2.3施用保水劑

保水劑是能吸收相當于自身質量幾百倍至數(shù)千倍的高分子聚合物，但同時保水劑對保持的這部分水的吸力較低，大多可以被作物吸收利用或在干燥條件下能將水分緩慢釋放供作物利用。大多數(shù)研究結果均表明，保水劑的施用不僅可以保持水分、提高作物產(chǎn)量，還能夠顯著降低土壤氮淋失。首先，保水劑能夠將溶于水中的氮素等可溶性養(yǎng)分固定其中，也可通過促進土壤中微生物活動，進而提高土壤養(yǎng)分的利用效率，減少氮素損失；其次，保水劑除了具有較強的保水效果之外，還由于保水劑的活性基團可以和土壤顆粒表面的活性基團或離子發(fā)生相互作用，通過創(chuàng)建和穩(wěn)定水穩(wěn)性團粒結構抑制養(yǎng)分流失，顯著降低氮素淋溶損失；最后，保水劑在溶脹過程中體積膨大使土壤中大孔隙不斷減小導致飽和導水率逐漸降低，也可以減少氮素的淋失。但也有研究對保水劑能夠阻控氮素淋失持有不同的看法。龍明杰等發(fā)現(xiàn)施用常見的聚丙烯酰胺保水劑降低了土壤表層結皮的發(fā)生，從而使土壤滲透系數(shù)比對照土壤增加，這雖然會降低土壤表面的氮素徑流損失，但導致了土壤氮素淋失風險的增加。還有試驗結果表明，保水劑聚丙烯酰胺以不同濃度加入土壤后其入滲速率增加和降低的情況均會出現(xiàn)。因此，保水劑要根據(jù)應用目的來選擇施用場景和調控施用濃度。

此外，保水劑的自身特性會影響其在氮素淋失阻控中的應用。首先，保水劑的反復吸水特性決定了保水劑施用頻率。理論上只要具有交聯(lián)作用的高分子聚合物分子鏈未被破壞，保水劑的吸水能力便可恢復，減少氮素淋失的功能就會得到保持，但也有研究表示所使用的聚丙烯酸鈉保水劑、有機-無機復合保水劑和腐植酸型保水劑均在澆水第三次及以后對施用尿素的土壤氮素淋失的抑制作用變弱，甚至可能會高于對照。其次，土壤中的鹽分、電解質可能會大幅度地降低保水劑在純水體系中體現(xiàn)出來的吸水能力，使其阻控氮素淋失的效果打折扣。

近期，也有研究關注于研發(fā)和試驗液體保水劑的保水促生產(chǎn)效應，指出固體保水劑使用時費時費力，一般需要與土壤進行混合并覆土，而液體保水劑可以進行機械噴施，省時省力，且噴灑均勻，是一種新型保水劑。然而，有關液態(tài)保水劑對阻控氮素淋失的影響效應研究還需進一步關注。最后，保水劑的環(huán)境友好性應得到重視。例如常用的聚丙烯酰胺保水劑，該保水劑作為一種穩(wěn)定的高分子聚合物本身無毒無害，也常被作為絮凝劑應用于凈水處理，但是其單體丙烯酰胺是一種劇毒物質。聚丙烯酰胺在合成過程中會有小部分丙烯酰胺殘留，同時它在環(huán)境中也會發(fā)生緩慢的物理和化學降解，產(chǎn)生丙烯酰胺，這些微小的殘留和轉化隨著逐年的施用而累積增加，進而造成環(huán)境中的丙烯酰胺污染風險。因此，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們的環(huán)境保護意識有所增強,發(fā)展低成本、高性能、多功能、環(huán)保型復合新型保水劑已成為相關研究熱點。 

