氮肥与环境

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我国化肥使用量一直在增加，从1978年的884万t增加到1998年的4086万t，增长了3．6倍，尽管氮肥在总肥料中的比例一直在下降。1980年氮肥占73%，到1998年占55%，见表5-34。氮肥是作物营养元素之首，施用氮肥是提高农产品产量最有效的手段之一。据联合国FAO统计，1991年全世界氮肥施用量为8000万t氮(相当于4．0亿t硫酸铵)，其中我国氮肥施用量达1726万t氮(相当于8630万t硫酸铵)，占世界氮肥用量的21．6%，为世界之首。根据近30年的研究，水田化学氮肥损失为50%，旱地为40%，即每年损失的化肥氮量相当于3884万t硫酸铵。氮肥在低用量和合理施用情况下，并不至于对环境造成巨大危害，但用量过高就会有害。氮肥施用可能对环境造成的污染，从60年代后期开始越来越引起人们的注意，注意的焦点主要是施氮肥对水源和大气的影响。如硝态氮进入饮用水源，使含量超过允许标准(一般为10mg／L硝态氮)后对人体健康造成危害。硝态氮本身并没有危害，在还原条件下，硝酸根被还原成亚硝根后引起高铁血红蛋白症，特别对婴儿有害。另外，硝酸根和亚硝酸根都可以形成致癌物质——亚硝基化合物。氮素进入地表水源后会引起水体富营养化。对大气的影响主要是氮肥来源的氧化氮(NO、N₂O、NO₂等)，进入大气后可能导致气候变暖、臭氧层破坏以及形成酸雨等(表5-34)。

表5-34 我国历年化肥使用量^*(万t)(纯养分)

注：为纯养分。

(引自《中国统计年鉴》，1999年)

(一)氮肥对水源的污染

氮肥对水源的污染主要是硝态氮。因为在土壤中可大部分被土壤吸附，运动性受到很大限制，限制了向水源的转入。但—旦转化成，它的运动性大大增加，从而增加了进入水体的潜在威胁。近几十年的监测结果显示，地下水中硝酸盐氮浓度正在逐年增高，英国1970年间歇超过1．3mg／L；1980年约为90mg／L；1987年达142mg／L。我国兰州地区农田地下水中硝酸盐氮浓度，1974年约为20mg／L，1987年增加到147．7mg／L；成都市地下水中亚硝酸盐氮超标率为62．5%，最高浓度超标55倍，硝酸盐氮最高浓度超标2．7倍。

水体的氮肥污染一是由于N的地表径流形成的；二是氮肥的渗漏损失。试验表明，施碳酸氢铵后1～2d内，田面水的含氮量可以高达120～150mg／L(朱兆良，1992)。地表径流中氮的含量受氮肥、氮肥品种、施肥时间、土壤类型、降雨量等多种因素的影响。太湖地区是我国发达地区之一，农田施氮量也很高，如江苏吴县一般情况下的施氮量为350kg／hm²左右。农田径流损失的氮素一般占施氮量的13．6%～16．6%。这些氮素流入到湖水，造成水体的富营养化。水田地表径流中氮的年排出量为45．5kg／(hm²·年)，比旱地31．5kg／(hm²·年)高出40%，这主要是由于水田径流量大和氮肥用量高的原因(表5-35、表5-36)。

表5-35 太湖地区旱地地表径流氮排出量

表5-36 太湖地区水田地表径流氮排出量

氮肥渗漏淋失是地下水污染的主要途径。根据高拯民应用¹⁵N在华北平原的水稻土上进行的研究结果表明，在当地水田中，植稻期间通过90cm土层淋失的氮肥量，比较低的约占施入氮肥量的0．23%～9．3%。施氮肥后淋失总量一般比不施氮肥时增加了1倍。氮肥品种对淋失量的影响是巨大的。

在城市郊区菜田特别是保护地，由于种菜的高效益刺激，菜农盲目高投入氮、磷化肥和有机肥，造成土壤氮、磷高度积累，造成土壤次生盐渍化，高氮肥造成土壤氮残留是土壤次生盐渍化的基础。沈阳农业大学梁成华调查研究表明，在夏季不揭膜条件下，积盐严重，使用3年以上的日光温室土壤含盐量＞2．0g／kg，14年和36年0～50cm耕层土壤含盐量分别达3．14g／kg和7．11g／kg，是露地菜田的4～10倍，积盐以和Ca²⁺为主，占全盐量30%～68%。

(二)氮肥对土壤及农产品污染的影响

氮肥对农产品的污染是通过污染的土壤及灌溉被污染的水引起的。氮肥施用不当可使土壤农业化学性质变劣，促进产生植物毒素的真菌发育。施用氮肥与土壤中绳状青霉的存在相一致，铵态氮增多可诱发棉花黄萎病的发展。施用单一氮肥可削弱初生根和次生根的生长，又可使土壤中病原菌数目增多和生活能力增强。

氮肥引起农产品污染的因子是硝态氮和亚硝态氮。本身对人体没有毒害，但在人体中被还原为亚硝酸盐后，可与食品中二级胺作用合成强致癌物质亚硝酸胺。因硝酸盐对人体的潜在危害较大，故世界各国对食品及饮用水中含量都确定了最高限量标准，如世界健康保护组织规定了食品中硝酸盐含量不得超过700mg／kg鲜物重。由于粮食作物生长周期长，子粒体内硝态氮及亚硝态氮的含量极少，不足以对人体造成危害。而蔬菜易于富集硝酸盐，另外蔬菜在人们日常生活中占有十分重要的地位，人体摄取的硝酸盐81．2%来自蔬菜，其次来自水和饮料。世界卫生组织和粮农组织规定，蔬菜的硝酸盐日允许摄入量为3．6mg／kg(体重)。我国人体重按60kg计，则日允许摄入量为2．6mg，若以日食蔬菜量0．5kg计，则每千克蔬菜的硝酸盐允许量为432mg(表5-37)。

表5-37 蔬菜可食部分硝酸盐污染等级

不同品种蔬菜中硝酸盐含量不相同，一般情况下是叶菜类＞白菜类＞根菜类＞豆类＞甘蓝类＞茄果类＞瓜类(表5-38)。

表5-38 杭州市区蔬菜可食部分NO₃^-和NO₂-含量(mg／kg鲜重)

影响蔬菜硝酸盐积累的因素很多，如肥料种类和用量、营养状况、气候状况、蔬菜品种及部位等。氮肥的种类和用量是影响硝酸盐积累的重要外在因素。一般硝酸盐积累随着氮肥用量增加而增加。NO₃^-施用量为0．56、112、224mg／kg土时，莴苣收获时NO₃^-占其干重值分别为0．12、0．40、0．46和0．61%。

吉林省农业科学院王庆研究过量氮肥对蔬菜硝酸盐积累的影响结果表明，叶蔬类对氮肥施用很敏感，随着施氮量增加，硝酸盐含量也有增加。菠菜追施氮肥后10d出现硝酸盐的高峰。茄果类蔬菜不论施用多少，何种氮肥，其可食部分(果实)中硝酸盐的含量均不超过国家规定标准(表5-39)。

表5-39 不同品种氮肥不同施用量不同蔬菜中NO₃^-含量(mg／kg)