全 文 ：稻田氮肥的氨挥发损失与稻季大气氮的湿沉降 3
苏成国1 　尹　斌1 3 3 　朱兆良1 　沈其荣2
(1 中国科学院南京土壤研究所 土壤与农业可持续发展国家重点实验室 ,南京 210008 ;
2 南京农业大学资源与环境学院 , 南京 210095)
【摘要】　通过田间小区与大田试验 ,对稻季期间氮肥的氨挥发损失和大气氮湿沉降状况进行了收集和监
测.结果表明 ,每次施肥后的 1～3 日内氨挥发损失达到最大值 ,氨挥发损失受当地气候条件 (如光照、温
度、湿度、风速、降雨量) 、施肥时期以及田面水的 NH4 + 2N 浓度等因素的影响. 大气氮湿沉降与施肥量和
降雨量有关 ,稻季内由湿沉降带入土壤或地表水中的氮为 7. 5 kg·hm - 2 ,其中 ,NH4 + 2N 的比例为 39. 8 %
～73. 2 % ,平均为 55. 5 % ;稻季中总氨挥发量与湿沉降的 NH4 + 2N 平均浓度和总沉降量的相关系数分别
达到 0. 988 和 0. 996 ,呈显著相关性.
关键词 　稻田 　氨挥发 　湿沉降
文章编号 　1001 - 9332 (2003) 11 - 1884 - 05 　中图分类号 　S158. 5 ,S143. 1 　文献标识码 　A
Ammonia volatilization loss of nitrogen fertilizer from rice f ield and wet deposition of atmospheric nitrogen in
rice growing season. SU Chengguo1 , YIN Bin1 , ZHU Zhaoliang1 , SHEN Qirong2 (1 N anjing Institute of Soil
Science , Chinese Academy of Sciences , N anjing 210008 , China ;2 Depart ment of Resources and Envi ronmental
Science , N anjing A gricultural U niversity , N anjing 210095 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2003 ,14 (11) :
1884～1888.
Plot and field experiments showed that the NH3 volatilization loss from rice field reached its maximum in 1～3
days after N2fertilization , which was affected by the local climate conditions (e. g. , sun illumination , tempera2
ture , humidity , wind speed , and rainfall) , fertilization time , and ammonium concentration in surface water of
the rice field. The wet deposition of atmospheric nitrogen was correlated with the application rate of N fertilizer
and the rainfall. The amount of nitrogen brought into soil or surface water by the wet deposition in rice growing
season reached 7. 5 kg·hm - 2 . The percent of NH4 + 2N in the wet deposition was about 39. 8 %～73. 2 % , with
an average of 55. 5 %. There was a significant correlation of total ammonia volatilization loss with the average
concentration of NH4 + 2N in wet deposition and total amount of wet deposition in rice growing season.
Key words 　Rice field , Ammonia volatilization , Wet deposition.3 中国科学院知识创新工程项目 ( KZCX22413) 、国家重点基础研究
发展规划项目 ( G1999011806)和中国科学院南京土壤研究所所长基
金资助项目.3 3 通讯联系人.
2003 - 02 - 08 收稿 ,2003 - 06 - 23 接受.
1 　引 　　言
据《2002 中国农业发展报告》统计 ,从 1985～
2001 年 ,农业生产使用的化肥从 1. 7 ×107t 增加到
了 4. 2 ×107t (纯量) . 化肥的大量使用极大地促进了
我国农业的发展 ,同时也带来了许多环境问题[17 ] .
如在稻田生产中 ,化肥氮的损失率可高达 30 %～
50 %[13 ,19 ,20 ] ,其中 ,通过氨挥发损失的氮可达施入
量的 9 %～42 %[2 ,11 ,13 ] ,氨挥发与硝化2反硝化是稻
田氮肥损失的主要途径[19 ] . 通过气态损失进入大气
中的 N H3 有 90 %与大气中的酸作用转化成 N H4 + ,
84 %的 N H3 以 N H4 + 形态进入降水中[15 ] . 在 1968
～1997 的 30 年中 ,长江流域每年的大气氮沉降量
由 4. 9 kg·hm - 2增加到 18. 2 kg·hm - 2 ,增长了 4
倍 ,但是 ,在当年氮输入总量中 ,氮沉降所占的比例
却保持在 20 %～30 %之间[16 ] . 可见 ,大气氮沉降已
成为陆地生态系统一个不可忽视的稳定氮输入
源[1 ,14 ,16 ] ,且对森林、农业与水体等生态系统带来
了多方面的影响[3 ,7～9 ,12 ] .
