前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的氮流失構成污染的成因及防控途徑，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。

1氮循環概述   1.1氮循環概念   氮循環就是指氮氣、無機氮化合物、有機氮化合物在自然界中相互轉化過程的總稱[1-2]，包括氨化作用、硝化作用、反硝化作用、固氮作用以及有機氮化合物的合成等[3]。氮循環是可以循環往復、保持動態平衡的一個開放性的系統。但是由于人們不正當的農業生產活動，產生“氮飽和”現象，破壞了氮循環平衡，造成了嚴重的面源污染。農業生態系統氮循環過程中形成面源污染的主要因素有2個：一是由于施肥導致的氮素超標；二是除正常的氮輸出外，由于自然條件（如降雨量、土壤性質）的改變以及人類活動破壞了氮循環的平衡。因此，研究氮循環中形成面源污染的原因，對治理面源污染具有重要的實踐指導意義。   1.2氮循環過程   分子態、無機結合氮和有機結合氮這3種形式是自然界中氮元素的主要存在形式。自然界中的氮元素，一方面通過各種固氮作用使氮素進入物質循環，另一方面通過反硝化作用、淋溶沉積等作用使氮素重返大氣，從而使氮循環處于一種動態平衡狀態。其循環過程如圖1所示。2農業生態系統氮循環氮循環不僅是地球化學循環的重要組成部分，也是農業生態系統中物質循環最重要最活躍的過程。為總結氮素循壞過程氮損失以及對環境的影響，李志博等[4]對生態系統中氮的循環進了大量研究，發現我國氮肥的利用率僅為30%～35%。朱兆良等[5-7]提出我國旱地的氮肥損失很大，平均在45%左右。   氮素是植物營養三要素中最為重要的。Keeneyetal[8-9]研究表明，農作物主要吸收利用硝態氮和銨態氮，不同作物吸收的情況不同，若有機態、無機態及分子態氮素物質相互轉化不能達到平衡，作物就會因缺氮抑制其生長。因此在農業生產過程中，氮素這一養分的循環與平衡過程是影響農業生產水平的主要因素。我國各地的土壤性質各不相同，對于貧瘠、肥力低的土壤，無法提供足夠的氮素使得作物更好地生長，必須人為地施用肥料以補充作物所需的氮素。但是不合理的施用氮肥，會導致氮肥的損失增加、利用率降低。這也是農業生態系統氮循環過程中氮素損失的主要途徑之一，不僅會使參與再循環的氮素數量逐漸減少，而且還會對環境產生潛在的影響。據估計，我國農業中化肥氮的總損失可達到45%[5]。氮肥的損失不僅降低了經濟效益，更重要的是會對環境產生負面影響。   氮循環是農業生態系統中物質循環的一個重要組成部分，也是影響土壤肥力的最活躍因素之一。農業生產過程中氮循環過程的氮素來源主要有2種途徑：一是生物固氮，即通過豆科作物和固氮生物固定空氣中的氮；二是化學固氮，即通過化工廠將空氣中的氮轉化為氨，再制成各種氮肥供農業生產用。   2.1農業生態系統中氮素的輸入   2.1.1大氣中的氮沉降。以氣態NO、N2O、NH3為主的干沉降和以NO3-和NH4+及少量可溶性有機氮為主的濕沉降是大氣氮沉降的2種形態。除空氣中自有的N2外，工業生產中煤、石油等燃料的燃燒會釋放大量的含氮化合物，增加氮沉降。如果氮沉降過多，在降雨、灌溉過程中會增加氮，而其他營養物質隨水淋失，從而導致營養失衡等問題。   2.1.2化肥的施用。通過施化肥向農田輸入的氮素是農業生態系統中氮的主要來源。作物生長過程中所需的氮素主要以氨氮和硝態氮為主。此外，糞肥也是農業生態系統氮素主要來源。中國人口多，耕地面積少，要保證人們的溫飽問題必須提高單位耕地面積的糧食產量。由于這一迫切需要，單位面積氮肥施用量不斷增加。但是追加過多氮肥會引發諸多環境問題：一是施入過多氮肥，氮素進入土壤后經過反硝化過程會釋放NO、N2O等溫室氣體。