重要的，如果氮肥使用过量，可能导致硝态氮在土壤剖面的积累、增加地表水和地下水中氮素含量，导致水体富营养化和地下水污染；同时硝化和反硝化过程还涉及到重要温室气体的释放，研究表明，的排放基本上是生物诱因导致的，排放量跟工业时代前相比已经提高了很多。因此，研究土壤氮素矿化不仅是确定农田土壤的供氮能力及拟定合理施用氮肥量的主要依据，亦是生态系统中氮素循环与平衡研究的重要组成部分，同时对全球氮素循环和全球变化的研究也有重要影响。

在研究工作中，应当根据实际情况，要选择适合达到研究目的的方法。土壤氮素绝大部分以有机态存在。有机态氮一般不能直接为植物吸收利用，只有在适宜条件下，经微生物或细菌的分解，才能转化成能为植物吸收利用的矿物氮

（铵态氮或硝态氮），这一过程称为土壤氮素的矿化作用。

关于氮素矿化量的定量研究已经有相当长的历史，但过去多着重于氮素矿化机理及其影响因素的定性分析或述。自从提出土壤氮素矿化一级动力学模型以来，土壤氮素矿化量

及其过程的定量模拟研究愈来愈广泛，进入21世纪，随着计算机的普及和各种等级的农业研究性模型或生产管理模型的开发应用，土壤氮素矿化模拟已从研究逐渐广泛应用于生产实践，并指导农田合理施肥。日本曾在,(年代开展了大区域的土壤氮素矿化模型参数的测定研究，以长期定量预报土壤氮素矿化及其过程，加强农业氮肥管理我国在这方面的工作相对较少，且多是零散的以实验室研究为目的，所建模型，没有或很少考虑环境因素变化对氮素矿化的影响。

在农业生态系统中，由于氮肥投入不当，引发一系列问题，如资金资源浪费和环境污染，从而影响农业的持续发展。农作物所吸收氮素大部分来自于土壤有机物所矿化氮，土壤中的氮绝大部分以有机态存在。因此，研究土壤有机质中各元素的有效矿化量和过程，特别是氮素矿化，确定合理施肥，对保证业的可持续发展和发展有机农业具有积极意义。 参考文献：[1]谷建祥．绰墩遗址马家浜文化时期的水稻田．东南文化，2003，l(增刊)

[2]Greenland D J．ne Sustainability 0f Rice Fami

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