有关大气氮沉降对我国农田土壤氮素的影响已
进行了许多的研究[5 ,6 ,10 ,11 ,15 ] . 在我国 16 个试验点
观测到由降水带入农田的氮量为每年 4～23 kg·
hm - 2 ,其中主要为 N H4 +2N [10 ] ,据此 ,沈善敏[11 ]计
算出每年由降水带入农田的氮为 8. 0 kg·hm - 2 ,而
李生秀[6 ]等在 1990 和 1991 两年中 ,在黄土旱塬地
区测得每年通过降水向土壤输入的氮量为 14. 3～
29. 7 kg·hm - 2 ,其中 N H4 +2N 占 71. 9 %～88. 4 % ;
另外 ,从 1990 年初到 1994 年底 ,他们还在陕西关中
地区测得大气氮沉降量在 6. 3～26. 6 kg·hm - 2之
间 ,其中 N H4 +2N 占 66. 3 %～88. 5 %[5 ] . 而在我国
应 用 生 态 学 报 　2003 年 11 月 　第 14 卷 　第 11 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Nov. 2003 ,14 (11)∶1884～1888
南方的一些地区 ,也有报道显示 ,降水中的氮浓度多
在 1～2mg·L - 1之间 ,带入地表的氮量多在 9. 0～
19. 5kg·hm - 2·年 - 1之间[15 ] . 由此可见 ,尽管在不同
地区由大气氮湿沉降带入农田的氮量各异 ,但是其
中氮的形态都以 N H4 +2N 为主. 随着对农业面源污
染的深入研究 ,对于降水中的 N H4 +2N 有多少是来
自农田氮肥的气态损失 ,又有多少随降水进入到地
表水中等一系列的相关问题 ,已经日益受到人们的
关注. 但是 ,有关这方面的系统研究报道还不多. 已
有的研究表明[11 ,12 ] ,从农田挥发出来的氨 ,在大气
中滞留时间短 ,不可能与大气层充分混合而远离排
放源 ,易于随干湿沉降的形式重返排放源及周边地
区.因此 ,系统深入地研究施入农田的化肥氮 ,如何
通过气态迁移而进入周边的水体中 ,其环境负荷怎
样等等 ,是农业面源污染与水体富营养化研究所要
涉及的重要内容. 这对于我国防止水体富营养化污
染的研究有着重要的实际意义.
本文以中国科学院常熟农业生态试验站为研究
监测点 ,初步研究了当地稻田生产中 ,按大田常规习
惯施肥时的氨挥发状况 ,当地氮的湿沉降的形态、数
量、动态变化以及氮沉降与氮肥氨挥发损失的关系
等.这也为太湖地区的农田氮素循环研究提供了科
学数据.
2 　研究地区与方法
211 　收集地区自然概况
常熟农业生态试验站所在地位于长江三角洲的腹地常
熟市辛庄镇 ,傍 205 国道. 属亚热带中部湿润季风气候. 年均
气温 15. 5 ℃, ≥10 ℃有效积温 4933. 7 ℃,年降水量 1038mm
左右 ,无霜期 201 d. 土壤为湖积物上发育的潜育型水稻土 ,
主要栽培作物为水稻和小麦轮作. 所用氮肥为尿素. 附近只
有少数工厂 ,没有集约化畜牧业生产基地. 收集降水是针对
试验站整个大田而言 ,而氨挥发则是选择当地具有代表性
的 ,且按常规施肥法施氮的试验小区 (面积为 30. 2m2 ) 为监
测点 ,施氮量按照当地水平为 300 kg·hm - 2 ,3 次施肥的分配
比例为 0. 5∶0. 3∶0. 2. 4 次重复. 试验区水稻土的基本性状
见表 1.
表 1 　供试土壤的基本性状
Table 1 Some basic properties of soils used for f ield experiments
土壤
Soil
p H
( H2O)
有机质
O. M
(g·kg - 1)
全氮
Total N
(g·kg - 1)
全 磷
Total P
(g·kg - 1)
缓效钾
Slowly
release K
(mg·kg - 1)
速效磷
Available P
(mg·kg - 1)
速效钾
Available
K(mg·kg - 1)
代换量
CEC
(c mol·kg - 1)
普通简育水耕人为土(乌栅土) 7. 3 35. 0 2. 09 0. 934 410 5. 0 121. 3 17. 7
Gleyed paddy soil
212 　试验方法与仪器
　　氮沉降收集以湿沉降为主 ,采用 APS23 型降水降尘自动
采样器 (武汉天虹智能仪表厂)收集. 该装置具有采集降水和
降尘两项功能. 水样采集系统设计了分段采样模式 ,每个采
样周期可分 11 段采样 ,能显示当前的年、月、日、星期、时、
分 ,采样时间、总降水次数、时间、每次降水起止时间、每段采
样结束时间、每段雨量、总段数、总雨量. 并设置了过滤装置 ,
以保证采集的水样更能反映降水的真实性. 该仪器可 24 h
连续自动工作 ,抗干扰性强 ,与传统雨具收集器相比有其创
新性 ,完全能够满足本试验的要求. 雨水样的 NO -3 2N 采用紫
外分光光度法 ,NH4 + 2N 采用靛酚蓝比色法 , T2N 用过硫酸
钾氧化2紫外分光光度法测定.