二是過量的氮素殘留在土壤中，經雨水、灌溉沖洗后，流入河流、湖泊中，造成水體富營養化，而且還降低了氮素的利用率。例如稻田超量施肥，其對氮的吸收不到10%，其余流失于河道、湖泊和近海，成為富營養化的暗流[10]。程波、左海軍等[11-12]調查發現，在農業集約化較高的地區，氮素會通過徑流和水土流失流入湖泊河流，使水體的營養程度提高，造成污染，例如太湖。這不僅造成了氮肥的極大浪費和損失，也出現了肥效遞減現象。三是氮素輸入過多會破壞營養平衡，降低其他營養元素吸收效果等。   2.1.3生物固氮。生物固氮是將氮氣轉化為氨的過程，是農業生態系統里一個重要氮源，以豆科作物和根瘤菌的共生固氮為主，其固氮量可占生物固氮量的1/2[13]。   2.1.4秸稈、農田廢棄物堆肥。利用作物秸稈或農田廢棄物堆腐，作為肥料施用到農田中。堆腐后的秸稈和農田廢棄物不僅可以有效地提高土壤有機質，減少水土流失，還可以降低各方面的能耗，減少化肥的施用，從而降低農業生產成本[14-15]，這也是未來農業資源化發展的趨勢。   2.2農業生態系統中氮素的輸出   淋失、流失、農田硝化反硝化等氮素損失是農業生態系統中氮的主要輸出途徑。   2.2.1淋失作用。氮淋失是一個累積過程，殘留在土壤中的肥料氮素隨水（雨水和灌溉水）移動到作物根系無法吸收的地方，造成損失（主要是硝態氮）。影響氮淋失的因素有降雨、灌溉、施肥、土壤特性以及農耕技術等。   2.2.2氮流失。能溶解的礦質氮或以無機態和有機態形式吸附在土壤顆粒表面的氮隨徑流而流失的過程稱為氮流失。影響氮流失的因素很多，如：徑流、降雨、坡面坡度、植被覆蓋情況、土壤結構與質地等。在眾多影響因素中，降雨和徑流是影響氮流失的決定性因素。當雨季到來時，長期的降雨或強度降雨均會導致過多的雨水量超過土壤所能承受的水分下滲量，此時就會產生地面徑流，對土壤表層沖刷過程中造成氮流失[16]。我國對植被覆蓋對營養元素流失及減少面源污染方面研究較為成熟。增大植被的覆蓋度，能有效地降低水流速度，從而減少由徑流造成的氮流失。   2.2.3農田硝化反硝化過程。農田生態系統中，由硝化轉為反硝化過程中伴隨著N2、NO、NO2、N2O等氮氧化合物氣體的產生。熊正琴等[17]研究表明，N2O的增溫效果是CO2的320倍、CH4的13倍，在平流層經過光化學反應形成NO造成臭氧層破壞。這就是農田中氮的主要流失途徑。在硝化和反硝化過程中，氮損失量的多少取決于土壤溫度和pH值（溫度過高或過低都不利于硝化過程進行，硝化和反硝化過程分別需要在硝化菌和反硝化細菌的作用下進行反應，不同的微生物菌群需要適宜的溫度和pH值，否則就會影響其反應過程）、土壤的物理性質（質地、結構等）、施肥狀況、耕作及種植方式、灌溉等因素。#p#分頁標題#e#   3氮循環過程形成面源污染的原因及途徑   3.1面源污染的概念   面源污染又稱非點源污染，指時間和空間上無法確定監測點，隨機發生的污染物質通過不同途徑以分散的形式污染受納體。通過WolfemL、張維理等[18-19]對面源污染概念的解釋，可總結面源污染有以下特點：不確定性、隨機性、分散性、不易監測、空間異質性。   3.2氮循環過程形成面源污染的原因   3.2.1肥料的過度使用。現在市場上有很多合成的氮肥，農民使用該肥料可以增加農產品的產量，增加經濟收入。但是由于農民的環境意識差，缺乏合理使用肥料的知識，為了獲得更大的利益而大量使用氮肥，這導致了多余的氮素在土壤中富集。大量研究表明，中國氮肥的利用率一般在30%～35%，而發達國家平均利用率達50%～60%，比我國高15～30個百分點[20]。由于土壤中的氮不斷積累，降低了氮素的利用率。