3使用緩/控釋氮肥

緩/控釋肥是近些年發(fā)展起來的新型肥料，主要著眼于對肥料養(yǎng)分釋放的調控。理想的緩/控釋肥料能夠根據(jù)作物生長發(fā)育的需求控制養(yǎng)分的釋放速度，在作物需要的時候養(yǎng)分能夠釋放供其利用，在不需要的時候則能保留在土壤中，即做到養(yǎng)分釋放與作物吸收同步，因此可以減弱或消除養(yǎng)分在土壤中的淋溶等損失。有關緩/控釋氮肥的研發(fā)和試驗研究已經(jīng)受到非常廣泛的關注，緩/控釋肥對土壤氮素淋失阻控作用的研究眾多，對其能夠提高或者保持作物產(chǎn)量的同時顯著降低氮素淋失的結果也取得較為統(tǒng)一的共識。Zheng等和Tian等分別在小麥-玉米輪作和棉花-大蒜間作田間進行控釋尿素試驗均發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)尿素施用相比控釋尿素處理的作物產(chǎn)量提高，而硝態(tài)氮在土壤剖面中的0~40cm增加，在深層次則降低。Yang等則將基質緩釋尿素能夠提升小麥的生長狀況和產(chǎn)量歸因于其對氮素淋失的降低和氮素利用率的提高。

焉莉等的研究結果甚至表明，與常規(guī)施肥方式相比，緩/控釋氮肥降低玉米地土壤氮淋溶流失負荷的比例可達55%。Xia等近期通過Meta分析對國內緩/控釋氮肥研究進行分析計算，估算出緩/控釋氮肥使氮素淋失顯著降低了17.3%。緩/控釋氮肥一方面可以通過包膜緩慢釋放氮素，提高氮素利用率和在土壤中的固持；另一方面還可以通過相關抑制劑抑制土壤銨態(tài)氮向硝態(tài)氮氧化，減少土壤硝態(tài)氮的積累，從而減少氮肥以硝態(tài)氮形式淋溶損失。

目前緩/控釋氮肥已經(jīng)得到一定程度的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，并在保證作物產(chǎn)量的基礎上減少氮素淋失上被寄予普遍的良好期望，但緩/控釋肥仍存在諸多問題使其廣泛推廣受到阻礙。首先，當前緩/控釋氮肥的價格要高于傳統(tǒng)氮肥，這主要是由于包膜材料和包膜設備昂貴、生產(chǎn)過程復雜、人工投入更多等方面使生產(chǎn)成本大大提高；其次，緩/控釋氮肥還不能達成養(yǎng)分釋放與作物吸收同步，這主要是由于目前還無法很好地控制所使用的緩/控釋材料在復雜的農(nóng)田土壤環(huán)境中的反應速度和時機，導致氮肥過早或過快釋放。未來應繼續(xù)加強緩/控釋氮肥的研究，降低成本，提高緩/控釋效果，研發(fā)適宜多種環(huán)境、多種作物的“廣譜性”緩/控釋氮肥，從而推動緩/控釋肥的廣泛應用，保障糧食生產(chǎn)的同時有效地阻控土壤氮素淋失。 

4添加生物炭

生物炭是秸稈、稻殼和木屑等農(nóng)業(yè)廢料或生活垃圾在無氧或缺氧條件下，經(jīng)熱解炭化產(chǎn)生的固態(tài)物質。生物炭由于其多孔結構和較高的比表面積，因而在改善土壤團聚體結構、容重和孔隙度等物理特性方面具有較好的先天優(yōu)勢，同時，生物炭兼有水分固持和提高土壤水分滲透性的能力，能夠較好地調整土壤水分狀況，生物炭較大的內表面上還具有豐富的官能團，具有較強的養(yǎng)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來越多的關注。值得一提的是，最近有研究指出由于生物炭對氮素的吸附作用，造成傳統(tǒng)的硝態(tài)氮浸提方法可能會低估了生物炭對氮素淋失的抑制作用，因此，該研對硝態(tài)氮浸提方式進行了改進，同時研究結果也證明了生物炭確實是通過吸收固定一部分硝態(tài)氮來阻止氮素淋失的。