　　田间小区试验采用密闭室法测定氨挥发量 ,原理是用抽
气减压的办法将田面挥发到空气中的氨吸入装有 2 %硼酸的
洗气瓶 ,使其吸收固定于硼酸溶液中 ,再用标准酸滴定硼酸
中所吸收的 NH3 ,即为氨挥发损失量. 田间采集氨挥发的装
置见图 1. 密闭室采用透明的有机玻璃材料制作 ,室底部开
放 ,顶部留一通气孔 (直径 25mm)与 2. 5m 高的通气管连通 ,
将通气管架到地面 2. 5 m 高处 ,是为了尽可能地减少交换空
气对氨挥发测定的影响. 将敞开端插入水稻土中 ,上端露出
水面 2 cm 高 ,使水面与室顶之间形成一个有限的密闭空间 ,
调节真空泵的抽气量 ,使密闭空间的换气频率控制在 15～20
次·min - 1 [4 ,18 ] .
图 1 　田间小区氨挥发收集装置示意图
Fig. 1 Sketch of NH3 absorption in plots of experiment fields.
3 　结果与讨论
311 　施肥后氨挥发量的动态变化
　　图 2 为小区试验每次施肥后所测定的氨挥发
量. 本试验施加基肥、分蘖肥、穗肥的时间为 6 月 26
日、8 月 4 日和 8 月 27 日. 由图 2 可看出 ,3 次施肥
对应着 3 个氨挥发高峰期 ,分别出现在 6 月 30 日、8
月 5 日和 8 月 28 日. 每次施肥后的氨挥发损失累计
588111 期 　　　　　　　　　　　苏成国等 :稻田氮肥的氨挥发损失与稻季大气氮的湿沉降 　　　　　　　　
量分别为 9. 0、6. 6 和 7. 7 kg·hm - 2 ,差别不大 ,大小
依次为基肥 > 穗肥 > 分蘖肥 ,这与文献报道的次序
基肥 > 分蘖肥 > 穗肥有所不同. 而稻季期间的氨挥
发总损失量为 23. 3kg·hm - 2 ,仅占施肥量的 7. 8 % ,
与文献相比结果偏低[2 ,19 ,20 ] . 分析每次施肥期间的
天气可发现 ,其平均气温分别为 24. 7 ℃、30. 1 ℃、
27. 9 ℃. 尽管基肥量大 ,但气温偏低不利于氨挥发 ,
结果偏低[2 ] ;在分蘖肥期间 8 月 6 日以后连续降雨 ,
使得田面水中铵态氮浓度很低 (图 3) ,直接导致氨
挥发损失减少 ,即从 8 月 5 日的峰值降到 8 月 6 日
的极低值 (图 2) . 而基肥和分蘖肥占总施肥量的
80 % ,这就决定了本试验测得的稻季氨挥发总损失
结果较低. 尽管在穗肥期间 ,每天都伴有 3～5 级阵
风 ,有促进氨挥发的作用 ,但其施肥量较少 ,对氨挥
发总损失影响不大. 只对 3 次损失的大小次序有所
影响. 上述结果表明 ,氨挥发随气候条件 (温度、降
雨、风速等) 的不同而有所变化[2 ,19 ] ,同时氨挥发也
受施肥量的影响 ;每次氨挥发的峰值出现在施肥后
的 1～3 d 内 ,然后逐渐降低. 比较图 2 与图 3 可知 ,
各施肥期间田面水铵态氮浓度的变化趋势与氨挥发
的变化趋势相一致 ,说明氨挥发损失与田面水的铵
态氮浓度密切相关.
图 2 　施肥后稻田氨挥发量
Fig. 2 Amount of ammonia volatilization from rice field after fertilizing.
图 3 　施肥后稻田田面水铵态氮浓度
Fig. 3 Concentration of ammonium of the surface water in rice field after
fertilizing.