例如農田超量施肥，而作物的吸收量較低，大量的氮素流失于河道、湖泊和附近的海域，從而導致水體富營養化。肥料的過度施用不僅造成氮肥的極大浪費和損失，也出現了肥效越來越低的現象。此外，過量的氮肥進入環境會導致地下水硝酸鹽超標、地表水富營養化和向空氣中排放出N2O、NH3等有害氣體。   3.2.2土地的不合理利用。人類利用土地進行的活動（主要是農業生產）是直接導致土壤肥力變化的因素。在農業種植集中、氮磷肥大量施用的農業區中，農田土壤中氮磷的流失是造成水體富營養化的主要因素。此外，不適當的土地利用方式會導致土壤侵蝕及氮磷流失，形成面源污染[21]。   3.2.3農耕技術和種植模式。耕作和種植模式的不同會影響硝態氮的累積和流失情況。一般傳統的耕作和單一種植模式，養分隨地表徑流流失比輪作種植多。因為輪作種植模式能有效地改善土壤結構，從而促進養分循環。程杰等[22]指出，壟溝種植模式較地膜覆蓋和傳統種植模式硝態氮累積量低，說明該種植方式能有效地改善由于硝態氮流失形成面源污染的現象。   3.2.4污水灌溉。我國水資源缺乏是亟待解決的問題。利用污水灌溉不僅某種程度上緩解了水資源短缺的問題，還可以補充農田作物生長所需的氮、磷等主要營養元素。農民對污水處理及灌溉技術的知識了解較少，常直接以生活污水或附近工業廢水作為灌溉水。但是，污水未經過處理就進行灌溉，污水中的氮、磷等物質含量較高、灌溉后會使農田作物及地下水中的氮素等嚴重超標，形成面源污染[23-24]。而且污水中的有毒有害物質也會帶入到農田中，造成灌溉區地下水、土壤及作物污染。   3.2.5生活和工業污水的排放。城市和農村鄉鎮的生活污水和生活垃圾中含有大量氮素，其中主要是氨態氮，其次是有機氮。由于人們的環境保護意識較差，生活污水隨意、長期排放，造成大量的含氮物質流入湖泊河流形成面源污染。隨著工業的發展，越來越多的工業廢水排出。大多數工業（如石化、印染、制藥、醫院等）廢水中都含有大量的氮素。如造紙業廢水全氮含量超過20mg/L。有機氮、氨氮所占比例較大，此外還伴隨著亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮。   3.3氮循環過程造成面源污染的途徑   硝態氮、亞硝態氮和氨氮是地表水和土壤表面穩定存在的氮污染物。這3種形態的氮污染物通過土壤下滲在土壤中富集，造成污染。在此過程中產生污染的途徑如下：一是通過灌溉滲入。通過灌溉，氮污染物隨水滲入到土壤下層，到達地下水，造成污染。當今越來越多地利用污水灌溉，這樣不僅把殘留在土壤中的含氮污染物沖入地下，也將污水中的污染物帶入了地下，造成二次污染。二是地表水下滲，生活污水和工業廢水排入河流、湖泊，不僅污染地表水，還成為地下水的污染源。降雨造成的淋失，使得含氮化合物隨農田徑流進入到地表水。進而地表水中的含氮化合物繼續滲入到地下水，從而影響了地下水水質。   3.4氮循環過程中氮素流失對環境的影響   農業生態系統氮循環是循環往復的過程。由于循環過程中氮的流失，導致再循環時可以提供給土壤和作物利用的氮素會出現逐次遞減的現象，導致土壤肥力、農業生產水平、甚至蛋白質含量的下降，最終使得土壤有機質越來越貧乏，逐步形成土壤侵蝕等。其實氮素的流失主要來自于土壤氮素硝化反硝化過程。硝化作用是土壤為生物將銨態氮轉化為硝態氮的過程。在硝化過程中雖然有效減少了銨態氮的損失，但是硝態氮的含量卻急劇增加，在淋失過程中造成過多的硝態氮被水分帶走流入河流、湖泊造成水體污染，從而加劇了水體富營養化，藻類大量生長消耗水中氧氣導致水生生物死亡。近年來，世界各地地下水中硝態氮的污染程度和范圍均呈不斷增加的趨勢。中國地下水硝酸鹽污染問題也日趨嚴重。