1、河北科技师范学院本科毕业论文文献综述氮素化肥对生态环境的影响院 （ 系 、 部 ） 名 称 ： 生 命 科 技 学 院 专 业 名 称 ： 农 业 资 源 与 环 境 学 生 姓 名 ： 徐 娜 娜 学 生 学 号 ： 0114070226 指 导 教 师 ： 朱小平 2011 年 6 月 1 日河北科技师范学院教务处制摘要：我国是化肥使用大国，近年来每年使用量稳定在 4000 万吨以上，氮素化肥的大量施用，在大幅度提高作物产量的同时，也造成了严重的环境污染，制约着农产品质量的提高。本文主要阐述了我国氮素化肥的使用现状及其对生态环境的影响。关键词：氮素；化肥；现状；环境影响随着农村经济建设的飞
2、速发展，农村的环境问题也日益突出，点源与面源污染并存，生活污染与工业污染叠加，各种污染物相互交织，制约了农村经济的发展，危害了群众的健康。我国是人口大国，资源相对匮乏，施用化肥是提高农作物产量的重要措施，在我国，化肥对作物增产的作用占 30-40，所以化肥也是近年来最基础最重要的肥料。据最近调查显示 1，我国化肥平均施用量达 450kg/hm2，超过发达国家公认的安全上限(225kg/hm 2)的 1 倍，位居世界第一。许秀成预测 2，到 2030 年化肥施用量将达 6800 万 t，其中 N 肥将达 3890 万 t，与 2000 年化肥销售情况相比，需增加年供应量 N 肥 1280 万 t
3、。我国现阶段氮肥品种主要是碳酸氢铵（简称碳铵） 、尿素和氨水，另有少量硫胺、氯化铵等。其中碳铵占氮肥生产总量的 54%，尿素占 15%，其他品种只占 0.2%3。但是目前，由于氮素肥料的不合理施用，各种营养元素配比不科学，重氮轻磷钾，氮肥需求量占化肥总量接近 70%4，化肥施用技术比较落后，经验施肥比较比较普遍56，造成化肥大量流失，其中氮肥的流失量最大，有 70左右进入环境 7,8。据统计，目前我国氮肥当季利用率仅为 30-35，磷肥利用率仅为 15-20，钾肥利用率也不超过 65 9。这不仅造成了巨大的经济损失，还导致农田土壤和大气的污染。更为严重的是过量的化肥随着降雨、灌溉和农田径流进入
4、水体，严重污染地表水和地下水，对人体健康及生态造成了危害。如三峡库区农业化肥氮、磷流失污染占库区面源污染总负荷的 51.2 10；在云南滇池流域入湖污染负荷中，农业面源占 33%-40，农业化肥引起的面源污染负荷约占 53(总氮)和 42(总磷 )11；北京市密云水库周边地区地表水汛期污染占全年污染的 70-96，化肥非点源污染占地表水污染负荷约 50-70。此外，化肥尤其是氮肥对地下水的污染也很明显，北京西郊(丰台以北，花地以南地区) 化学氮肥施用量与地下水硝酸盐含量进行比较发现，化学氮肥施用量与地下水硝酸盐含量呈明显的正相关系 12。由此看出，我国农业化肥施用已对环境造成严重影响。研究者普
5、遍认为氮素的作物利用率为 20-35，有 5%-10挥发到大气中，地下渗漏损失 10%，随降水径流和渗漏排出农田的氮素中有 20%-25是当季施用的氮素化肥，大部分被土壤吸附 13。土壤中氮素的循环(见下图)。灌溉水、降水中 N NH 挥发生物固氮 反硝化作用施入土壤 作物吸收地表径流冲刷 淋溶图 1 土壤中氮素循环1 化肥对土壤的污染过度施用化肥是造成土壤环境污染的重要原因。它能增加土壤重金属与有毒元素，导致土壤硝酸盐积累，破坏土壤结构，加速土壤酸化，降低土壤微生物活性。也可通过食物链的作用，直接或间接地危害人类的生命和健康。1.1 增加土壤重金属与有毒元素从化肥的原料开采到加工生产，总是给
6、化肥产品带进一些重金属元素或有毒元素，混有重金属的最主要矿质肥料为磷肥以及利用磷酸制成的一些复合肥料。制造磷肥的原料为磷矿，除了与它伴存的主要有害元素成分有氟和砷外，加工过程还带进其它重金属，特别是镉，所以许多磷肥中含有有毒元素，其中最值得注意的是镉、汞、砷、氟，另外，利用废酸生产的磷肥中带有三氯乙醛还会直接毒害作物 14,15。氮肥的生产原料比较单一，含杂质少，成品纯度高，重金属含量少，其本身带入的重金属污染物非常少，不会给农产品和土壤环境带来污染，但大量施用石灰性氮肥(含氰化钙 )可产生双氢胺、氰酸等有害物质，抑制土壤硝化作用，导致土壤污染。1.2 导致营养失调与 NO3-N 积累各种形态