312 　大气氮湿沉降量随降雨量的变化
　　本试验监测和收集了 2002 年常熟站整个稻季
(7～10 月) 期间的降雨. 根据监测结果 (图 4) ,可发
现整个稻季期间的降雨量以 8 月最高 ,占稻季总降
雨量的 50. 4 %. 然而 ,氮湿沉降的峰值包括总 N
( TN) 和 N H4 +2N ,都是出现在 7 月 ,分别为 2. 7 和
1. 5kg·hm - 2 . 这是因为当地在 6 月中下旬水稻移栽
前后 ,施加了基肥和部分分蘖肥 ,这段时间施用的氮
肥可占稻季总施氮量的 60 %～70 % ,而由此产生较
多的氨挥发进入到大气中 (图 2) ,并在随后 7 月的降
雨中随雨水回到了地面. 因此 ,在 7 月中出现氮的湿
沉降峰值是稻季初期较集中施肥的结果和由此产生
的大气污染在降水中的体现 ;8 月虽然降雨量最高 ,
但在其前一段时间 (7 月中下旬) 的施肥量已较少 ,
仅占稻季总施氮量的 20 % ,加上这时水稻生长需要
吸收大量的养分 ,另外在施肥后的几天气温只有
30. 1 ℃,这些都是导致分蘖肥氨挥发较少的主要原
因.所以 ,氮湿沉降值在 8 月较低 ,也说明分蘖肥期
间由施肥引起的大气污染在降低 ;9 月、10 月已是稻
季施肥的后期 ,施肥量已很少 ,仅占稻季施氮总量的
10 %～20 %氨挥发量本来就较少 ,加之降雨量也减
少 ,因此 ,氮湿沉降在这段时间也随之减少. 由此可
见 ,氮的湿沉降量主要取决于每一时间段的施肥量
和降雨量的多少 ,当施肥量大 ,存在一定量的降雨 ,
这段时间内氮的湿沉降量就较大.
图 4 　稻季期间的氮湿沉降量与降雨量
Fig. 4 Amount of N wet deposition and rainfall in rice season.
313 　稻季期间降水中不同形态氮浓度的动态变化
　　通过分析和测定收集到的每次雨水 (图 5) 可以
看出 ,在整个稻季的数次降雨中 ,不同形态氮的浓度
出现了 4 次明显的峰值 ,分别是 7 月 8 日、8 月 10
日、9 月 14 日和 10 月 6 日的 4 次降雨 ,尤其是 7 月
8 日的降雨 ,其雨水中的 N H4 +2N、T2N 浓度最高 ,达
到 5. 5、10. 2 mg·L - 1 . 前面 3 次峰值分别发生在 3
次施肥期后紧接着的降雨中 ,这是因为当地施基肥、
分蘖肥、穗肥的时间一般是在 6 月 15～25 日、7 月
22～30 日、8 月 15～20 日 ,按一般规律 ,每次施肥后
的 1～3 d 内出现氨挥发的峰值 (图 2) ,氨挥发峰值
分别出现在 6 月 30 日、8 月 5 日和 8 月 28 日. 降雨
中出现氮浓度峰值的时间顺序与文献报道一
致[5 ,6 ,10 ] .而在这 3 次峰值的前几天如 6 月 28 日、8
6881 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　14 卷
月 8 日、8 月 26 日的 3 次降雨中 ,氮的浓度却较小 ,
这可能是由于降雨发生在氨挥发的初期 ,氨挥发量
较少 ,在大气中积聚的 N H3 较少. 从上述结果可发
现 ,如降雨发生在氨挥发高峰后的 10 d 左右 ,此时
雨水中的 T2N 和 N H4 +2N 浓度就可能达到较高 ,而
在其他时间的降水中出现高浓度的氮 ,尤其是高浓
度的 N H4 +2N 可能性较小. 10 月 6 日的降雨中出现
稻季期间另一个氮浓度峰值 ,可能是由于本次降雨
量较小 ,只有 3. 7mm ,并且此前的一段时间 ,即从 9
月 16 日至 10 月 5 日的 20 d 中无降雨 ,大气中积聚
了较多的氮氧化物 ,所以本次降雨中的 N H4 +2N 和
NO3 - 2N 浓度相当 (图 5) ,这与前 3 次峰值雨水中
N H4 +2N 远大于 NO3 - 2N 明显不同 ,说明这段时间
由农田进入大气的氮较少 ,而其他来源如汽车尾气
与生活燃烧带入大气的氮没有减少 ,因此才产生降
水中的 N H4 +2N 和 NO3 - 2N 浓度相当.
图 5 　稻季期间氮湿沉降的浓度
Fig. 5 Concentration of nitrogen wet deposition in rice seasion.