通過對中國北方、杭州市城區、陜西省陜北和關中地區以及環渤海地區的地下水測定表明，其硝酸鹽含量超過WHO標準率分別為54.0%、40.5%、25.2%和34.1%[25-26]，直接影響工業供水和人畜飲用水安全，給人類健康和水產養殖帶來威脅。我國是農業大國，幾乎各地農田都有蔬菜種植地。研究發現[27]，蔬菜地土壤硝態氮的殘留量較大，蔬菜收獲后硝態氮大量殘留于土壤剖面中，其中50%以上的氮素殘留于0～1m的土壤剖面中。這也是導致地下水硝酸鹽污染和水體富營養化的主要原因之一。反硝化是將硝態氮轉化為以NO、N2O、N2氣態氮為主的過程，這些氣體排放到空氣中形成污染，造成溫室效應及酸雨等環境問題。   4氮流失造成面源污染的防控措施   4.1合理正確施用化肥，提高肥料利用率   人們長期采用最大產量施肥量進行農業生產，以求獲得高產量。但是，過量的施用氮肥將會造成硝態氮大量淋溶和累積。因此，需要向農民推廣科學的施肥技術，根據目標產量、農作物的需肥規律等進行合理施肥。如實施化肥和有機肥合理搭配，氮磷鉀肥有機配施，從而改善作物的營養環境，以提高農作物對肥料的利用率，從而達到減少土壤氮素大量往深層土壤下移和進入水體的趨勢。此外，正確選擇氮肥種類也是至關重要的。硝酸銨最易增加徑流中氮的含量，施用尿素較碳銨能顯著降低徑流中氮的流失量。在普通氮肥中配施脲酶抑制劑、硝化抑制劑可明顯延緩氮在土壤中的轉化，降低土壤中硝態氮含量，減輕硝態氮的流失[28]。#p#分頁標題#e#   4.2發展和推廣清潔無害農藥   禁止使用劇毒農藥，淘汰高毒、不易降解的有機氯農藥，減少有機磷農藥的使用；推廣使用生物農藥。根據農藥的特性，農藥在農作物中的殘留規律，制定農藥安全使用標準，規定農作物的安全收獲期和農藥在食品中的允許殘留量等。在改進農藥的制劑類型及噴灑技術上，盡可能減少農藥在使用過程中的揮發、漂移，提高農藥的利用率，從源頭上減少農藥對生態環境的污染。同時，加強生物防治技術的開發研究[29]。   4.3規范農用薄膜的使用   目前我國使用的地膜多為聚乙烯農膜，化學性質穩定，不易分解和降解，容易造成土壤環境污染。一是采用“一膜多用”、舊膜反復利用的方法，生產可降解的薄膜，可在作物成熟或收獲后能被光或生物降解成對土壤和作物無害的物質，不會造成污染。二是在技術條件允許的條件下，可以利用天然產物和秸稈類纖維生產的農用薄膜來取代部分農用塑料薄膜。三是加強農田殘膜回收，集中處置，實現農業生產農膜的清潔使用[30]。   4.4建立污水處理系統   對總氮含量高的城市污廢水進行2~3級處理，采用適宜的處理技術進行除氮，使污廢水中的有機氮氨化轉化為氨氮，氨氮進行硝化作用轉化為NO2、NO3，進而進行反硝化作用轉化為N2和N2O而返回大氣圈[31]，將無法利用的污水進行處理，用于灌溉甚至可以用于水產養殖，合理并資源化的利用再循環水。近幾年，國內較多地研究短膜生物反應器、好氧顆粒污泥、硝化菌或其他低溫菌與膜生物反應器結合等技術來處理污水。   5結語   在土壤受到侵蝕后，徑流與泥沙帶走了土壤中的養分。土壤養分流失不僅與灌溉方式、滲漏形式、土壤性質等多種因素有關，也與土地利用方式密切相關。應增加地面覆蓋，防止水土流失，進而對養分產生保蓄作用。在開荒過程中，由于破壞原有的植被覆蓋，降低了地表覆蓋率。減少土壤侵蝕和保蓄土壤養分，改善植被是根本措施。應推行清潔生產，將清潔生產的理論付諸于實踐，發展新型技術、產品等來改善農業生產中的缺陷，從而減少農業污染物的產生，降低生產和服務過程對人類和環境的危害。向農民推廣科學合理的施肥技術，在原施肥量與產量的關系中，找出問題所在，按照目標產量、不同作物需肥特性及吸收養分的特征合理的規劃計算施肥量，達到在高效利用肥料的同時獲得高產量、提高經濟效益、提高農民生活水平、促進農村經濟發展的目的。