7、的氮肥施入土壤后，都会形成 NO3-N 长期大量使用氮肥，能直接影响土壤中 NO3-N 含量，导致土壤酸化及土壤理化性质的恶化 16，促使土壤中一些有毒有害污染物的释放和增加 17，同时其在土壤中分解和转化产物对土壤和一些农产品也会产生危害。河北省农业生产中的施肥，存在着化肥施用不平衡，氮、磷、钾肥投入比例失调，重氮、轻磷、不施钾的现象。特别是在蔬菜生产上，氮肥用量相当大。其结果是土壤钾的急剧消耗，作物生长不良，且有 NO3的积累，它是强致癌物质亚硝胺的前体物，能引起癌变和婴儿肠原性紫青病等，危害人体健康 18。无机氮肥有机氮肥农田土壤1.3 导致土壤板结、酸化以及肥力下降过量使用化肥，可使大
8、量的 NH4+、K +和土壤胶体吸附的 Ca2+、M 2+矿等阳离子发生交换，使土壤结构被破坏，导致土壤板结；进一步影响土壤微生物的生存，化肥无法补偿有机质的缺乏，造成土壤有机质含量下降，不仅破坏了土壤肥力结构，而且还降低了肥效。此外，氮肥在一定条件下可以挥发损失，进入大气的 NH3，经过系列氧化与水解作用转化成为酸雨的成分（HNO 3）之一，降落入土引起土壤与环境的酸化。在一些地方，由于过量施用化肥造成土壤肥力持续下降，农民为维持农田生产能力，更加依赖于增施化肥， “饮鸠止渴”形成恶性循环，导致农田土壤生态环境的严重恶化。2 化肥对水体的污染未被植物吸收利用的氮素随水下渗到或流失便造成水体的
9、污染。据调查，氮肥的利用率一般为 30%-50%，其中淋溶损失约占 10%，地面径流冲刷和随水流失约占15%，这些流失的氮素进入地下水和部分地表水，污染水源，引起地下水、井水中硝酸盐含量增高，也使地表水中氮素营养大量增加，造成水体富营养化。水体富营养化一旦出现，就会进入一个植物营养素的自我循环，即水域中植物营养素被水生植物吸收后，成为植物的组成部分，并在植物枯死腐烂过程中重新转化为植物营养素。此时即使切断外界污染源，水域也很难达到自净。化肥的氮、磷污染造成水域营养化是一个世界性的环境问题。据 19山东省水文水资源勘测局 2000 年对全省 30 座大中型水库富营养化的调查分析，全省各大中型水库
10、处于贫营养化状态的座，占总评价总数的 30%；处于中度富营养化状态的 20 座，占 67%；处于高度营养化状态的 1 座，占 3%。全省水库即将全部进入中度富营养化状态，其中有些正在向高度富营养化状态发展。因水体富营养化，引起赤潮。频发据统计，2001 年我国海域共发现赤潮 77 次，累计影响面积达 1.5 万余公顷 20，浙江省从 2007 年的 4 月 11 日到 5 月 19 日，短期内就发现赤潮 6 次，这一“ 海上幽灵” 的频繁出现，已构成了对环境的威胁。在农村水源污染中，城市污水和农业污染各占 50%，其中农业废弃物污染占 35%-40%，化肥污染占 10%-15%。氮肥过量施用导
11、致浅层地下水污染的现象在上世纪七十年代就受到关注，氮素化肥及农家肥的施用是重要的地下水非点源污染，它可引起大面积的浅层潜水水质恶化。地下水硝酸盐有多种来源，但是施用氮肥和土壤有机氮的矿化是造成硝酸盐污染的主要原因 21。Chang 等在加拿大列桥试验站的研究表明，在灌溉土壤上，连续施用厩肥(1973 年至 1992 年)会造成硝态氮的淋失 22。过量使用氮肥引起土壤中 NO3-N 的累积，如果浇水进行大水漫灌或者碰上降雨量丰富的年份，势必导致 NO3-N 的淋失，从而可能对地下水和地表造成不同程度的污染 23。3 化肥对农产品和人体的影响蔬菜极易富集硝酸盐，人体摄入的 NO3有 80%以上来自
12、所吃的蔬菜 24，硝酸盐是衡量蔬菜品质的一个重要指标，所有蔬菜都含有硝酸盐。硝酸盐在蔬菜中的富集，使蔬菜的品质和食用价值大打折扣，市场竞争力降低。有资料表明，人体吸收的硝酸盐81.2%来自蔬菜，大量研究表明，由于农田、菜园大量施用氮肥，致使土壤中的硝态氮含量普遍偏高，在土壤硝化细菌的作用下，土壤中各种形态的氮素被转化为 NO3而为粮食、蔬菜等吸收，在植物体内累积，过量的累积不仅给植物本身造成危害或品质下降，而且通过食物链为人体所吸收，给人体健康带来潜在危害。如 NO3在人的肠胃中经硝酸还原细菌的作用可转化成 NO2，当人体内 NO2含量很高时，能引起人体血液缺氧中毒反应(Methernoglo