314 　稻季期间大气氮湿沉降量的动态变化
　　将图 6 与图 5 相比较 ,可发现在稻季期间的降
雨中不同形态氮的沉降量也出现了 4 次峰值 ,与不
同形态氮浓度的峰值在时间上相对应 ,氮湿沉降量
峰值也出现在每次施肥后 10 d 左右 , T2N、N H4 +2N
的最高沉降量为 0. 9、0. 6 kg·hm - 2 ,出现在大量施
入基肥后的 7 月初. 在比较图 6 与图 5 时 ,也可看出
氮沉降量与浓度的峰形产生了一些差别 ,这可能因
为氮沉降量是由每次降雨量和其雨水浓度而决定
的 ,而每次降雨量都会有所不同 ,由此引起图 6 中氮
沉降量的峰形发生一些变化. 结合图 4～6 可以发
现 ,造成氮湿沉降量 ,特别是 N H4 +2N 沉降量的差异
主要取决于当地施肥和降雨量的多少.
315 　大气湿沉降中铵、硝态氮的差异
　　综合整个稻季期间的所有降雨 ,N H4 +2N 浓度
和沉降量都要大于 NO3 - 2N (图 5、图 6) . N H4 +2N 沉
降量占湿沉降总氮量的 39. 8 %～73. 2 % ,平均为
55. 5 % ,而 NO32N 则为 6. 0 %～ 41. 5 % ,平均为
31. 0 %.整个稻季期间测得的氨挥发损失总量达
23. 3 kgN ·hm - 2 , 而由湿沉降带回农田土壤的
N H4 +2N 为 4. 2 kgN·hm - 2 ,NO3 - 2N 为 2. 1 kgN·
hm - 2 , T2N 量为 7. 5 kgN·hm - 2 ,相当于 16. 3kg 尿
素. 因此 ,大气氮湿沉降是农田生态系统氮素的一个
稳定氮源 ,可以弥补稻田氮素的损失. 然而 ,如果这
些氮进入到地表水中 ,则对水体的富营养化产生严
重影响 ,因此 ,在稻田氮素循环研究中应重视这部分
氮的迁移和对农田和环境的影响.
图 6 　稻季期间氮的湿沉降量
Fig. 6 Amount of nitrogen wet depositionin rice seasion.
316 　大气氮湿沉降中铵态氮与稻田氮肥氨挥发的
相关关系
　　根据图 5、6 ,大气氮湿沉降浓度和沉降量的高
峰均出现在施肥以后 ,而当地附近没有集约畜牧业 ,
可见 ,大气氮湿沉降中的铵态氮沉降主要来源于当
地的氨挥发. 通过计算当地典型试验小区 3 个施肥
时期的氨挥发量与铵态氮沉降量和浓度的相关性可
得到 ,氨挥发量与铵态氮浓度的相关系数为0. 988 ,
而氨挥发量与铵态氮沉降量的相关系数则达到
0. 996. 因此 ,当地氮肥的氨挥发与大气氮湿沉降中
的铵态氮呈明显的相关关系.
4 　结 　　论
　　研究表明 ,在常熟站当地稻田常规生产条件下 ,
施肥后 1～3 d 内氨挥发量到达高峰 ,氨挥发不仅受
当地气候条件 (温度、风速等) 、施肥量、降雨量及施
肥时期的影响 ,而且还与田面水的铵态氮浓度呈明
显的正相关 ;稻季期间氮湿沉降的最高值出现在当
地施加基肥后的 7 月初的降雨中 ,其中 T2N 和
N H4 +2N 的沉降量和浓度的高峰一般出现在当地施
氮肥后的 10 d 左右 ,稻季内由湿沉降带入的 T2N 量
为 7. 5 kgN ·hm - 2 ,相当于 16. 3kg 尿素 ,其中以
N H4 +2N 为主 ,为 4. 2 kg·hm - 2 ,占总氮沉降量的
39. 8 %～73. 2 % ,平均为 55. 5 % ;在稻季生产中的 3
788111 期 　　　　　　　　　　　苏成国等 :稻田氮肥的氨挥发损失与稻季大气氮的湿沉降 　　　　　　　　
个施肥时期 ,氨挥发量与降水的铵态氮浓度的相关
系数为 0. 988 ,与铵态氮沉降量的相关系数则达到
0. 996 ,说明稻田氮肥的氨挥发与大气氮湿沉降中的
铵态氮呈明显的相关关系.
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作者简介 　苏成国 ,男 ,1980 年生 ,硕士研究生 ,从事植物营
养与土壤氮素等方面研究 ,发表论文多篇.
8881 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　14 卷