灌溉施肥中的氮素（N）营养

1 肥料中的氮素形态
氮肥有3 种基本形态：
● 尿素氮：中性分子，CO（NH2）2 。
● 铵态氮：带正电荷，NH4+ 离子。
● 硝态氮：带负电荷，NO3- 离子。

2 氮素在土壤中的反应
2.1 尿素
尿素［CO（NH2）2］在纯水中溶解时不带电荷。尿素和土壤接触后，很快就被转化为氨（NH3）和二氧化碳（CO2）。这种转换是在绝大多数土壤中都存在的尿酶的作用下发生的。氨很快就和水反应生成氢氧化铵（NH3+H2O=NH4OH），导致土壤pH值升高。在田间施用尿素1天内，在施用尿素周围的土壤中就可以看到pH值升高的现象（Courtetal.,1962）。

很多研究文献表明，当尿素撒施在土壤表面时，NH3-N直接就损失到大气中了（Black,1968;HoffmanandVanCleemput,2004）。影响尿素施用后通过氨气挥发损失的土壤因素主要有：
● 阳离子交换量（CEC）。
● 土壤pH 值。
● CaCO3 含量。
● 土壤水分含量。

土壤阳离子交换量与土壤黏粒含量直接相关。随着土壤CEC的上升，土壤中氨的挥发损失下降。当CEC低于10cmol/kg（Volk,1959）时，氨挥发损失很严重，但在黏质土壤中（CEC达到100cmol/kg），氨的挥发损失可以忽略不计。黏质土壤施用尿素时氨挥发低的原因，是因为在尿素和土壤混为一体的条件下，水解产生的氨被土壤黏粒强烈吸附而不是排放到大气中。

土壤pH值是影响尿素水解时氨的挥发的第2个主要因素（HoffmanandVanCleemput,1995and2004）。氨挥发损失的程度与尿素和土壤的混合程度有关（TermanandHunt,1964）。尿素施在pH值为5.2的土壤表面，高达70%的尿素氮会损失掉。而在经过施用石灰的同样的土壤上，将土壤pH值调整到7.5时，有82%的尿素氮会损失掉。但是，如果尿素和原先pH值为5.2的土壤充分混合的话，只有25%的尿素氮会损失掉（TermanandHunt,1964）。

在灌溉施肥的条件下，尿素随灌溉水在土壤中移动。尿素在土壤湿润区的分布与其溶解到灌溉水的时间有关系。在冲洗周期以前的第3个灌水周期添加尿素的话，通过灌溉施用的尿素在湿润土区的边缘很容易被挥发损失。土壤表面的蒸发作用会导致接近土壤表面部分的尿素含量增高。土壤表面残余的尿素也一定会以氨的形式挥发到大气中。虽然在田间条件下很难监测到尿素氮的这种损失，但很多研究通过测试植物对氮的利用率，从而发现这是氮素直接损失的一个途径（Haynes,1985）。无论是铵态氮还是尿素用于灌溉施肥的肥料，都可以检测到大量的N2O和NO的损失（HoffmanandVanCleemput,2004）。尿素的另外一个潜在的问题就是尿素中少量的杂质即缩二脲的影响。作物生根和早期种子生长阶段，作物能忍受尿素中缩二脲的含量为2%（Tisdaleetal.,1985）。

2.2 铵态氮

铵离子（NH4+）带正电荷（阳离子），被吸附在土壤黏粒表面带负电荷的地方，也可以置换土壤黏粒表面的其他阳离子。这些吸附在土壤黏粒表面的阳离子主要是Ca2+和Mg2+。这种交互作用的结果是，铵在滴头附近聚 集，被置换下来的大量的Ca2+和少量的Mg2+，随灌溉水而移动。几天内，土壤中的铵通常就被土壤细菌氧化成硝态氮，随灌溉水在土壤中四处移动。

2.3 硝态氮

硝酸根离子（NO3-）带负电荷（阴离子）。所以，它不会被吸附在带负电荷的碱性和中性土壤黏粒上。但是，它可以吸附在酸性土壤上带正电荷的氧化铁和氧化铝上。和尿素一样，硝态氮随水移动，而且其在土壤中的分布与将其注入施肥系统的时间有关。硝酸根离子是一种强氧化剂。在滴头附近，通常都有一定体积的水饱和的土壤，处于缺氧状态（厌氧条件）（Silberbushetal.,1979；Bar-YosefandSheikolslami,1976;Martinezetal.,1991）。在这种情况下，很多土壤微生物利用硝酸根离子中的氧而不再是利用氧分子满足其呼吸作用的需要，结果就导致一氧化二氮和氮气损失到大气中。这种硝酸根离子经生物还原反应变成一氧化二氮或者氮气（通常被称为反硝化作用）的机制，是氮肥损失的原因。在种植玉米的砂土田里进行灌溉，连续灌溉深为70mm，导致250kgN/hm2气态氮素的损失。农户很少关注由于过量灌水而引起的缺氧，进而导致气态氮素损失的情况（Bar-YosefandKafkafi,1972）。其影响因素包括土壤黏粒含量高和土壤温度高，这些都导致根区土壤微生物在呼吸作用中利用硝酸根。

3 灌溉施肥中氮肥施用时应注意的问题
作物吸氮量与该地块的作物生长条件和当年作物长势有关。土壤有机物质中氮的矿化也随年度而变化。所以，同一地块同一作物的氮肥正确的施用量每一年都是不一样的，在整个生长季节可能需要进行调整。
3.1 根区潜在的氮素损失有3 种氮素损失的潜在途径：
● 氮素（硝态氮和尿素）淋洗到作物根区以外。
● 土壤溶液的蒸发使含氮的盐类在干燥的土壤表面累积。
● 反硝化作用带来的氮素损失。

3.2 用灌溉制度或灌水速率保证滴头下不形成水坑
设置一种自动控制系统使滴头下的作物根区不至于缺氧是非常必要的，这样可以节约大量的氮素，不损失到大气中。

Zhang等（2004）展示了灌水量对水在土壤中的分布模式，具体描述了水锋在砂土和壤土中移动的情形。如果灌溉水量一定，提高灌水速率，则水分在土壤中纵向下渗越深；反之，减少灌水速率则水分在土壤中横向移动越远。Bresler（1977）更早的时候就得出了类似的结论。