13、binemia)；NO 2若与二级胺结合还可能形成强致癌物亚硝胺(Nitrosamines)，诱发人体消化系统的癌变 25,26。Fine 等分析了 11 个国家的资料，得出人类胃癌的发病率与每人每日的 NO3摄取量呈正相关；胃癌与环境中硝酸盐水平及从饮水和蔬菜中摄入的硝酸盐量呈正相关 27。世界健康保护组织规定，食品(鲜物) 中硝酸盐的含量不得超过 700mg/kg28。蔬菜可食部分中硝酸盐含量的卫生标准定为每 kg 鲜重 432 mg ，蔬菜中硝酸盐含量432 mg，定为一级，属轻度污染；785 mg 定为二级，属中度污染；1440 mg 定为三级，属高度污染；可能中毒的一次剂量为 310
14、0 mg，即 3100 mg 为四级，属严重污染。据调查，北京市萝卜的硝酸盐含量为 2177 mg/ kg，菠菜硝酸盐含量高达 2358 mg /kg；上海、广州等大城市部分蔬菜中的亚硝酸盐含量超标 2-8 倍 29；山东省临沂市根、茎、叶类蔬菜中亚硝酸盐竟超标近 12 倍；青岛市经对 25 种蔬菜进行抽检，硝酸盐检出率为 100%，超标率高达 84%30。氮素化肥，尤其是硝态氮肥(如硝酸铵)的大量施用，会明显提高蔬菜中硝酸盐的含量。一般叶菜类和根菜类蔬菜的硝酸盐含量高于瓜、果、豆类蔬菜；同种蔬菜的不同品种、不同器官中的硝酸盐含量也不相同，氮肥形态、用量、施肥时间和施肥方法等均影响植物中硝酸盐
15、的含量。据研究，亚硝酸盐还有抗甲状腺素的功能，在含碘量高的水中，如果硝酸盐、亚硝酸盐含量过高，也可使人得甲状腺肿。较大量的亚硝酸盐进入人体可导致血压下降，抑制中心迷走神经，致使心动过快。食品和饲料中的硝酸盐含量过高，曾引起过小儿和牲畜中毒事故 31,32,33。可见，氮肥的过量施用对农产品品质和人类健康影响极大。4 化肥对大气的污染我国是农业大国，氮肥浅施，撒施或施后不镇压，往往造成氮的逸失，造成大气污染。特别是铵态氮肥施于石灰性土壤或碱性土壤，便造成游离形态的氮而挥发。挥发出来的氮进入大气，以后又随着降雨重新返回土地，其中，一部分返回土壤被作物存留在土壤中，一部分落入地表水体，增加水体的氮素
16、负担。土壤中的硝酸盐或亚硝酸盐处于嫌气条件时，可被某些微生物分解，以氮气或氧化氮的形式向大气中逸失。氮肥施用量的增加会破坏大气中氧化氮的平衡，因为矿化的氮肥约 30%经过一系列转化以氮气或氧化氮的形式进入大气，根据土壤类型和肥料不同，排入大气中的氧化氮为矿化氮的 5%25%34。肥料氮在反硝化作用下，形成氮、氧化亚氮和二氧化氮，释放到空气中去。其中二氧化氮既是温室气体又能消耗同温层中的 O3，破坏臭氧层，加剧全球的温室效应，破坏大气氮素平衡，现越来越引起世界各国政府和科学家的关注。氧化亚氮不易溶于水，可达平流层的臭氧层与臭氧作用，生成一氧化氮，使臭氧层遭到破坏，成为氧化亚氮放出，从而可引起相当
17、量的 O3 被消耗。臭氧层集于离地面 20 公里以上的高空，对维持平流层能量平衡，掩护地球免遭太阳紫外线强烈辐射等方面有重要作用，臭氢层减少，紫外线加强的结果，不仅导致蔬菜、果树、大田、绿色植物的受害，而且使人畜的皮肤癌增加，致畸、致变，破坏平流层能量平衡，气候异常，造成大面积的自然灾害。综合分析国内外研究现状，虽然人们已经意识到化肥对环境造成的危害，但是因为化肥的增产效果显著且简便易施，所以其施用量并没有大幅度的减少。中国加入世贸组织使我们面临着更加激烈地国际竞争，同时也给我们提供了更多更好发展自己的机会，农业种植产业结构己由大田作物向经济作物转变，由分散经营向集约经营转型。比如说，A 级、
18、从级食品从土壤环境、灌溉水质、大气质量到生产、加工过程等都有严格的国际标准，这样势必要求我们要有效地控制化肥中氮所造成的污染。探讨合理可行的生态系统建立的技术、措施和制度等问题，很多学者己经在推广合理施肥技术、研制低残留高效化肥和控制污染等方面提出了许多切实可行的方法，但实际得以推广应用的甚少。这些方面还需要地方政府的大力支持、技术人员的大力推广以及各方面制度建设的完善，为氮迁移转化创造一个良好的循环途径。我们要大力发展绿色农业，坚持走农业可持续发展道路，确保粮食生产、农产品品质和生态环境安全。参考文献：1 李彩碧.农村化肥污染与防治J. 农技服务,2009,26 (1).132.2 许秀成.
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