旱田土壤氮淋失阻控措施研究进展（二）

2.3施用保水剂

保水剂是能吸收相当于自身质量几百倍至数千倍的高分子聚合物，但同时保水剂对保持的这部分水的吸力较低，大多可以被作物吸收利用或在干燥条件下能将水分缓慢释放供作物利用。大多数研究结果均表明，保水剂的施用不仅可以保持水分、提高作物产量，还能够显著降低土壤氮淋失。首先，保水剂能够将溶于水中的氮素等可溶性养分固定其中，也可通过促进土壤中微生物活动，进而提高土壤养分的利用效率，减少氮素损失；其次，保水剂除了具有较强的保水效果之外，还由于保水剂的活性基团可以和土壤颗粒表面的活性基团或离子发生相互作用，通过创建和稳定水稳性团粒结构抑制养分流失，显著降低氮素淋溶损失；最后，保水剂在溶胀过程中体积膨大使土壤中大孔隙不断减小导致饱和导水率逐渐降低，也可以减少氮素的淋失。但也有研究对保水剂能够阻控氮素淋失持有不同的看法。龙明杰等发现施用常见的聚丙烯酰胺保水剂降低了土壤表层结皮的发生，从而使土壤渗透系数比对照土壤增加，这虽然会降低土壤表面的氮素径流损失，但导致了土壤氮素淋失风险的增加。还有试验结果表明，保水剂聚丙烯酰胺以不同浓度加入土壤后其入渗速率增加和降低的情况均会出现。因此，保水剂要根据应用目的来选择施用场景和调控施用浓度。

此外，保水剂的自身特性会影响其在氮素淋失阻控中的应用。首先，保水剂的反复吸水特性决定了保水剂施用频率。理论上只要具有交联作用的高分子聚合物分子链未被破坏，保水剂的吸水能力便可恢复，减少氮素淋失的功能就会得到保持，但也有研究表示所使用的聚丙烯酸钠保水剂、有机-无机复合保水剂和腐植酸型保水剂均在浇水第三次及以后对施用尿素的土壤氮素淋失的抑制作用变弱，甚至可能会高于对照。其次，土壤中的盐分、电解质可能会大幅度地降低保水剂在纯水体系中体现出来的吸水能力，使其阻控氮素淋失的效果打折扣。

近期，也有研究关注于研发和试验液体保水剂的保水促生产效应，指出固体保水剂使用时费时费力，一般需要与土壤进行混合并覆土，而液体保水剂可以进行机械喷施，省时省力，且喷洒均匀，是一种新型保水剂。然而，有关液态保水剂对阻控氮素淋失的影响效应研究还需进一步关注。最后，保水剂的环境友好性应得到重视。例如常用的聚丙烯酰胺保水剂，该保水剂作为一种稳定的高分子聚合物本身无毒无害，也常被作为絮凝剂应用于净水处理，但是其单体丙烯酰胺是一种剧毒物质。聚丙烯酰胺在合成过程中会有小部分丙烯酰胺残留，同时它在环境中也会发生缓慢的物理和化学降解，产生丙烯酰胺，这些微小的残留和转化随着逐年的施用而累积增加，进而造成环境中的丙烯酰胺污染风险。因此，随着经济的发展，人们的环境保护意识有所增强,发展低成本、高性能、多功能、环保型复合新型保水剂已成为相关研究热点。 

3使用缓/控释氮肥

缓/控释肥是近些年发展起来的新型肥料，主要着眼于对肥料养分释放的调控。理想的缓/控释肥料能够根据作物生长发育的需求控制养分的释放速度，在作物需要的时候养分能够释放供其利用，在不需要的时候则能保留在土壤中，即做到养分释放与作物吸收同步，因此可以减弱或消除养分在土壤中的淋溶等损失。有关缓/控释氮肥的研发和试验研究已经受到非常广泛的关注，缓/控释肥对土壤氮素淋失阻控作用的研究众多，对其能够提高或者保持作物产量的同时显著降低氮素淋失的结果也取得较为统一的共识。Zheng等和Tian等分别在小麦-玉米轮作和棉花-大蒜间作田间进行控释尿素试验均发现，与常规尿素施用相比控释尿素处理的作物产量提高，而硝态氮在土壤剖面中的0~40cm增加，在深层次则降低。Yang等则将基质缓释尿素能够提升小麦的生长状况和产量归因于其对氮素淋失的降低和氮素利用率的提高。

焉莉等的研究结果甚至表明，与常规施肥方式相比，缓/控释氮肥降低玉米地土壤氮淋溶流失负荷的比例可达55%。Xia等近期通过Meta分析对国内缓/控释氮肥研究进行分析计算，估算出缓/控释氮肥使氮素淋失显著降低了17.3%。缓/控释氮肥一方面可以通过包膜缓慢释放氮素，提高氮素利用率和在土壤中的固持；另一方面还可以通过相关抑制剂抑制土壤铵态氮向硝态氮氧化，减少土壤硝态氮的积累，从而减少氮肥以硝态氮形式淋溶损失。