大多數(shù)的研究結論都支持生物炭可以有效阻控氮素淋失。Liu等綜合36篇相關文獻的研究結果進行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等在兼顧作物產(chǎn)量進行研究后指出，中等施用量的生物炭（20t/hm2）可以提高小麥生物量12.2%~13.8%，同時還顯著降低下層土壤硝態(tài)氮殘留量13.2%~74.7%，而高劑量的生物炭（40t/hm2）在降低下層土壤硝態(tài)氮殘留量上更加有效，但是卻降低了小麥生物量，因此不做推薦。

此外，生物炭對氮素淋失阻控的效果還受到諸多因素的影響。Nguyen等表示生物炭對土壤氮素的影響具有一定的時限性，生物炭施入土壤后的1個月內對土壤氮素的吸附作用最為顯著，其整體的有效性可能僅限于1年之內。生物炭的生產(chǎn)原料材質也會影響其氮素吸附性，大多數(shù)試驗用木材生產(chǎn)生物炭，但是木質生物炭對土壤無機氮含量的降低作用比其他材料要弱，意味著木質生物炭的氮淋失阻控作用較弱，但也有研究者認為木質生物炭對氮素淋失的阻控效率最高，秸稈生物炭次之。此外，鄔真真等指出生物炭提高土壤對氮素的固持能力的程度受到生物炭制備材料、炭化溫度和使用量等因素的影響。Nguyen等對生物炭影響下的土壤有效態(tài)無機氮素（SIN）的變化情況進行Meta分析發(fā)現(xiàn)，生物炭對SIN影響的變異性主要受到生物炭駐留時間、熱解溫度、施用量、肥料種類和土壤pH等因素的顯著影響，這些同樣也會影響到生物炭阻控氮素淋失的效果。 

5展望

目前有關旱田氮素淋失阻控的研究繁多，從不同角度發(fā)展和驗證了多種多樣的阻控技術措施，雖然存在個別研究結果出現(xiàn)“負效應”的現(xiàn)象，但是整體上而言均具有較好的氮素淋失阻控成效。當前的主要問題在于，許多研究成果僅在“試驗”土壤上表現(xiàn)良好，卻無法推廣開來在大面積區(qū)域范圍內實行。其主要原因大多與阻控技術措施實施的環(huán)境條件復雜多樣密切相關，個別研究中的“負效應”或許是大面積實施中“水土不服”的部分體現(xiàn)。

為了加強不同阻控技術措施的適用推廣，未來還需要加強以下3個方面工作。首先，開展更加精細化的田間信息管理系統(tǒng)研究和氮淋失阻控技術適應性研究。一方面要配合不斷發(fā)展的網(wǎng)絡傳輸、末端監(jiān)測、智能管理和GIS等信息獲取和管理技術，開展土壤、作物、氣候、水環(huán)境等多方面信息的高精度和寬覆蓋的精細化監(jiān)測技術探索，實時掌握影響氮淋失的復雜多變的環(huán)境條件；另一方面則要同時根據(jù)土壤、作物，別是近些年全球氣候變化背景條件下的局地氣候的劇烈變動等方面進行阻控技術的精細化發(fā)展，以適應復雜多變環(huán)境的需求。其次，技術的廣泛推廣還離不開農(nóng)民和政府接受意愿的提高。因此，氮淋失阻控技術的研發(fā)還應該考慮其自身成本的高低和是否簡單易行，特別是成本的壓縮，這對于現(xiàn)行許多阻控技術的研發(fā)和推廣來說是一個不小的挑戰(zhàn)。最后，研究還應結合不同氮淋失阻控技術措施的特征進行優(yōu)化組合、組裝和集成，以發(fā)揮各項技術措施的優(yōu)點，揚長避短，提高阻控技術措施的應用效果和適應性，這也是“十三五”重點研發(fā)計劃“農(nóng)業(yè)面源和重金屬污染農(nóng)田綜合防治與修復技術”專項重要目標之一。

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