目前缓/控释氮肥已经得到一定程度的产业化发展，并在保证作物产量的基础上减少氮素淋失上被寄予普遍的良好期望，但缓/控释肥仍存在诸多问题使其广泛推广受到阻碍。首先，当前缓/控释氮肥的价格要高于传统氮肥，这主要是由于包膜材料和包膜设备昂贵、生产过程复杂、人工投入更多等方面使生产成本大大提高；其次，缓/控释氮肥还不能达成养分释放与作物吸收同步，这主要是由于目前还无法很好地控制所使用的缓/控释材料在复杂的农田土壤环境中的反应速度和时机，导致氮肥过早或过快释放。未来应继续加强缓/控释氮肥的研究，降低成本，提高缓/控释效果，研发适宜多种环境、多种作物的“广谱性”缓/控释氮肥，从而推动缓/控释肥的广泛应用，保障粮食生产的同时有效地阻控土壤氮素淋失。 

4添加生物炭

生物炭是秸秆、稻壳和木屑等农业废料或生活垃圾在无氧或缺氧条件下，经热解炭化产生的固态物质。生物炭由于其多孔结构和较高的比表面积，因而在改善土壤团聚体结构、容重和孔隙度等物理特性方面具有较好的先天优势，同时，生物炭兼有水分固持和提高土壤水分渗透性的能力，能够较好地调整土壤水分状况，生物炭较大的内表面上还具有丰富的官能团，具有较强的养分吸附固定作用。因此，近些年生物炭在氮素淋失阻控方面的研究受到越来越多的关注。值得一提的是，最近有研究指出由于生物炭对氮素的吸附作用，造成传统的硝态氮浸提方法可能会低估了生物炭对氮素淋失的抑制作用，因此，该研对硝态氮浸提方式进行了改进，同时研究结果也证明了生物炭确实是通过吸收固定一部分硝态氮来阻止氮素淋失的。

大多数的研究结论都支持生物炭可以有效阻控氮素淋失。Liu等综合36篇相关文献的研究结果进行Meta分析指出生物炭使氮素淋失平均降低了26%。然而，生物炭并非施用越多越好。Li等在兼顾作物产量进行研究后指出，中等施用量的生物炭（20t/hm2）可以提高小麦生物量12.2%~13.8%，同时还显著降低下层土壤硝态氮残留量13.2%~74.7%，而高剂量的生物炭（40t/hm2）在降低下层土壤硝态氮残留量上更加有效，但是却降低了小麦生物量，因此不做推荐。

此外，生物炭对氮素淋失阻控的效果还受到诸多因素的影响。Nguyen等表示生物炭对土壤氮素的影响具有一定的时限性，生物炭施入土壤后的1个月内对土壤氮素的吸附作用最为显著，其整体的有效性可能仅限于1年之内。生物炭的生产原料材质也会影响其氮素吸附性，大多数试验用木材生产生物炭，但是木质生物炭对土壤无机氮含量的降低作用比其他材料要弱，意味着木质生物炭的氮淋失阻控作用较弱，但也有研究者认为木质生物炭对氮素淋失的阻控效率最高，秸秆生物炭次之。此外，邬真真等指出生物炭提高土壤对氮素的固持能力的程度受到生物炭制备材料、炭化温度和使用量等因素的影响。Nguyen等对生物炭影响下的土壤有效态无机氮素（SIN）的变化情况进行Meta分析发现，生物炭对SIN影响的变异性主要受到生物炭驻留时间、热解温度、施用量、肥料种类和土壤pH等因素的显著影响，这些同样也会影响到生物炭阻控氮素淋失的效果。 

5展望

目前有关旱田氮素淋失阻控的研究繁多，从不同角度发展和验证了多种多样的阻控技术措施，虽然存在个别研究结果出现“负效应”的现象，但是整体上而言均具有较好的氮素淋失阻控成效。当前的主要问题在于，许多研究成果仅在“试验”土壤上表现良好，却无法推广开来在大面积区域范围内实行。其主要原因大多与阻控技术措施实施的环境条件复杂多样密切相关，个别研究中的“负效应”或许是大面积实施中“水土不服”的部分体现。

为了加强不同阻控技术措施的适用推广，未来还需要加强以下3个方面工作。首先，开展更加精细化的田间信息管理系统研究和氮淋失阻控技术适应性研究。一方面要配合不断发展的网络传输、末端监测、智能管理和GIS等信息获取和管理技术，开展土壤、作物、气候、水环境等多方面信息的高精度和宽覆盖的精细化监测技术探索，实时掌握影响氮淋失的复杂多变的环境条件；另一方面则要同时根据土壤、作物，别是近些年全球气候变化背景条件下的局地气候的剧烈变动等方面进行阻控技术的精细化发展，以适应复杂多变环境的需求。其次，技术的广泛推广还离不开农民和政府接受意愿的提高。因此，氮淋失阻控技术的研发还应该考虑其自身成本的高低和是否简单易行，特别是成本的压缩，这对于现行许多阻控技术的研发和推广来说是一个不小的挑战。最后，研究还应结合不同氮淋失阻控技术措施的特征进行优化组合、组装和集成，以发挥各项技术措施的优点，扬长避短，提高阻控技术措施的应用效果和适应性，这也是“十三五”重点研发计划“农业面源和重金属污染农田综合防治与修复技术”专项重要目标之一。

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